Après avoir observé en détail le Soleil, quoi de plus logique donc que de visiter sa voisine immédiate, l’excentrique planète tellurique Mercure ? Surnommée la planète de fer ou planète métallique ou encore planète morte, Mercure est un astre plein de contradictions, qui ne se cantonnent pas qu’à sa plage de températures très opposées oscillant de +400 °C à -200 °C ! Et, pour compléter ce tableau des particularités déjà bien fourni, Mercure s’amuse également à collectionner les records du système solaire !
Elle est non seulement la planète la plus proche du Soleil et celle qui en fait le tour le plus vite, mais aussi, à l’échelle du système solaire, la plus petite planète, celle avec l’orbite la plus excentrique, celle avec la densité absolue la plus élevée et celle avec le plus de cratères d’impact !
FICHE D’IDENTITÉ DE MERCURE, PLANÈTE EXCENTRIQUE
Dénomination commune
Mercure, planète de métal ou planète de fer
Âge
Environ 4 milliards d’années
Comme toutes les planètes du système solaire
Localisation galactique
Galaxie de la Voie Lactée, Bras d’Orion, à environ 8,5 parsecs (25 000 à 28 000 années-lumière) du centre galactique
Système solaire interne
Planète la plus proche du Soleil avec 57 millions km en moyenne
Distance de la Terre
77 millions km Terre
Mercure est visible à l’œil nu depuis la Terre
Composition
Noyau ferreux et silicates
Surnommée la planète de fer, de métal ou métallique, Mercure présente une surface très sombre et sans couleurs, car elle est recouverte de carbone graphite.
Masse et pesanteur
Masse : 3 303 +23 kg
Densité moyenne : 5,42 gm/cm3
Pesanteur : 3,72 N/kg
Mercure est 18 fois plus légère que la Terre et la pesanteur y est moins forte : une personne de 50 kg pèserait 19 kg et sauterait jusqu’à 2,64 m au lieu de 1 m sur Terre.
Rayon équatorial
2,439, 7 km
Mercure est 2,6 fois plus petite que la Terre et a un diamètre 60 % plus petit.
Atmosphère
Hélium : 42 % / Sodium : 42 % / Oxygène : 15 %
Mercure est trop petite pour générer un champ magnétique capable de retenir une atmosphère. Cette quasi-absence d’atmosphère implique également que le ciel est toujours noir.
Température
Maximale en surface : 427 °C (face au Soleil)
Minimale en surface : -173 °C à -190 °C (opposé au Soleil)
Rotation
Période de rotation sur elle-même : environ 180 jours terrestres
Période de révolution autour du Soleil : environ 88 jours terrestres
Vitesse orbitale moyenne : environ 48 km/sec
Nombre de satellites
0
Comme Vénus, Mercure n’a pas de satellite. Leur vitesse de rotation très lente empêcherait des satellites de rester en orbite.
Symbole astronomique
Casque ailé et caducée de Mercure
Un peu d’histoire taxonomique
Observée depuis la plus haute antiquité, Mercure tient son nom du messager des dieux romains, connu pour sa vitesse. Or rapide, Mercure l’est ! Particulièrement quand il est question de sa célérité dans notre ciel terrestre. Fugacement visible juste avant le lever du Soleil et juste après le coucher du Soleil, les Grecs étaient d’ailleurs convaincus de voir deux planètes, appelées Apollon et Hermès. Plus tard, lorsque les Romains latinisèrent son nom, c’est donc Mercure, qui lui est resté.
MERCURE, LA PLANÈTE LA PLUS PROCHE DU SOLEIL
L’éloignement de Mercure au Soleil est compris entre 0,31 et 0,47 unité astronomique (soit 46 et 70 millions de kilomètres). En comparaison avec la Terre, depuis Mercure, le Soleil apparaît 3 à 4 fois plus gros et sept fois plus lumineux.
Cette proximité a toute une série de conséquences sur Mercure : de sa vitesse de révolution solaire à son climat en passant par sa rotation très atypique.
Une proximité synonyme de vitesse
Comme l’a découvert Johannes Kepler en 1618, plus une planète est proche du Soleil, plus elle file vite sur son orbite. Étant la plus proche du Soleil, Mercure est également la plus rapide à en faire le tour puisqu’il lui faut seulement 88 jours. Et ce n’est pas le moindre des records de cette planète excentrique !
