L'eau, dans l'univers connu !

Préambule (un peu de rappel d'astronomie), ou passer ce chapître :
Rappel des mesures utilisées en accord avec le Système International (SI),

Pour "fabriquer" de l’eau, il faut de l’hydrogène et de l’oxygène. L’hydrogène ne manque pas dans l’Univers puisqu’il représente à lui seul plus de 70 % de toute la masse visible de l’Univers. En revanche, l’oxygène est plus rare : il ne représente qu’environ 1 % de cette masse. Mais surtout, des conditions précises doivent être réunies pour que des molécules d’eau puissent se former à partir de ces deux constituants et perdurer dans le milieu interstellaire.

Le milieu doit être en effet :

Or, l’espace interstellaire est justement, le plus souvent, chaud, vide et traversé par ce type de rayonnement. C’est pourquoi il n’y a pas plus d’eau dans l’Univers. La quantité d’eau effectivement présente est très difficile à estimer. On l’évalue à environ un millionième de la masse totale de l’Univers visible.

Sous forme de vapeur ou de glace, on trouve l’eau principalement dans l’atmosphère des étoiles "froides" : naines brunes détectées récemment, peu massives et trop froides pour donner lieu à des réactions de fusion nucléaire, et les vieilles étoiles que sont les grandes étoiles rouges, dans les nuages protoplanètaires situés autour d’étoiles jeunes, dans les enveloppes d’étoiles en fin de vie, dans certains nuages de gaz du milieu interstellaire, et bien sûr dans le système solaire.
Par ailleurs, l’eau ne peut subsister à l’état liquide que dans un domaine étroit de température et sous une pression suffisante, des conditions que l’on ne peut rencontrer que sur les planètes et leurs satellites : pour l’instant, la seule région de l’Univers où les scientifiques ont pu détecter de l’eau liquide est le système solaire.

Précisions :
Le milieu interstellaire.
Compris entre les étoiles, le milieu interstellaire est très ténu, constitué de grains de poussière et de gaz atomique et moléculaire. La poussière absorbe la lumière visible et U.V., augmente la température, et re-rayonne dans l'infrarouge. Des investigations de recherches dans ce sens sont importantes pour la recherche de l'eau, glace et des molécules organiques (observations aux longueurs d'onde situé dans le proche-infrarouge).
La nébuleuse.
Vaste nuage de matière interstellaire où la densité est nettement supérieure à celle de l'espace interstellaire. La matière contenue dans ce nuage est composée de poussières et de gaz.
Le gaz est un mélange de molécules variées dont des alcools, de l'ammoniac, des aldéhydes (proches des sucres) et d'eau, en plus de l'hydrogène moléculaire (H2) qui est majoritaire.
Ces molécules sont issues de la rencontre, et la combinaison, des atomes produits par l'étoile.
Cet amas de gaz peut provenir d'une explosion unique d'une nova ou d'une supernova, comme pour la nébuleuse du crabe : lorsqu’elles arrivent en fin de vie, les grandes étoiles rouges refoulent vers l’extérieur leur atmosphère gazeuse qui forme alors autour de l’étoile une immense enveloppe pouvant atteindre de 10 à 1000 fois la dimension du système solaire. De telles enveloppes contiennent beaucoup de vapeur d’eau et de la glace peut également s’y former lorsque la température y est suffisamment basse.
Si les scientifiques ont pu élaborer un scénario expliquant la présence d’eau dans l’atmosphère de certaines étoiles, la formation des nuages interstellaires froids, nuages de molécules situés dans des régions particulièrement fraîches de l’Univers, n’est pas encore bien expliqué.
Et c’est dommage car ce sont eux qui contiennent l’essentiel des réserves d’eau de l’Univers, principalement sous forme de glace, et qui président à la formation des étoiles.
C’est un nuage de ce type qui a donné naissance au système solaire.

Les étoiles "chaudes".
Les étoiles dont la température de surface s'échelonne de 5 000 à 40 000 °C ne peuvent évidement pas posséder d'eau liquide ou solide, et encore moins dans les couches plus profondes : les noyaux peuvent être, en fonction de leurs types, de leurs durée de vie, avoir des températures se situant de 3 000 000 à 800 000 000 °C !
Certain pourtant, auraient trouvé de la vapeur d'eau en surface du Soleil ? !
Étonnant car l'eau commence à se décomposer en hydrogène H2 et oxygène O2 vers 2000°C, ce qui est certain en revanche, c'est la mesure d'eau moléculaire dans les atmosphères des étoiles avortées de type naines brunes (T env. 1500 K).
Et par ailleurs, une équipe démontrait en 2014 avoir observé des nuages d’eau à la surface d’une naine brune WISE J0855-0714 (famille d’étoiles minuscules dont la masse est légèrement supérieure à celle de Jupiter).
Rappel : le point critique (T : 374°C et P : 218 atm), est celui au delà duquel l’eau ne peut plus se trouver sous forme liquide, mais gazeuse.

Déclaration d'Ewine Van Dishoeck de l'observatoire de Leyde : "Cette abondance remarquable nous informe que l'eau joue un rôle important dans la naissance des étoiles". Celui-ci dont l'équipe d'astronomes néerlandais et suédois a utilisé le spectromètre à longueurs d'ondes courtes d'ISO pour ce travail, dit également : "La formation des étoiles résulte de la condensation d'un nuage de gaz et de poussières, mais la production de chaleur à l'intérieur du nuage rend plus difficile le travail de la pesanteur dans son effet de compression du nuage. En rayonnant fortement dans l'infrarouge, l'eau permet aux nuages d'éliminer très efficacement la chaleur. Cette fonction de refroidissement propre à l'eau facilite la formation d'étoiles. ISO nous donne ainsi une nouvelle clef de l'astrophysique






L'eau dans le système solaire.

Mercure - Vénus - Terre (Lune) - Mars - Jupiter - Saturne - Uranus - Neptune
(pour accéder à chaque planète, cliquer sur son nom)
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Formation du système solaire (scénario actuel le plus décrit).

