naissance de notre système solaire - faculté des...
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Naissance de notre système solaire
Refs:Faure Geochemistryhttp://spacelink.msfc.nasa.gov/Instructional.Materials/Curriculum.Support/Space.Science/Our.Solar.System/http://www.seds.org/nineplanets/nineplanets/
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Fe
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Sc
CO
UTh
PbPt
Ni
Tc Pm
NNeSi
S
Fe:produit dans la dernière phase
de fusionÉléments > Fe:activation par
neutrons
Instable
CNO
Éléments fissionable
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H
He
Li
Be
B
FeCa
C
N
ONe
SiS
Caractéristiques de l’abondance solaire
1. Les éléments qui ont des nombres atomiques pairs sontplus abondant que les éléments voisins aux nombresatomiques impairs (effet zigzag)
2. Abondance extrême de H et He (> 99 wt%). Il existeune diminution exponentielle de l’abondance des éléments en fonction de l’augmentation du nombreatomique (jusqu’à Z=45).
3. Certains éléments ont de faibles abondances. Les éléments adjacents à l’hélium dans le tableau périodique : Li (N=3), Be (N=4), B (N=5), Sc (N=21).
4. Abondances élevées pour O (N=8), Fe (N=26) et Pb
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danc
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106 S
i)
H
He
Li
Be
B
FeCa
C
N
OMg S
NiCr
Pb
Caractéristiques de l’abondance solaire
5. Les nucleides dont le nombre de masse est un multiple de 4 ont des abondances élevées. O (N=8).
6. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur à26 (Z>26) ont de faibles abondances.
7. Les éléments dont le nombre atomique est supérieur a 83 n’ont aucuns isotopes stables. Par contre, ces éléments existent dans la nature car ils proviennent de la désintégration d’isotopes radioactifs à longue demi-vie.
Au début . . .• Nébuleuse solaire inter-stellaire composée de poussières et
de gaz (6 milliards d’années)• Forces de gravité, magnétique et électrique augmentent la
densité puit T et P• Augmentation de la rotation, formation du disque central• Gradient thermique/pression vers l’interieur
Première différenciation chimique
Condensation de la matière• 1325°→ Oxides: CaO, Al2O, TiO, ÉTR (REE)• 1025° → Fe et Ni métalliques• 925° → Silicates de Mg et Fe: Enstatite [MgSiO3]
et olivine [Fe,Mg)2SiO4]• 725° → Métaux Alkalins + oxydes Al/Si = feldspaths [NaAlSi3O8]• 400° → H2S + Fe = Troilite [FeS]• 280° → H2O + Ca/Mg/Fe-silicates = amphiboles, serpentine • <0° → H2O glace• –100° → CO2 glace• –125° → NH3· H2O – hydrate d’ammoniac• –150° → CH4 · 7H2O – hydrate de méthane• –180° → N2
• –210° → Ar et CH4
Accrétion de matière• Poussière des composés réfractaires (oxides, Fe, Ni)• Les composés avec haute pression de vapeur vont aux
extrémités du disque (H2, He, H2O, NH3, CH4)• Accrétion des proto-planètes de matière solide (10 à 1000 km
diamètre) par la gravité et l’attraction électrostatique• Ignition du H dans le jeune soleil → super chaud• Éjection de 25% de sa masse
→ vent de plasma solaire: p et e–
→ lavage des gaz de la nébuleuse solaire (H et He) vers l’extérieur
Formation des planètes terrestres→ Mercure, Venus, Terre, Mars et les
astéroïdes
• Agglomération des proto-planètes en planètes• Chacune ont un noyau de fer entouré d’un manteau silicaté• Fusion par causée par la chaleur d’accrétion et désintégration
radioactive• Refroidissement par radiation et solidification • Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la
capture de comètes
Formation des planètes joviennes→ Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et
Pluton
• Agglomération des proto-planètes de matière solide et formation des noyaux
• Condensation et accrétion des volatiles • Addition plus tard des phases volatiles (H2O, NH3, CO2) par la
capture de comètes
Distribution de masse
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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000Distance du Soleil (106 km)
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Mas
s (g
)
Le Soleil
• 92.1% H• 7.8% He • 0.1% d’éléments plus lourds – 70
éléments• Noyau - 15.6 millions K, 250 milliards
atm• Surface – 5800 K• Émissions – photons + “vent” de p et e–
Mercure• Visité par Mariner 10 en 1974-1975• Noyau Fe• Croûte très mince silicatée• Pas de tectonique de plaques• Atmosphère O, Na, H (créée par le vent
solaire)• Glace de H2O aux pôles dans l’ombre des
cratères.