Mercure est-elle bien la planète la plus proche du Soleil ?
Pendant longtemps, les astronomes ont cherché une autre planète entre le Soleil et Mercure, l’élusive Vulcain.
En effet, la précession du périhélie de Mercure est légèrement plus rapide que celle à laquelle on peut s’attendre en appliquant les lois de la mécanique céleste avec une avance d’environ 43 secondes d’arc par siècle. Or, d’après la mécanique newtonienne, une si considérable anomalie peut s’expliquer par les perturbations gravitationnelles d’une autre planète entre le Soleil et Mercure.
Précession du périhélie
Précession : Modification de la direction de l’axe de rotation d’un corps. Suite à l’action gravitationnelle exercée par la Lune, le Soleil et les planètes sur la Terre, l’axe de rotation de celle-ci décrit un cône dans l’espace, en 25 800 ans.
Périhélie : Point de l’orbite d’une planète le plus proche du Soleil, par opposition à l’aphélie
L’hypothétique planète Vulcain a ainsi été recherchée depuis les années 1850. Notamment sous l’impulsion de l’astronome français Urbain Le Verrier, conforté par la découverte de Neptune grâce à ses calculs.
Toutefois, dès 1916, la toute jeune théorie de la relativité générale d’Einstein résout définitivement l’énigme. De nouveaux calculs démontrent alors, par application des paramètres « post-képlériens », que Vulcain n’est pas nécessaire pour obtenir ce décalage de 43 secondes d’arc par siècle.
Pourquoi n’y a-t-il pas de Vulcain ?
Pourtant, d’après l’examen des exoplanètes, une Vulcain aurait très bien pu trouver sa place entre le Soleil Mercure (avec ou sans Spock).
L’observation de plus de 1400 astéroïdes de la famille « Aton » — dotés d’orbites elliptiques dont le demi-grand axe est inférieur à celui de l’orbite de la Terre — a établi pourquoi cela n’a pas été le cas dans notre système solaire.
Ainsi, s’il y a bien 18 « apoheles » qui croisent autour de Vénus (cythérocroiseurs) et de Mercure (herméocroiseurs), il n’y pas de Vulcanoïdes sur les orbites entourées par celle de Mercure.
En complément, la théorie de l’astronome Christopher Spalding stipule que « les planétésimaux — en quelque sorte les briques de la construction planétaire — occupant la région entre le Soleil et Mercure, auraient été éjectés sur des orbites plus éloignées, inhibant donc la formation planétaire faute de matériaux pour l’alimenter dans cette région. » Aux débuts du système solaire, entre la force des vents solaires et l’influence de Jupiter et Saturne naissantes, il ne restait plus assez de matière pour Vulcain.
Et vu l’excentricité de Mercure, il n’y avait vraiment pas besoin d’un autre corps céleste subissant les effets d’une telle proximité avec le Soleil !
La planète avec l’orbite la plus excentrique et la plus lente à tourner sur elle-même
Mercure possède de notoriété publique l’orbite elliptique la plus excentrique du système solaire. Sa distance au Soleil varie ainsi de 46 à 69 millions de kilomètres. L’excentricité orbitale de Mercure (de 0,2) est plus de douze fois supérieure à celle de la Terre.
Et, comme cela ne suffit pas pour cette planète excentrique, Mercure s’amuse à chasser deux records en un puisqu’elle s’est également dotée de l’orbite la plus inclinée, avec 7° sur le plan de l’écliptique.
De plus, sa proximité avec le Soleil a un impact non négligeable sur la rotation de Mercure. Cette dernière est, de fait, très nettement ralentie par les forces de marées solaires au point de décrocher le record de la planète la plus lente à tourner sur elle-même.
À noter qu’en théorie, un tel freinage devrait provoquer un rapport 1/1, comme pour la Lune. Toutefois, la synchronisation observée, dite métastable dans le rapport 2/3 peut être conservée dans le cas de Mercure parce que son orbite est fortement elliptique et que la planète présente une importante anomalie de répartition de masse.