La Voie Lactée contient de nombreux nuages interstellaires, issus de nébuleuses. Ces nuages, sont composés d'atomes : de l'hydrogène aux atomes lourds, mais aussi de molécules à base de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote.
Un des scénarios de formation possible : lorsque le nuage originel du système solaire commence à se comprimer, des étoiles naissent, certaines se transforment en supernova. L'explosion qui en est liée favorise l'agglomération des poussières en éléments plus gros. La contraction de la matière continue, et au centre du nuage, là où elle est le plus intense, la température s'élève suffisamment pour permettre la synthèse d'hélium à partir de l'hydrogène : le soleil notre étoile est créé !
Les poussières, lors de leur agglomération dans un domaine proche du soleil, perdent les matières volatiles (Hydrogène, Hélium,... ). Au delà de 750 millions de km du soleil, par contre, poussières et matières volatiles coexistent. Les scientifiques ont longtemps cru que l’eau du système solaire avait été synthétisée, sous forme de vapeur d’eau, par oxydation de l’hydrogène présent en grande quantité au sein de la nébuleuse primordiale qui entourait la toute nouvelle étoile, lors de la formation des planètes.
Mais depuis peu, des analyses plus précises de météorites ont permis de conclure qu’il n’en est rien, ou du moins que ce n'est pas la seule raison.
L’eau du système solaire émanerait-elle pour l’essentiel du milieu interstellaire ?

Nota : on observe, à proximité des étoiles en fin de vie, de la vapeur d'eau résultant de la combinaison d'hydrogène primordial et des atomes d'oxygène que viennent de produire les étoiles elles-mêmes.

Sous l’effet de l’intense chaleur dégagée par la fournaise solaire primitive, toutes les poussières du nuage interstellaire originel se seraient vaporisées et les glaces d’eau qui les recouvraient se seraient sublimées.
Par la suite, environ un million d’années plus tard, poussières et vapeur d'eau se seraient recondensées, formant des grains constitués de matériaux hydratés qui, en se rassemblant de proche en proche, auraient donné naissance aux 9 planètes du système solaire, à leurs satellites et aux météorites. Très loin du brasier, en périphérie, la vapeur d’eau aurait gelé sur des poussières interstellaires qui, en s’agrégeant les unes aux autres, auraient formé les comètes.
Cette découverte de l’origine interstellaire de l’eau du système solaire est d’importance : elle suggère que l’eau du système solaire ne proviendrait pas d’une circonstance singulière ayant permis d’enclencher des réactions chimiques particulières, mais au contraire d’une situation tout à fait reproductible ailleurs dans l’Univers. Autrement dit, rien n’empêche de penser que d’autres planètes existent dans l’Univers qui possèdent de l’eau, et pourquoi pas, comme la Terre, de l’eau liquide.

Accrétion (formation des planètes).
Le comportement de la partie gazeuse du nuage (Hydrogène et Hélium) à dû être différent de celui de la partie plus lourde du nuage (poussières).
En effet les parties légères, gazeuses, se sont échappées dans l'espace, les particules rocheuses et métalliques sont restées sur place. Ces éléments grossirent de plus en plus en s'entrechoquant et en s'assemblant. C'est ce qu'on appelle l'accrétion.
Plus un objet sera lourd plus il attirera les autres en raison d'une gravité plus forte. C'est pourquoi les plus gros rochers deviendront des planètes. Le phénomène d'accrétion provoque un dégagement d'énergie lors de l'impact et le dégazage des corps sous l'effet de la chaleur (en particulier de la vapeur d'eau). Les gaz vont ainsi former une nouvelle atmosphère riche en vapeur d'eau.

Pourquoi, seule la surface de la terre contient de l'eau sous l'état liquide, solide (glace) ou gazeux ?
Rappel :

  • le passage de l'état solide à l'état liquide est la fusion,
  • le passage de l'état solide à l'état gazeux est la sublimation,
  • le passage de l'état liquide à l'état solide est la solidification,
  • le passage de l'état liquide à l'état gazeux est la vaporisation,

le passage de l'état gazeux à l'état liquide est la condensation.


Réponse : en traçant sur un diagramme, les courbes pression=f(température), et donc les limites qui séparent un état d'un autre, on comprend mieux !
Les trois limites se joignent en un point unique, appelé "point triple". C'est à dire que, à la température et à la pression qui définissent ce point (plus précisément, voir ce lien), l'eau peut être à la fois solide, liquide et gazeuse.
Cette caractéristique est propre à l'eau, les autres éléments n'ont pas de point triple, seulement des "points double".
et, suivant le diagramme de phase de l'eau :



Ainsi donc, par rapport aux pressions au sol et températures des planètes telluriques, la Terre est la seule des planètes qui permette d'obtenir l'eau, naturellement dans ses trois états du moins en surface... :


Europe, Ganymède et Callisto (satellites de Jupiter), et Titan (satellite de Saturne) posséderaient peut être de l'eau liquide
sous une épaisse couche de glace.


A écouter, sur ce sujet sur (Ciel & Espace - Radio) > L'eau dans le système solaire :

- Sous les lunes de Jupiter, la quête de l’eau (avec Olivier Grasset, planétologue, laboratoire de Planétologie et géodynamique de l’Université de Nantes),
-
Une averse de comètes à l'origine des océans ? (avec Dominique Bockelee-Morvan astronome à l'observatoire de Paris Meudon).

Ci-joint : ordres de grandeurs "supposées" en quantités de glace (calculées), des satellites des lunes des planètes (telluriques ou non).


Nota : en supposant que le satellite est structuré en deux couches.
(Ces résultats ne sont bien sûr que des ordres de grandeur car ils négligent, entre autres choses, la variation de la masse volumique des matériaux avec la profondeur.) 





Organisation du système solaire planétaire et la présence d'eau.
Sites à visiter > Le Système Solaire à portée de votre souris - Visiter le système solaire avec Google Maps !

> le Soleil (diamètre moyen : 1 392 684 km, masse : 1,9891.1030 kg)
(Gravité à la surface : 273,95 m s-2, Température : - à la surface > 5 750 K - au centre > 15,1 MK)
(lien)

Les planètes telluriques :
ce sont des astres à composition semblable à la Terre, donc des éléments solides par rapport aux planètes géantes qui sont principalement gazeuses (en majorité).A noter que les diamètres (s'ils sont indiqués) sont équatoriaux.

