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Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA1 Latmosphère de Vénus : composition et physico-chimie par Thomas Widemann Observatoire de Paris/LESIA.

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1 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA1 Latmosphère de Vénus : composition et physico-chimie par Thomas Widemann Observatoire de Paris/LESIA

2 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA2 Plan Planète sœur de la Terre

3 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA3 Rayon 6051,8 km = 0,949 Rt Masse 0,815 fois la Terre Demi-grand axe 0,723 UA Peu inclinée sur plan orbite (2,6°) Année sidérale, période 224,7 jours 7 mois et demi terrestres Rotation diurne rétrograde, période 243,02 jour 8 mois terrestres -> 116 jours ou 4 mois terrestres entre le lever et le coucher du soleil sur Vénus Période synodique jours - Période séparant deux conjonctions inférieures 5 x 8 années terrestres : une conjonction inférieure se reproduit environ à la même date du calendrier terrestre, tous les huit ans.

4 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA4 VénusTerreMars Demi-grand axe de lorbite (10 6 km)108,21149,60227,92 Demi-grand axe de lorbite (UA)0,7231,0001,524 Période sidérale orbitale (en années)0,621,0001,88 Période sidérale orbitale (en jours)224,701365,256686,980 Distance maximale à la Terre (UA)0,277-0,524 Diamètre angulaire max/min (")65,2/9,5-25,7/3,5 Période de rotation (en jours)243,01850, , Période de rotation (en heures)5832,44423, ,62294 Masse(10 24 kg)4,86855,97420,64185 Masse (Terre = 1)0,8151,0000,107 Rayon équatorial moyen (km)6051,846378, Rayon équatorial moyen (Terre =1)0,9491,0000,533 Aplatissement0.0000,003350,00648 Nombre de satellites naturels012 Nom des satellites naturels-LunePhobos, Deimos Densité moyenne (kg m -3 ) Pesanteur à l'équateur (m s -2 )8,879,783,69 Pesanteur à léquateur (Terre = 1)0,9071,0000,377 Vitesse de libération (km s -1 )10,3611,1865,03

5 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA5 (Double-cliquer sur limage pour démarrer lanimation) Linclinaison de lorbite de Vénus et sa période synodique

6 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA6 Latmosphère de Vénus

7 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA7 La plus massive des atmosphères telluriques Atmosphères de Vénus la TerreMars Pression moy. à la surface (bar)921,0130,006 Température moy. à la surface (K) Température moy. à la surface (°C) Masse de latmosphère (kg)4, , Poids moléculaire moyen (unité de masse atomique)43,4428,9843,49 Constituants principaux (> 1%) VénusTerreMars CO 2 96,5 %N 2 78,9 %CO 2 95,3 % N 2 3,5 %O 2 20,9 %N 2 2,7 % H 2 O < 4 %Ar1,6 % Principaux constituants minoritaires SO ppmAr0,93 %H 2 O0,03 % Ar70 ppmCO ppmNe2,5 ppm H 2 O30 ppmNe18 ppmKr0,3 ppm

8 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA8

9 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA9 Température et effet de serre sur Vénus Température effective T e 231 K255 K210 K Température de surface T733 K288 K218 K Surcroît de température T - T e dû à l'effet de serre+ 502 K+ 33 K + 8 K Lépaisse couche nuageuse de Vénus réfléchit environ 75 % de lénergie solaire incidente. La température de surface résulte de lénergie transmise mais également de lénergie rayonnée par le sol et des propriétés radiatives de latmosphère. Environ 70 % de l'énergie solaire incidente est déposée à z > 60 km, seulement 15 % à la surface. Présence de CO2, mais également SO 2 et H 2 O en quantités relativement importantes (de l'ordre de 50 et 200 ppm à z = 60 km) explique le surcroît de température dû à l'effet de serre (+505 K, contre +35 K pour la Terre et + 6 K pour Mars), le CO 2 contribue mais présente des fenêtres assez larges entre ses bandes d'absorption..

10 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA10 Lalbédo de Vénus et la composition chimique de latmosphère La couleur jaune pâle de Vénus résulte d'une absence relative de lumière solaire réfléchie dans la partie bleue-violette du spectre. Les mesures spectroscopiques de l'albédo de Vénus, c'est-à-dire de la lumière solaire réfléchie, font apparaître une absorption par l'atmosphère de Vénus dans toute la région s'étendant de 200 à 350 nm environ. Ces absorptions nous renseignent sur la nature des constituants présents dans la haute atmosphère, qui à ce jour ne sont pas tous identifiés.

11 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA11 La super-rotation de latmosphère La perturbation trouve son origine à 0 < < 30°, transporte du moment cinétique. L'équilibre est obtenu par le mouvement moyen zonal. Au sommet des nuages (50 mb) la rotation est en moyenne de 4 jours. Le phénomène s'amorce vers 10 km d'altitude (v h 10 km h -1 ), s'amplifie régulièrement jusqu'à 65 km ( v h = 540 km h -1 ), pour décroître ensuite et s'annuler vers 95 km, dans la mésosphère ( km). L'équilibre selon un méridien, des forces s'exerçant sur l'atmosphère est dit « cyclostrophique », Sur une parcelle d'air en mouvement zonal, la composante horizontale, dirigée vers l'équateur, de la force d'entraînement est équilibrée par le gradient de force de pression, dirigé vers le pôle, en l'absence d'accélération de Coriolis (f = 2 sin 0).

