L’une des caractéristiques les plus frappantes des planètes du système solaire est la grande diversité dans la composition de leur atmosphère, depuis les planètes gazeuses géantes dominées par l’hydrogène et l’hélium, à Vénus et Mars, dont l’atmosphère est principalement constituée de dioxyde de carbone, en passant par le méthane de Titan, et bien sûr le cas très particulier de la Terre et de son oxygène.

La capacité d’une planète ou d’un satellite à retenir une atmosphère dépend de plusieurs paramètres. Les atomes ou molécules susceptibles de former une atmosphère sont sujets à une agitation d’origine thermique. Celle-ci leur donne en quelque sorte une vitesse moyenne de déplacement qui est à comparer à la vitesse de libération de la planète, c’est-à-dire la vitesse minimale qu’un objet doit dépasser pour pouvoir échapper à l’attraction gravitationnelle (par exemple 11,2 kilomètres par seconde pour la Terre).

Trois scénarios pour l’atmosphère

Comme l’atmosphère d’une planète est constituée des molécules ne pouvant pas s’échapper, on peut montrer, en comparant agitation thermique et vitesse de libération, que la composition de l’atmosphère dépend principalement de la masse du corps, de sa taille et de sa température, donc de sa distance au Soleil.

Pour le système solaire, trois cas de figure apparaissent. D’abord les corps qui n’ont pas été capables de conserver une atmosphère appréciable, généralement à cause d’une faible masse, donc d’une faible gravité. Il s’agit de Mercure, de la Lune, de Pluton, et de tous les satellites du système solaire, à l’exception notable de Titan.

Ensuite, les corps très massifs capables de retenir tous les types de gaz, en particulier l’hydrogène et l’hélium, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Finalement, la cas le plus intéressant, celui des planètes ou satellites ayant soit une masse intermédiaire soit une très basse température : Vénus, la Terre, Mars et Titan. Ces quatre corps ont perdu l’hydrogène et l’hélium, mais ont réussi à retenir des gaz plus lourds comme le dioxyde de carbone ou la vapeur d’eau.

Les atmosphères de Vénus, Mars et de la Terre trouvent leur origine dans le même phénomène, le dégazage volcanique, par lequel les gaz emprisonnés dans les roches lors de la formation de la planète sont progressivement libérés par l’intermédiaire d’éruptions volcaniques.

Les trois principaux gaz en jeu sont la vapeur d’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et le dioxyde de souffre (SO2). Mais bien que les trois atmosphères soient nées du même mécanisme, elles ont rapidement divergé et donné naissance à des conditions très différentes, un enfer de CO2 à une température de 460 degrés sur Vénus, une atmosphère de CO2 très ténue sur Mars, et un environnement sur Terre marqué par la présence de la vie.

Une atmosphère unique sur Titan

A part Vénus, la Terre, Mars et les planètes géantes, Titan est le seul corps du système solaire à posséder une atmosphère significative. Celle-ci est principalement constituée d’azote, avec également une proportion de méthane.

L’azote provient de la destruction, sous l’effet des rayons ultraviolets du Soleil, de molécules d’ammoniac (NH3), un composé abondant dans les régions externes du système solaire.

La présence de méthane est plus mystérieuse. Ce gaz devrait disparaître en une dizaine de millions d’années s’il n’était pas renouvelé en permanence. Une source de méthane à l’intérieur de la planète doit donc exister, et c’est là l’un des sujets d’étude de la mission Cassini-Huygens.

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