Mercure
Vénus
Terre [ Lune ]
Mars
(cliquer sur le nom de la planète pour avoir des précisions)

Les planètes géantes :
On parle aussi de planètes gazeuses ou de planètes joviennes (astres à composition semblable à Jupiter). Ces planètes possèdent toutefois des satellites de type tellurique. L'atmosphère de ces planètes est proche de la composition de la nébuleuse primitive. Toutes possèdent des anneaux constitués d'une myriade de blocs de glace, de roches et de poussières. ce sont les restes des particules et agrégats du bombardement d'accrétion, prisonniers de l'attraction des planètes.

Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
(cliquer sur le nom de l'astre pour avoir des précisions) 



- à noter également, les planètes naines telluriques :
à 414,704 millions de km environ du Soleil, Cérès - 974,6 ± 3,6 km de diamètre équatorial (environ 3.5 fois moins que celui de la Lune) - qui est située dans la ceinture des astéroïdes (entre Mars et Jupiter), et qui serait plus gros astéroïde de la ceinture principale (> image récente).
En 2012, il a été identifié de l'eau sous forme de vapeur sur sa surface (la sonde Dawn s'est satellisée autour en mars 2015).
De nouvelles études en 2020, confirment l'existence d'un océan d'eau salée à l'état liquide sous la surface de Cérès.

Nota - 2 autres corps planétaires sont les plus importants astéroïdes de cette région spatiale :
- Vesta (diamètre : 560 × 544 × 454 ± 24 km, > image;
- Pallas (diamètre 582 × 556 × 500 ± 18 km, image;
Tableau des 5 principaux astéroîdes de la ceinture principale :


- et puis, beaucoup plus loin vers la ceinture de Kuiper (32 UA env. voir ci-dessous), de nouveau des petites planètes naines, Pluton et Charon dont on connaît peu de choses - à noter que depuis 2006 Pluton ne fait plus partie des planètes "normales" du système solaire- > article) :

Pluton, Charon

Ceinture de Kuiper (ou d'Edgeworth-Kuiper) : c'est une concentration de petites planètes, d’astéroïdes et de noyaux cométaires située au-delà de l’orbite de Neptune, entre 30 et quelques centaines d’unités astronomiques, les KBO (Kuiper Belt Object). Les astronomes y ont découvert plusieurs corps aux dimensions particulièrement importantes (quelques exemples, mais la liste n'est pas close...) :

Eris
(+ 1 satellite > Dysnomia) : objet découvert (29/07/2005) à environ 15 milliards de kilomètres de la Terre (env.100 UA), avec son diamètre de 2.336 +/- 12 km (2015), il se classerait alors derrière
Pluton (2 370 km de diamètre).

Sedna : à environ 13 milliards de kilomètres de la Terre au plus proche (orbite de 87 à 960 UA), l'objet été découvert par la NASA le 6/03/2004. Du nom de la déesse Inuit génitrice des créatures de l'Arctique il est trop gros pour être classé parmi les astéroïdes mais trop petit pour que les astronomes lui confèrent le statut de planète. Avec un diamètre vers 1800 km, sa taille équivaut à peu près à la moitié de la Lune.

Quaoar : sa découverte à 6,5 milliards de kilomètres du Soleil en juin 2002, au Caltech à Pasadena (Californie), était venue bousculer la hiérarchie. Diamètre : 1 200 /1300 km.

Orcus : de diamètre environ 1600 km a été découvert (17/02/2004) à environ 6 milliard de km du Soleil, et récemment des astronomes français et italiens ont détecté de la glace sur sa surface.

Varuna : observé grâce au Spacewatch Télescope (université d’Arizona). Au moment de sa découverte : environ 1000 km de diamètre. Son albédo de 7 % (pouvoir réfléchissant de la lumière solaire par sa surface) révélait une surface plus sombre que celle de ses deux voisines.

Autres objets de taille relativement importantes :
Haumea (2003 EL61) , D= env.1960×1518×996 km, distance : 35 UA <orbite> 51 UA (+2 satellites),
> voir ici, photo de Ultima Thulé, rebaptisé Arrokoth en 2019 (Périhélie : 6,3878.109 km (42,699 UA), Aphélie : 6,8790.109 km (45,983 UA)) - planétoïde survolé en janvier 2019 par la sonde spatiale New Horizons.$,
Makémaké (2005 FY9), D = entre 1300 et 1900 km; a environ 52 UA du soleil (envir. 7,78×109 Md km),
2007 OR10, rebaptisé Gonggong en 2020, D=1535 km, et son satellite de 300 km, à 101 UA du Soleil.

Les dénominations en attente viennent de l'IAU , <International Astronomical Union >.

Nota : lien de NASA/JPL sur les planètes du système solaire (en anglais).

La sonde New Horizons devrait entre 2019 et 2021 visiter plus de vingt corps de la ceinture de Kuiper, en étudier les propriétés de surface et la forme, et rechercher la présence de satellites. Elle étudiera aussi l'environnement spatial de la ceinture de Kuiper : hélium, vent solaire et particules chargées.
Nota : images reconstituées (modélisation 3D) de l'objet le plus lointain observé par la sonde, Arrokoth (ancien. Ultima Thulé) >
...

Curiosité : Votre poids sur les planètes > site en français.


suite

En plus de ces planètes, il existe une barrière d'astéroïdes située entre Mars et Jupiter, dont certains sont assez imposants (33 ont plus de 200 km de diamètre, dont Cérés[974 km], Pallas[538 km] et Vesta[500 km]).
Leur nombre est estimé à plusieurs millions. Certains pensent d'ailleurs que Phobos et Deïmos (satellites de Mars), ainsi que certains satellites des planètes gazeuses sont des astéroïdes piégés par la gravité.
Ces astéroïdes sont les météores et météorites qui frappent la Terre lorsqu'ils quittent leur orbite et rencontre notre planète.
Le dégazage de ces météorites donne un fluide composé d'environ 60 à 80 % d'eau, 19 à 39 % de CO2 et de méthane et 1 % d'azote, argon et soufre.
Cette atmosphère se retrouve dans les émissions gazeuses volcaniques de la Terre, c'est l'atmosphère de base des planètes telluriques.