L’effet principal est que la rotation de Mercure se retrouve synchronisée sur son orbite autour du Soleil. Pour faire un tour sur elle-même, Mercure met 1,5 fois le temps de sa rotation autour du Soleil.
Ainsi, sur Mercure, les jours (180 jours terrestres) sont plus longs que les années (88 jours terrestres) et 3 journées mercuriennes durent deux années mercuriennes. On parle de « résonance 3:2 ».
Comprendre les jours et les années sur Mercure en une minute chrono !
Enfin, il a été récemment observé que Mercure tourne sur elle-même 9 secondes plus vite que prévu, un autre décalage cosmique considérable et qui démontre à quel point les astronomes sont tatillons. Celui-ci s’explique néanmoins par l’influence gravitationnelle de Jupiter sur l’orbite de Mercure, comme l’a établi l’équipe de scientifiques autour de Jean-Luc Margot.
Températures, atmosphère et glace sur Mercure
La proximité de Mercure avec le Soleil est cause de conditions extrêmes. On y trouve notamment des températures très élevées sur la face éclairée cuite à 400 °C et des températures très basses sur l’autre face, jusqu’à -150 °C et même -200 °C.
Ce contraste thermique est accru par l’absence d’atmosphère, puisque rien ne vient transporter la chaleur vers le côté froid. Mercure n’est ainsi dotée que d’une faible exosphère qui exerce une pression au sol de moins de 1 nPa ou 10−14 atm.
Dans ce contexte, il n’est pas si étonnant de trouver de la glace sur Mercure. Et pourtant, même là elle parvient à surprendre !
En effet, même si les planétologues s’attendaient bien à repérer de la glace, ils ont été stupéfaits que la sonde MESSENGER en 2015 capte un signal bien plus puissant que celui venant de la glace lunaire. Mercure est ainsi dotée d’une quantité de glace remarquable sur ses cratères polaires perpétuellement dans l’ombre.
Un domaine dont la qualité skiable n’a pas encore été attestée et qui ne peut pas provenir uniquement des comètes. Il semble plutôt que, sous l’action des protons du vent solaire, des minéraux présents dans les sols de surface de Mercure libèrent des groupes hydroxyles dits OH –. Ces derniers se combinent alors pour donner des molécules d’eau (H2O) qui migrent sous forme de vapeur vers les pôles où elles se condensent sous forme de glace.
Notre excentrique et contradictoire Mercure ne s’arrête pourtant pas là dans sa quête de records et de particularités, puisque ses propriétés géologiques véhiculent aussi leur lot d’étonnement.
MERCURE, LA PLUS PETITE PLANÈTE DU SYSTÈME SOLAIRE
Digne de la planète du Petit Prince de Saint Exupéry, Mercure est à peine plus grosse que la Lune. Et, depuis que Platon n’est plus une planète, c’est bien elle la plus petite planète du système solaire. Ce qui ne l’empêche pas de présenter, au-delà de sa réputation de planète morte, une étonnante complexité géologique.
Mercure, planète de fer/planète métallique
Une chose est bien sûre concernant Mercure : c’est qu’elle est pleine de fer. Mercure est d’ailleurs tellement pleine de métal qu’il est étonnant que les métalleux n’en aient pas fait leur planète fétiche (vraisemblablement à cause de chansons du type From Mars to Sirius) !
Une particularité qui lui vient de sa composition :
- À environ 70 % de métaux, essentiellement dans le noyau ferreux de 1830 kilomètres de rayon
- À 30 % de silicate, essentiellement dans son manteau de seulement 610 kilomètres d’épaisseur. La croûte de Mercure aurait une épaisseur de 35 à 54 km.
Ainsi, si Mercure est bien la plus petite planète du système solaire, comparativement, la taille de son noyau est étonnante ! Il occupe en effet 85 % de son rayon, ce qui représente 61,4 % de son volume, contre 17 % pour le noyau de la Terre.
Il en découle également que, malgré son petit diamètre de 4800 km, Mercure est étonnement plus massive que sa taille ne le laisse supposer. Elle détient ainsi la 2e densité la plus élevée du Système solaire avec 5,427 g/cm3 contre la Terre à 5,515 g/cm3. Cependant, si l’on ignore l’effet de la compression gravitationnelle, c’est Mercure qui devient n° 1 en densité avec 5,3 g/cm3 contre 4,4 g/cm3 pour la Terre.