12 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA12 Y a-t-il eu un océan sur Vénus ? Ces quelques points résument les différentes étapes possibles de la formation de latmosphère de Vénus : Dégazage de lintérieur de la planète en formation, résultat de la fusion partielle des roches et de la constitution dun noyau. quantités comparables doxydes de carbone, celui-ci étant sur Terre principalement présent dans les roches et les sédiments (carbonates), tandis que sur Vénus ces gaz se sont accumulés dans latmosphère du fait de labsence deau à létat liquide. Les quantités globales despèces azotées sont également voisines pour les deux planètes. Vénus, située plus près du soleil, étant soumise à un chauffage radiatif plus intense que sur Terre, la température de surface résultant de latmosphère primitive a contraint leau à demeurer en phase gazeuse, amplifiant encore leffet de serre. Leau aurait ensuite été perdue par photodissociation, puis par léchappement gravitationnel de lhydrogène comme en témoigne le fort enrichissement en deutérium de latmosphère. Il nest pas établi si, lors des phases primitives de lévolution de latmosphère de Vénus, leau aurait pu se maintenir à létat liquide en surface.

13 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA13

14 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA14 Physico-chimie de la formation des nuages Les réactions de formation des nuages sont d'origine photochimique, localisées dans la moyenne et la haute atmosphère. La synthèse photochimique de H 2 SO 4 a lieu dans une mince couche de 2 km environ centrée à 62 km La photodissociation du CO 2 a lieu pour < 202 nm. L'oxygène atomique transforme SO 2 en anhydride sulfureux SO 3 lequel, en absorbant activement la vapeur d'eau, forme l'acide sulfurique H 2 SO 4. Concentration de H 2 SO 4 dans les gouttelettes de l'ordre de 80 à 85 %. CO 2 CO + O O + SO 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Les gouttelettes forment une pluie ( 1 mm s -1 ) et sévaporent aux plus basses altitudes, avec transformation thermochimique inverse (z = 40 km) H 2 SO 4 H 2 O + SO 3 SO 3 + CO SO 2 + CO 2

15 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA15 Historique : la mission Véga vers Vénus et la comète de Halley ( ) -survol de Vénus et de la comète de Halley - largage dun module de descente dans latmosphère de Vénus (côté nuit) - deux sondes jumelles

16 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA16

17 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA17

18 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA18 Géochimie et réaction des constituants atmosphériques avec le sol de Vénus

19 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA19 Si l'on suppose le gaz carbonique en équilibre thermochimique avec le sol (calcite CaCO 3 ), on obtient par le calcul une pression de l'ordre de 100 bars à 460°C, comparable à la pression mesurée. L'abondance de O 2 semble réglée par l'équilibre pyrite (Fe-S 2 )-anhydrite (CaSO 4 ). Les gaz H 2 O et CO 2, atmosphériques ou effusifs, réagissent avec la pyrite pour former COS et H 2 S, ainsi qu'un oxyde de fer : par réaction minérale FeS 2 + 2H 2 O FeO + 2H 2 S + 1/2O 2 FeS 2 + 2CO 2 FeO + 2COS + 1/2O 2 Ces gaz vont enrichir le cycle atmosphérique du SO 2, qui réagit avec les constituants du sol, et notamment les carbonates : 4SO 2 + 2O 2 + 4CaCO 3 4CaSO 4 + 4CO 2 FeS 2 pouvant être reconstitué par la réaction 4CaSO 4 + 2FeO + 4CO 2 2FeS 2 + 4CaCO 3 + 7O 2

20 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA20 La récurrence des transits de Vénus Nœud descendant 1518 (4-5 juin) (2 juin) 1761 (6 juin) (3-4 juin) 2004 (8 juin) (5-6 juin) 2247 (11 juin) (9 juin) 2490 (12 juin) (10 juin) Nœud ascendant 1631(7 déc.) (4 déc.) 1874 (9 déc.) (6 déc.) 2117 (10 déc.) (8 déc.) 2360 (12-13 déc.) déc.)

21 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA21 Pour un observateur terrestre, les conjonctions inférieures de Vénus se succèdent à raison de 5 en 8 ans (P. synodique jours = ans 1,6 ans et 5 x 1.6 = 8) - Les conjonctions « sautent 2 branches successives du pentagone, dans le sens direct ». Ce pentagone se décale très lentement dans le sens direct (car < 1.6) et il y aura le temps pour deux transits consécutifs, séparés de huit ans, lorsque lune des branches se juxtaposera - pendant une décennie environ - avec lun des cotés de la ligne des nœuds. La juxtaposition alterne entre la ligne coté nœud descendant de juin (2 passages séparés de huit ans, puis une période de 105 ans 1/2) puis la ligne coté nœud ascendant de décembre (2 passages séparés de 8 ans, puis une période de 121 ans 1/2). Sur la figure, on voit la branche inférieure du pentagone (1996) se rapprocher de la ligne des nœuds, coté juin (transits de 2004 et 2012). La suivante (notée 1998) se superposera à la ligne des nœuds côté décembre en , etc.

22 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA22 La Terre vue depuis Vénus au cours du passage du 8 juin 2004, premier contact au dernier contact) (Double-cliquer sur limage pour démarrer lanimation)

23 Samedi 3 avril 2004T. Widemann Obs. Paris/LESIA23 (Le passage de Vénus du 8 juin Double-cliquer sur limage pour démarrer lanimation)


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