Comètes.:
Enfin les dernières formations que l'on connaissent dans notre système solaire sont les comètes. Les comètes proviennent de la ceinture de Kuiper et du nuage de Oort qui sont situés aux confins du système solaire, à plus d'une année lumière du soleil. On pense qu'il y aurait plusieurs centaines de milliards de noyaux cométaires dans ces formations.

L'eau est un constituant essentiel des comètes

Les comètes sont des petits corps du système solaire, d'une taille de l'ordre de quelques kilomètres, constitués essentiellement de glaces et de roches. Comme les planètes, elles sont soumises au champ de gravitation solaire. Elles se déplacent sur des orbites très excentriques, qui les emmènent, dans certains cas, à de très grandes distances du Soleil, au-delà de l'orbite des planètes géantes.
Loin du Soleil, les comètes ne sont constituées que de leur noyau, ce qui les rend inaccessibles à l'observation. Mais lorsqu'une comète se rapproche du Soleil, la température superficielle de son noyau s'élève et ses glaces se subliment, entraînant l'éjection de gaz et de poussières. Ce sont ces poussières qu’il est alors possible d’observer depuis la Terre car elles diffusent la lumière solaire. On voit ainsi apparaître une "chevelure" qui s'étend au fur et à mesure que la comète se rapproche du Soleil. Puis on voit parfois se dessiner deux queues : l'une, large et incurvée, due à des poussières qui diffusent la lumière solaire ; l'autre, étroite et rectiligne, due à des gaz ionisés dont la fluorescence est excitée par le rayonnement solaire.

L'analyse à distance, par spectroscopie, du nuage de gaz qui s'échappe des noyaux cométaires nous permet d'en déduire la composition :

D'autres molécules, des molécules soufrées, des cyanures et des molécules organiques plus complexes, sont détectées à l'état de traces.
Cette composition, qui retrace celle des glaces cométaires, ressemble fort à celle observée pour les glaces interstellaires.
L'eau contenue sous forme de glace dans les noyaux cométaires, en se sublimant entraîne les autres molécules volatiles et les particules de poussière. Cette production d'eau est d'autant plus importante que la comète est proche du Soleil. Mais à plus de 4 unités astronomiques, la glace d'eau n’est pas suffisamment chauffée par le Soleil pour se sublimer : l'activité cométaires qu’il est cependant possible d’observer parfois est alors due à la sublimation de molécules plus volatiles, comme le monoxyde de carbone.
Lors de son passage près du Soleil, la comète de Halley, dont le diamètre du noyau est de 10 kilomètres, produisait 30 tonnes d'eau par seconde. Avec un noyau d'environ 50 kilomètres, la comète géante Hale-Bopp en produisait 300. Une comète plus modeste comme la comète Wirtanen ne produit que 300 kilogrammes d'eau par seconde, mais la taille de son noyau n'est que d' 1 kilomètre.
L'eau qui s'échappe ainsi des comètes ne reste pas intacte. Elle est rapidement dissociée (en quelques heures), sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire, sous la forme de radicaux OH et d’atomes
H et O.

NOTES (Jacques Crovisier - Observatoire de Paris).
Les comètes sont-elles vraiment à l'origine de l'eau terrestre?
Tous les corps du système solaire sont bombardés sans cesse par des astéroïdes, des comètes et autres petits corps. La présence de cratères d'impact sur la Lune, et sur d'autres planètes ou satellites, en est la preuve.
On estime que ce bombardement était bien plus intense autrefois. D'où l'hypothèse que les chutes de comètes sur Terre auraient pu contribuer à la composition actuelle de son atmosphère et de ses océans. En particulier, la glace des comètes aurait pu apporter l'eau des océans.
Un test important permettant de comparer l'eau cométaire à l'eau terrestre est la mesure de la proportion de deutérium dans l'eau.
Il a été possible d'observer HDO et de mesurer ainsi le rapport deutérium/hydrogène dans l'eau de quelques comètes. On trouve ainsi un enrichissement en deutérium d'un facteur 10 par rapport au milieu cosmique (où D/H = 1/30000) et à la Nébuleuse primitive qui a donné naissance au système solaire.
Cependant, la concentration en deutérium est deux fois plus élevée dans l'eau cométaires que dans l'eau terrestre. Ce qui suggère une autre origine pour l'eau terrestre, plus certainement les astéroïdes.
Mais cette conclusion n'est peut-être pas définitive. Elle est basée sur l'étude du deutérium dans seulement trois comètes, toutes à longue période, la période d’une comète étant d’autant plus longue que la comète passe plus de temps loin du Soleil.
On ignore encore tout de ce rapport pour les comètes à courte période, qui ont probablement été plus nombreuses à percuter la Terre, et qui ont suivi une histoire différente.

NOTES (suite) :
Selon une découverte récente (fin 2005), l'eau des océans terrestre viendrait presque exclusivement des astéroïdes [météores et météorites ].
Selon les scientifiques, vers la fin de la formation de la Terre, celle-ci aurait subie un intense bombardement par des astéroïdes porteurs de glace d'eau; on vient d'ailleurs de découvrir certains de ceux-ci encore présents dans la "ceinture d'astéroïdes" se trouvant entre les planètes Mars et Jupiter, et "actifs" puisque dégageant de l'eau comme les comètes !Raccourcis : L'eau dans le système solaire