Par ailleurs, si la composition de Mercure est relativement claire, il n’en est pas de même pour l’état solide ou liquide de son noyau qui représente un véritable pépin théorique.
Noyau solide ou noyau liquide ?
L’apparente absence d’un champ magnétique et la réputation de « planète morte » entièrement inactive de Mercure penchaient globalement vers un noyau solide.
Notamment, en raison de sa petite taille, il était généralement admis que Mercure ne pouvait pas retenir assez de chaleur pour provoquer ne serait-ce qu’une fusion partielle de son noyau. Cela implique qu’elle n’a pas non plus de champ magnétique, puisqu’un tel processus nécessite en effet des mouvements de fluide chargé déclenchant un effet dynamo.
Les analyses de la sonde MESSENGER en 2015 apportent toutefois des éléments contradictoires, puisqu’un champ magnétique similaire à celui de la Terre, quoique cent fois plus faible, a bien été observé sur Mercure. Son noyau ne peut par conséquent pas être entièrement solide.
Aujourd’hui, les planétologues considèrent donc que le cœur de Mercure contient bien une graine solide, mais également une partie liquide, exactement comme pour la Terre. Mais cela n’explique pas son gigantisme par rapport à la taille de la planète et sa si haute teneur en fer !
Petite planète, mais noyau géant et haute métallicité : les trois hypothèses
Tout d’abord, l’hypothèse de l’impact géant (comme pour Théia et la Terre).
Initialement, Mercure aurait eu un rapport de métal sur silicate proche de celui des météorites de chondrite très communes au système solaire et une masse environ 2,25 fois supérieure à celle d’aujourd’hui. Puis, l’impact avec un planétésimal d’environ 1/6 e de cette masse aurait emporté une grande partie de la croûte et du manteau. Le noyau restant aurait fusionné avec celui du planétésimal, le tout recouvert uniquement d’un mince manteau.
Toutefois, les taux de potassium et de soufre découverts à la surface de Mercure par MESSENGER ne sont pas compatibles avec un choc d’une telle violence qui aurait dû chasser de tels éléments.
Ensuite, l’hypothèse de la nébuleuse solaire.
Mercure pourrait s’être formée avant que la production d’énergie du Soleil ne se soit stabilisée. Elle aurait alors été dotée d’une masse représentant le double de sa masse actuelle. Mais, les températures infernales de la protoétoile se contractant auraient vaporisé une partie de la roche de surface, qui aurait par la suite été emportée par le vent solaire.
Enfin, l’hypothèse des matériaux lourds à proximité de la nébuleuse solaire.
Mercure se serait composée à partir d’un très fort taux d’éléments lourds, naturellement plus présents à proximité de la nébuleuse solaire en formation, comme le fer qui lui donne aujourd’hui un de ses surnoms, la planète de fer.
C’est cette hypothèse qui est actuellement favorite, même si les données sont encore incomplètes et qu’il faudra attendre les analyses de la sonde BepiColombo à partir de 2025 pour la confirmer ou l’infirmer.
À présent que nous avons fait le tour des étrangetés internes de Mercure, il ne reste plus qu’à faire le tour des étrangetés de sa surface ! Et, sans grande surprise, il y a plus dans cette catégorie que le simple fait que les jours mercuriens sont plus longs que les années mercurienne !
MERCURE, LA PLANÈTE AVEC LE PLUS D’IMPACTS DE CRATÈRES
La faiblesse de son champ magnétique empêche Mercure de retenir une atmosphère qui la protègerait contre les bombardements de météores. C’est la raison pour laquelle la surface de Mercure ressemble autant à celle de la Lune et c’est ce qui fait d’elle la planète avec le plus d’impacts de cratères du système solaire.
Toutefois, les sondes Mariner et Messenger ont pu également constater la présence de volcans sur Mercure et des signes indiquant qu’elle n’est pas aussi « morte » que ce que l’on pourrait croire, nonobstant ses similitudes avec la Lune.
Le spectaculaire bassin de Caloris
Le témoignage le plus impressionnant des bombardements de Mercure est très certainement le spectaculaire bassin de Caloris. Produit par l’impact d’un météore de 100 km, il s’étend sur 1500 km de diamètre.