Venus• Mariner 2 (1962) à Magellan (1989-94)• Noyau de fer, ½ de son diamètre, mais sans champ
magnétique• Manteau de roches, partiellement liquide et convectif• Croûte silicatée avec volcanisme dans le passé -
volcans de bouclier, (et peut-être aujourd’hui - SO2)• Pas de cratère d’impact• Surface peu ondulée, dunes de sable, vents légers• Atmosphère: 90bar, CO2 (et H2SO4) mais sans H2O• T à la surface = 450°C (effet de serre par CO2)
Terre• Noyau de fer, +½ de son diamètre, avec un
champ magnétique• Manteau de roche, partiellement liquide et
convectif• Croûte silicatée différentiée par le
volcanisme et la tectonique des plaques• Atmosphère: 1bar, N2, O2, H2O et CO2
• T à la surface = 15°C (effet de serre par H2O)
Mars
• Mariner 4 (’65), Mars 2 et Viking (’76), Pathfinder (’97), Mars rovers (’04)
• Noyau de fer et FeS ~½ diamètre de la planète• Manteau de roches, partiellement liquide• Croûte silicatée – roches volcaniques• Tectonisme “verticale” par volcanisme sans plaques• Atmosphère: 7 mbar de CO2• T à la surface = –55°C (–143 à 17°C) – pas d’effet de serre• Calottes glacières (CO2 et H2O) aux pôles• Preuves que l’intérieur contient de l’eau
Ceinture d’astéroïdes• Orbite entre Mars et Jupiter• >500 000 découvertes, 26 > 200 km dia.• Masse totale < masse de la lune.• Solide, sans volatiles• Ceres = 933 km dia, et 25% masse totale• Type C – (75%) foncée, carbonatée avec
composition du soleil (sans H, He)• Type S – (17%) brillante, métaux-Fe/Ni
avec silicates-Mg• Type M – (6%) brillante, métaux-Fe/Ni• Densité ≈ 1 (poreux, débris compactés?)• Galileo visite Gaspra et Ida en 1991/93• NEAR orbite Eros (fev 2000) et atterri
en fev 2001.
Jupiter • Noyau rocheux 10 à 15 x la masse de la Terre, 20 000 K
• Manteau de H liquide métallique (p et e–
ionisés) 4 E6 bars– Conducteur et source du champ
magnétique– Trop petit pour s’allumer (1/80 la
masse H nécessaire)• “Croûte” de H2 et He liquide (traces de
H2O, CO2, CH4)• Atmosphère de H2 et He (et gaz de S –
patrons)• 28 satellites (lunes)• Anneaux rocheux, très minces, nourris
par la poussière des lunes
Saturne• Noyau rocheux, 12 000 K• Manteau de H liquide métallique (p et e–
ionisés) (comme Jupiter)• Atmosphère de H2 et He (75:25)
liquide/gaz avec traces de H2O, CO2
• 30 satellites (lunes)• Anneaux 250 000 km de large et très
minces (<1 km) composés de H2O glace
Uranus
• Visité par Voyager 2 - Jan 24 1986• 3ème plus grande planète en diamètre• Noyau liquide de H2O, CH4 et NH3 et d’autres matériaux
plus dense vers l’intérieur.• Pas de croûte• Atmosphère de 83% H2, 15% He et 2% CH4 (bleu)• T = 76 K (à pression de 1 bar)• 21 lunes, 11 anneaux de poussière
Neptune
• Visité par Voyager 2 - Aug 25 1989.• 4ème plus grande planète en diamètre, mais 3ème en masse• Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He
et 3% CH4 (bleu)• Noyau liquide de H2O et d’autres matériaux plus denses,
diamètre = Terre.• Pas de croûte• T = 73 K (à pression de 1 bar)• 8 lunes, 4 anneaux de poussière
Pluton (et Charon)
• Jamais visité• Planète la plus petite (0.0022 x masse de la Terre)• Atmosphère très profonde, composée de 79% H2, 18% He
et 3% CH4 (bleu)• Noyau rocheux avec manteau liquide de H2O• Mince croûte de CH4 gelée avec de N2 et CO• Atmosphère saisonale, (pression de 1 E–6 bar)• T = 57.8 K• 1 lune – Charron (H2O glace?), double planète?
Nouvelle planète 2003UB313• découverte Jan 2005• 3 fois plus loin que
pluton• 1.5 fois plus grande
Comètes
• Noyau solide et stable, de H2O glace et poussière et d’autres solides
• Coma (atmosphère) –nuage d’eau, CO2et d’autres gaz sublimé du noyau
• Nuage d’H2(106 km diamètre• Queue de poussière (long de 10
millions km)• Queue ionique (long de 100s millions
km) composée de plasma causée par le vent solaire
• Provient du nuage Oort, aux extrémitésdu système solaire (trillions de comètes, mass de Jupiter??)
Deep impact July 4, 2005• What is the depth to primitive material?• Crater depth and form reveal material types.• Composition of ejecta reveals interior materials.• Changes in outgassing from impact.
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