Egalement > en 2014 une équipe dirigée par l’astronome Ilsedore Cleeves (université du Michigan) a mené l’enquête sur l’hydrogène et la proportion de deutérium (2H, ou D, est composé d’un proton et d’un neutron), un de ses isotopes naturels dans l’eau. Le rapport de celle-ci enrichie en 2H, également appelée eau lourde, avec l’hydrogène ne dit pas dans quelle mesure cet élément a résisté aux conditions infernales qui régnaient dans la nébuleuse protosolaire.
Après tout, si l’essentiel du deutérium avait disparu, notre jeune Soleil n’aurait-il pas pu en recréer ?
Plusieurs des ingrédients requis étaient effectivement réunis : basses températures, présence d’oxygène et un rayonnement solaire potentiellement important à ses débuts.
Aussi, pour le savoir, les chercheurs ont-ils repris la recette à travers des modèles informatiques afin d’observer l’apparition éventuelle de cet isotope sur une période simulée d’un million d’années. Mais cela n’a vraisemblablement pas suffi… Le rapport deutérium-hydrogène obtenu est sans équivalent avec ce qui est constaté aujourd’hui, 4,56 milliards d’années après la formation des planètes, dans l’eau terrestre ou celle amassée par exemple par les comètes (celles-ci sont considérées comme de véritables machines à remonter le temps, car elles conservent de la matière présente dans le Système solaire primitif).
L’équipe conclut que jusqu’à 50 % de l’eau de notre petite planète bleue proviendrait du milieu interstellaire. Conel Alexander l’astrobiologiste (institut Carnegie) explique : « nos résultats montrent qu’une part significative de l’eau du Système solaire, l’ingrédient le plus fondamental pour favoriser la vie, est plus âgée que le Soleil, ce qui indique que des glaces riches en matière organique pourraient être trouvées dans tous les jeunes systèmes planétaires ». C’est plutôt une très bonne nouvelle pour les chasseurs de vie extraterrestre. « Il faut suivre l’eau » (« follow the water ») arguent les scientifiques (c.f. Nasa). - [Sources : Xavier Demeersman, Futura-Sciences].

Nota : le rapport D/H de l'eau des océans de la Terre est de 1,55 10-4 . La valeur du rapport D/H terrestre étant comprise dans la gamme des rapports D/H des astéroïdes situés entre Mars et Jupiter, l’eau des océans sur Terre pourrait ainsi provenir préférentiellement des astéroïdes et de certaines comètes. Ces résultats importants viennent d'être publiés en 2014 dans la revue Science Express.

Valeurs des rapports deutérium/hydrogène (D/H) dans différents objets du Système solaire, regroupés par couleur avec les planètes et satellites (bleu), les chondrites de la ceinture d’astéroïdes (gris), les comètes originaires du nuage de Oort (violet) et les comètes joviennes (rose). © B. Marty, Esa, Altwegg et al.


Soleil (image - lien web)

Précisions : les temps - heures, jours, années - sont donnés en références à la Terre.
(source principale : NASA/JPL - 08/2014)

Une des milliards d'étoiles qui peuplent la Voie Lactée (notre galaxie)
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Diamètre du soleil (équatorial) : 1 391 000 km.
Masse :1,989 x 1030 kg
Période de rotation : env. 26,8 jours (terrestres) à l'équateur et 36 jours vers les pôles.
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C'est sa température de surface de 5777 kelvin
(*), qui produit un rayonnement dans le jaune (la température centrale serait de 15,4 millions de Kelvin)
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Principales composantes chimiques :
Hydrogène = 92,1% - Hélium = 7,8% - Oxygène = 0,061%
Carbone = 0,030% - Azote = 0,0084% - Néon = 0,0076%,
[et d'autres éléments à l'état de traces]
*Unité de température thermodynamique (K). Elle commence à la température absolue.
0 K équivaut à -273°C
(l'eau se transforme en glace à 273 K et bout à 373 K, à PN).



RETOUR (sytème solaire)

Mercure (image) (vidéo, 12 mn)
Distance au soleil (moyenne) : 57 909 227 km (0,387 UA)
Rotation : 58,6462 jours terrestres - Durée de révolution : 87,97 jours terrestres
Diamètre :
4879,4 km (équatorial)

Atmosphère très ténue (He[42%], Na[42%] et O2[15%] - P =10-15 bars)
----------
Température maximum au sol (
face éclairée) : -173/427 °C
-----------------
------Absence d'eau au sol : mais présence de glace,
et peut être de la vapeur d'eau atmosphérique (?)
Notes : la sonde Messenger a découvert dans ses régions polaires de vastes quantités de glace.
RETOUR




Vénus (image) (vidéo YouTube, 44 mn)
Distance moyenne au soleil : 108,209 millions de km (0,723 UA)
Rotation :
243,018 jours (sens rétrograde) - Durée de révolution : 224.7 jours,
(le jour vénusien dure environ 117 jours terrestres)
-----------------
Diamètre :
12 103.6 km (équatorial).
Elle est entourée d'une couche de nuages opaques en haute altitude.
Ceux-ci se déplacent à plus de 360 km/h. On y rencontre des cristaux de CO2, des gouttelettes d'acide sulfurique et de SO2, de la vapeur d'eau.
Seulement 2 % de lumière solaire passe vers le sol (30% pour la Terre).
L'hydrogène libéré s'est échappé et l'oxygène a oxydé le sol (d'où la couleur ocre-rouge).
Température moyenne au sol : 456.8°C.
Atmosphère : CO2 [96%] et N2 [3%],
Pression (atmosphère) : 93 000 hPa (93 bars ou 91,78 atm), soit environ 94 fois celle de la Terre.
------------------
Activité géologique importante. Absence de vie.

RETOUR




Terre (image)
Distance moyenne au soleil : 149,6 millions de km (1 UA)
Rotation :
23,56 heures (jour sidéral) - Durée de révolution : 365 1/4 jours
Diamètre :
12 756,2 km équatorial, et polaire : 12 713,6 km.
Masse : 5,973.1024 kg
---------
Pression moyenne de l'atmosphère au sol : 101 325 Pa (1013,25 hPa, soit 1,013 bar).
Température moyenne au sol : 15°C
(pression et température décroissent avec l'altitude, à 12 km la pression est 7 fois plus faible qu'au sol
et la température baisse de 70°)

Composition de l'atmosphère : 78,09 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon, 0,03 % de CO2
---------
La position de la Terre par rapport au soleil, la présence de saisons et de climats différents ainsi que la présence d'eau liquide ont permis l'apparition de la vie.
------------
Satellite : la
Lune

Totalité du volume d'
eau terrestre : évaluée à 1 358 266 020 km-cubes [km3],
ou 1,358.1018 m
3 (1,3 Em3)
dont :
eau liquide = 1 329 081 627 km
3, glaces = 29 158 567 km3,
eau atmosphérique = 12 913 km
3
(Rappel : 1 km3 = 1 milliard de m3, ou 109 m3)

Aujourd’hui, si l’on pouvait éroder tous les reliefs de notre planète, l’eau liquide recouvrirait toute sa surface formant une couche de 3 kilomètres d’épaisseur, une situation très différente de celle de ses consœurs !

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la Lune (image)
Distance moyenne à la Terre : 384 400 km (mais, éloignement de 4 cm par an)
Diamètre :
3 476 km (équatorial), soit 27% env. du diamètre terrestre.
Masse : Masse : 7.349 x 1022 kg
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Rotation
: 27 j. 8 h - Durée de révolution autour de la Terre : 27 j. 8 h
Température au sol (face éclairée) : de +100 le jour à -50 °C la nuit ,
face non éclairée : -150 °C .
Pas d'atmosphère.

Certains scientifiques américains ont annoncé qu'il y aurait de l'eau sur la Lune ?
(sous forme de glace bien sûr ! - Lien sur > futura-ciences).
En fait, des données récentes (images de la sonde Kaguya) contrediraient cette annonce peut être un peu rapide...donc, à suivre (peut être grace à la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter [LRO] ?
A noter que certains satellites des planètes autre que la Terre ont un diamètre supérieurs à la Lune :
Ganymède, Titan, Callisto et Io

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Mars (image)
Distance moyenne au soleil : 228,943 millions de km (1,53 UA)
Diamètre : 6 779 km
(équatorial).
Rotation : 24,623 heures - Durée de révolution : 686,98 jours (1 an et 321,7 jours terrestres)
------------------
Température moyenne, au sol : -63°C
Les températures vont de -128° C (la nuit aux pôles en hiver) à +27 °C (en été à l'équateur)

Atmosphère : 95,3 % de CO2, 2,7 % d'azote [N2], 1,6% d'argon [Ar], 0,07 % de monoxyde de carbone [CO], 0,13 % d'oxygène [O2],
et 0,03 % de vapeur d'eau.
Pression de l'atmosphère : en moyenne de 600 Pa (0,6 kPa, soit 6 millibars),
[soit environ 1.7 fois moins que sur la Terre]

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2 satellites : Phobos (image) et Deïmos (image)


Présence de calottes glaciaires au niveau des pôles : elles piègent un mélange d'eau et de neige carbonique. Il n'y a pas de présence d'eau liquide au sol*, bien que les anciens lits de fleuves trouvés, indiquerait que celle-ci était présente il y a quelques millions d'années.

Peut-être dans le sous-sol ?
*La faible valeur de la pression atmosphérique ne permet pas à l'eau liquide d'exister à la surface de Mars.
L'eau ne peut donc exister de façon permanente en surface que sous forme de gaz
(vapeur d'eau) ou de glace.
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Lien interne sur les missions vers Mars : ici
Lien web à visiter : Mars > The Mars Exploration Program <Overview>



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Jupiter (image)
Distance moyenne au soleil : 778,340 millions de km (5,2 UA)
Rotation : 9.92496 heures - Durée de révolution : 11 ans 313 j
Diamètre : 139 822 km (équatorial, > polaire : 113 628 km, P=1 atm)
Température au plafond des nuages : -145 °C (au centre de la planète : environ 20 000 K)

Il n'y a pas de surface rigide
(l'atmosphère est constituée à 90 % d'hydrogène et environ 10% d'hélium) avec de petites quantités de méthane, d'ammoniaque et d'eau, et d'autres éléments, mais le centre doit être constitué par un noyau liquide d'hydrogène métallique.
Jupiter possède des anneaux en faible quantité et très fins.
Aucune vie de type terrestre possible.
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Principaux satellites (par ordre de grandeur) : Ganymède (1), Callisto (2), Io (3) et Europe (4)
- 80 corps satellitaires, 72 sont officiellement numérotés, dont 57 nommés (2021) -

(1) Ganymède (image) :
Distance de Jupiter : 1 070 000 km - Diamètre : 5 262,4 km - Masse : 1,4819.1023 kg

Ganymède se compose très probablement de noyau rocheux (et peut être une part métallique), avec un manteau d'eau glacé et une croûte de roche qui se compose très probablement de glace et de silicates, et sa croûte est probablement une couche épaisse de glace et d'eau.
Il y a sous la surface, un océan d’eau liquide et salée.

< voir page sur cette lune >

(2) Callisto (image) :
Distance de Jupiter : 1 883 000 km - Diamètre : 4 820 km - Masse : 1,08.1023 kg

Callisto semble se composer d'une croûte d'environ 200 kilomètres de profondeur.
Sous la croûte, existerait un océan d'eau salé de plus de 10 kilomètres.
Les météorites ont perforé des trous en croûte de Callisto, faisant répartir l'eau sur la surface (glace) et formant des rayons et des anneaux autour des cratères.

(4) Io (image)
Distance de Jupiter : 421 800 km - Diamètre : 3 643,2 km (±1,0) - Masse : 8,93.1022 kg
Ce satellite se compose principalement de roches avec un petit peu de fer.
Un volcanisme actif sur Io a été la plus grande découverte. Les panaches des volcans se prolongent à plus de 300 kilomètres au-dessus de la surface, la lave étant éjectée
et accélérée à 1 km/s.
Io est par ailleurs situé dans une intense ceinture de rayonnement : les électrons et les ions emprisonnés dans le champ magnétique de Jupiter. Certains des ions plus énergiques (soufre et oxygène) tombent le long du champ magnétique dans l'atmosphère de la planète Jupiter, ayant pour résultat des aurores.
Peut être de
l'eau à l'état de vapeur (?)

(3) Europe (image) :
Distance de Jupiter : 670 900 km - Diamètre : 3 121,6 km - Masse : 4,80.1022 kg

Sa surface éclatante et presque lisse serait, d’après les dernières données envoyées par la sonde Galileo, une banquise (environ 40/100 km d'épaisseur) sous laquelle il pourrait y avoir un océan d’eau liquide et salée. Ce serait les mouvements d'eau liquide qui entraîneraient ces fissures. De l'acide sulfurique (H2SO4) a été trouvé sur la surface gelée de cette lune glaciale, et également de l'oxygène moléculaire (O2) dans l'atmosphère.

< voir page sur cette lune >

A écouter (Ciel & Espace - Radio) > Sous les lunes de Jupiter, la quête de l’eau
(avec Olivier Grasset, planétologue, laboratoire de Planétologie et géodynamique de l’Université de Nantes. Responsable scientifique du projet Laplace).

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Saturne (image)
Distance moyenne au soleil : 1 426 666 422 km (9,536 UA)
Diamètre moyen : 116 464 km (équatorial)
Rotation : 10,656 hours - Durée de révolution : 29 ans & 168 jours.
Température moyenne des nuages : -125 °C - au centre de la planète : env. 14000 K
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Saturne est entourée de centaines d'anneaux (500 - 1000) formés de poussières,
et de débris de roches et de blocs de glace en orbite autour de la planète
(du cm à plusieurs mètres).
L'épaisseur des anneaux n'est que de 1,5 km, alors que ceux-ci s'étalent sur plusieurs milliers de km.
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- 145 satellites ont leurs orbites confirmées [2023]
Parmi lesquels 53 ont été nommés, dont Encelade (1), Téthys
(2), Dioné (3), Rhea (4), Japet (6), mais surtout Titan (5)
> (voir ci-dessous, classement par ordre de proximité avec Saturne
)

(1) Encelade (image)
Planète tellurique située à 238 020 km de Saturne.
Diamètre moyen
(eq.) : 498 km - Masse : 8.419 kg

Formée principalement de de silicates et de fer,
Encelade serait recouvert de
glace "propre", on observe des "geysers froids" formés de vapeur et glace d'eau ".
Selon un modèle, les jets de vapeur et de particules de glace émanant des « rayures de tigre » proviendraient de réservoirs souterrains d'eau liquide sous pression (océan ?), et s'échapperaient par des bouches de sorties ayant « percé » la croûte à cet endroit.
> Voir une image récente de geysers (2009) et page sur cette lune

(2) Téthys (image)
Planète tellurique située à 294 660 km de Saturne.
Diamètre (eq.) :
1060 km - Masse : 6,22.1020 kg
Elle serait composée principalement de de glace d'eau et de roches.

(3) Dioné (image)
Planète tellurique située à 377 420 km de Saturne.
Diamètre (eq.) :
1120 km - Masse : 1,05.1021 kg
Dioné serait composée principalement de de glace d'eau et de roches (1/3 de sa masse).

(4) Rhéa (image)
Planète tellurique située à 527 040 km de Saturne.
Diamètre éq.:
1530 km - Masse : 2,49.1021 kg
Rhea est composé principalement de glace d'eau et de roches
(représentant moins de 1/3 de sa masse).


(5) Titan (image) - (anim , 117 Ko)
Planète tellurique située à 1 221 830 km de Saturne (en moyenne).
Diamètre
(équatorial) : 5151 km (±4) - Masse : 1.3455 x 1023 kg
Température au sol : -179 /-210° C, eau et CO2 présents sont gelés.
(sauf peut être en sous-sol...)
Pression atmosphérique (mesurée à la surface) : 1 467 hPa (mbar).
L'atmosphère contient surtout de l'azote (90-98%) et du méthane (1-6%).
(Il existe des lacs/rivières d' hydrocarbures à la surface [méthane et éthane principalemet]).
En dehors de la température,
c'est le seul corps astral qui possède une atmosphère voisine de la Terre
(avant l'apparition de la vie basé sur l'oxygène).
Tour virtuel de Titan (lien, en anglais) - Image Carte du sol (2019)

(6) Japet (Iapetus) (image)
Planète tellurique située à 3 561 300 km de Saturne.
Diamètre :
1460 km - Masse : 1,88.1021 kg
Japet serait composé principalement de roches ( très peu de glace d'eau).

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Uranus (image)
Distance moyenne au soleil : 2 870 658 186 km (19 UA)
Diamètre :
51 118 +/- 8 km (équatorial)
Rotation
(durée): 17,24 heures (sens rétrograde)
Durée de révolution orbitale
(années) : 83,75
(Uranus se distingue par le fait qu'elle est très inclinée sur son axe, soit 97,86°)
------------------
Elle est entourée d'anneaux (9 connus) formés de blocs de glace pour le premier
et entourés de poussières.
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L'atmosphère d'Uranus de se compose de 83% d'hydrogène, 15% d'hélium, 2% de méthane
et d'un peu d'acétylène et autres hydrocarbures.
NOTA : un océan d'eau, d'ammoniac et de méthane, extrêmement pressurisé et conducteur pourrait se trouver entre le noyau et l'atmosphère (à confirmer !).
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Principaux satellites : Titania (1) et Oberon (2), Umbriel (3), Ariel (4) et Miranda (5).
- 27 corps satellitaires connus (2019) -
[liste des 16 principaux satellites > 50 km de diamètre]
(1) Titania (image)
Distance d'Uranus (moyenne) : 436 298 km -
Diamètre
(eq.) : 1578 km - Masse : 3,53.1021 kg
Titania est la plus grande lune d'Uranus.
Elle est marquée par quelques grands bassins d'impact, mais est généralement couverte de petits cratères et de roches très rugueuses.
Ce serait un mélange d'environ 40-50% de glace d'eau, le reste étant de la roche.

(2) Oberon (image)
Distance d'Uranus (moyenne) : 583 420 km -
Diamètre
(eq.) : 1522,8
(± 5,2) km - Masse : 3,03.1021 kg
Oberon est une lune d'Uranus qui est caractérisé par un vieux cratère de surface glacée.
La surface montre peu d'évidence d'activité interne autre qu'un certain matériel foncé inconnu qui couvre apparemment les planchers de beaucoup de cratères.
(Il y a des rayons semblables à ceux vus sur la lune de Jupiter, Callisto).
Pas d'atmosphère.

(3) Umbriel (image)
Distance d'Uranus (moyenne) : 265 980 km -
Diamètre
(eq.) : 1 169 km - Masse : 1,27.1021 kg

Umbriel est une lune d'Uranus très sombre. La surface est fortement cratérisée et a probablement été stable depuis sa formation.
Elle serait formée d'un mélange de glace d'eau (environ 40-50%) et de roche.

(4) Ariel (image)
Distance d'Uranus (moyenne) : 190 930 km -
Diamètre
(eq.) : 1 159 km - Masse : 1,27.1021 kg

Elle serait formée d'un mélange de glace d'eau (environ 40-50%) et de roche.
La surface serait un mélange de terrain formé de centaines de cratères, reliés par un ensemble de vallées (de centaines de km de longueur et de plus de 10 km de profondeur).

(5) Miranda (image)
Distance d'Uranus (moyenne) : 129 900 km -
Diamètre
(moyen) : 471 km - Masse : 6,59.1019 kg

Elle serait formée d'un mélange de glace d'eau et de roche.
Sa surface semble composée de glace d'eau mêlée à des composés de silicates,
et de carbonates ainsi qu'à de l'ammoniac.
lPar ailleurs, la surface comprend de vastes plaines vallonnées piquées de cratères et traversées par un réseau de failles escarpées et de rupes.
Elle présente surtout trois impressionnantes couronnes, aussi appelées « coronae »,
dont les diamètres dépassent les 200 km.

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Neptune (image1, image2)

Distance moyenne au soleil : 4 498 396 441 km (30, 06 UA)
Rotation : 16,11 heures - Durée de révolution orbitale
(années) : 164.79132
Diamètre : 49 520 km
(équatorial).
--------------
L'atmosphère de Neptune se compose de 85% d'hydrogène, 13% d'hélium, 2% de méthane.

C'est le méthane qui donne à Neptune sa belle couleur bleue.
Température moyenne des nuages : -193 à -214°C.

Les deux tiers internes de Neptune seraient composés d'un mélange de roche fondue, d'eau, d'ammoniaque et de méthane liquide. Le tiers externe est un mélange de gaz chaud comprenant de l'hydrogène, de l'hélium, de l'eau et du méthane.

Neptune a quatre anneaux, lesquels sont très étroits et pâles. Les anneaux sont faits de particules de poussière issues de l'impact de petites météorites sur les lunes de Neptune.


Principaux satellites (par ordre de tailles) : Triton(1), Proteus (2) et Nereide (3).
- 14 corps satellitaires connus (2019) -


(1) Triton (image) - (anim, 171 ko)
Distance de Neptune (en moyenne) : 354 760 km
Diamètre
(équatorial) : 2 706,8 km - Masse : 2,139.1022 kg.

Triton a une densité moyenne d'environ 2,059 g/cm3 (densité de l'eau : 1,0 g/cm3). Ceci signifie que Triton contient plus de roche à l'intérieur que les satellites de glaces de Saturne et d'Uranus.
La plupart des structures géologiques sur la surface de Triton sont probablement constituées de glace d'eau.
La température sur la surface est environ 38 kelvins (-235°C) : la surface la plus froide de n'importe quel corps actuellement visité dans le système solaire, excepté Pluton.

Il y a une atmosphère, très ténue (environ 0,01 millibar), composée principalement d'azote avec un peu de méthane. et contient des neiges d'azote.
Egalement des geysers ont été observés (2009).

(2) Protée ou Proteus (image)
Distance de Neptune : 117 600 km
Diamètre : 418 km (436 x 416 x 402) - Masse : 5.1019 kg

Protée est une lune avec une surface sombre.
Elle est fortement cratérisée et ne montre aucun signe d'activité géologique.
Pas d'eau trouvée (2019).

(3) Nereïde (image)
Distance de Neptune (moyenne) : 5 513 400 km
Diamètre (D) : 340 km - Masse : 3.1019
Son orbite est la plus fortement excentrique de n'importe quelle planète ou satellite du système solaire, sa distance à Neptune variant de 1 353 600 à 9 623 700 km; ses caractéristiques indiquent qu'elle serait peut être un asteroïde capturé (ou un objet de la ceinture de Kuiper).
Pas d'eau trouvée (2019).

[ les autres lunes sont : Larissa (D:194 km), Galatea (176 km), Despina (150 km), Halimede (62 km), Laomedeia (42 km), Naiad (66 km), Neso (60 km), Psamathe (40 km), Sao (44 km), Thalassa (82 km) et Hyppocamp (18 km) ]

( source (2019) : NASA)


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Pluton & Charon (image, 2015)
Pluton (image 1, image 2, 2015)
Distance moyenne au soleil : 5, 906 milliards km (39,48 UA)
Diamètre
(équatorial) : 2379,8 +/- 4 km - Rotation : 6, 38 jours (rétrograde)
Durée de révolution orbitale (années terrestre) : 248 (90 560 jours)
(mis à jour 2017)
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Composition atmosphérique : Azote (99%), méthane et dioxyde de carbone.
Pluton est si loin du soleil que même l'azote, l'oxyde et le di-oxyde de carbone, les gaz de méthane gèlent partiellement sur sa surface ; T°C (sol) : -220/-230
- présence d'eau en surface, sous forme de glace (et même de montagnes de glace d'eau),
(Pluton aurait un
océan sous sa surface de glace ?)
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Nota* : outre Charon (voir ci-dessous), 4 petites "lunes" ont été découvertes autour de Pluton :
Nix (D=42 km), Hydra (D=55 km), Kerberos (D=12 km) et Styx (D=7 km).
(
images Nix et Hydra )
Charon (image, 2015)
Distance de Pluton (moyenne) : 19 640 km,
Diamètre : 1208 km env (50% env. du diamètre de Pluton)
Rotation : 6,38 jours - Durée orbitale : 6,38 jours (terrestres, autour de Pluton)
- glace d'eau détectée en surface.
(* fournies par la sonde New Horizons, 2015/2016)
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(source principale : NASA/JPL - 03/2010-2015)


Liens web de ce chapitre : http://www.nineplanets.org/ , solarviews et Ciel & Espace

Fin du chapitre L'eau ailleurs