Mais le plus saisissant se trouve en réalité aux antipodes du point d’impact où les ondes sismiques ont généré un relief des plus chaotiques. Le déchirement de la croûte y a provoqué l’émergence de formations rocheuses très particulières puisque des cratères se sont transformés en collines de 10 km de long et jusqu’à 2 km de haut. Ce qui est énorme comparativement à la taille de la croûte de Mercure. Elles sont, de plus, vraisemblablement apparues très rapidement à la suite de ce cataclysme certes sans témoins, mais pas moins spectaculaire.
Retracer l’histoire de Mercure
Ces cratères témoignent aujourd’hui du passé mouvementé de Mercure. Ils recouvrent en effet 80 % de sa surface et il est possible d’établir une chronologie précise en fonction de leur état de fraîcheur.
La surface de Mercure se répartit ainsi comme suit :
- 80 % de terrains très anciens appelés plaines intercratères et terrains de cratérisation élevée
- 10 % de plaines moyennement cratérisées, qualifiées d’intermédiaires et qui se répartissent entre un pôle encore très cratérisé (7 %) et un pôle assez peu cratérisé (3 %)
- 10 % de plaines lisses, très peu ou pas cratérisées, ce qui implique un âge plus récent par rapport aux cratères
Il semble ainsi, grâce aux comparaisons avec la Lune et à la datation isotopique, qu’une intense période de bombardement de Mercure a eu lieu il y a 4 à 4,2 milliards d’années, donnant naissance aux plaines intercratères anciennes. Les plaines récentes datent, elles, de 3,8 à 3,9 milliards d’années, issues d’une intense et brève réactivation de l’activité volcanique de la planète.
Car les cratères ne sont pas seuls à se disputer les terrains hautement prisés de Mercure pour leur vue imprenable sur le centre du système solaire.
L’activité volcanique passée et présente de Mercure
En effet, l’activité volcanique passée de Mercure est indubitable et elle est très probablement à l’origine de certains cratères qui seraient en réalité des plaines de scories.
Ces plaines de scories sont, sur Mercure, bien plus plates et étendues que sur Terre puisque la faible gravité permet à la lave de jaillir à plus de 100 m d’altitude et d’envoyer des débris jusque dans l’espace.
Les principaux arguments de cette activité sont :
- morphologiques, tels que les rides, dômes et plaines lisses recouvrant aux points de contact les plaines intercratères et transformant les parties hautes en « îles ». C’est un effet typique des nappes de lave s’étendant sur des terrains accidentés.
- spectroscopiques, puisque les bandes spectrales de la surface de Mercure sont distinctives de certains minéraux volcaniques, tel l’ion fer dans les pyroxènes. On trouve également des similitudes avec les basaltes lunaires pauvres en fer et en titane.
- visuels, avec l’absence notable de raies caractéristiques du fer dans les olivines et l’albédo régulier de la planète. Ce phénomène trahit la surface homogène de Mercure, qui induit, elle, que la planète est en fait constituée de terrains volcaniques anciens progressivement disloqués par les impacts de météorites.
Albédo
Fraction de l’énergie de rayonnement incidente qui est réfléchie ou diffusée par un corps, une surface ou un milieu. C’est le pouvoir réfléchissant d’une surface.
Une planète encore active, mais au cœur de plus en plus lent
Le passé de Mercure a de toute évidence été particulièrement mouvementé, mais qu’en est-il aujourd’hui ? De fait, si Mercure semble morte, elle ne l’est pas encore et serait plutôt en phase d’endormissement.
Ainsi, certaines failles massives témoignent depuis les années 1970 d’une contraction ancienne du noyau de la planète de fer, au cours de laquelle elle aurait perdu 7 à 8 km de rayon. Mais, des images plus précises de MESSENGER révèlent des failles beaucoup plus jeunes et caractérisées par de petits escarpements en escalier apparus au cours des dernières 50 millions d’années.
Pour l’équipe de Thomas Watters du Smithsonian, c’est le signe indéniable de l’activité continue de Mercure depuis les 4 derniers milliards d’années. Ces escarpements indiquent en effet l’action de tensions mécaniques issues du rétrécissement de Mercure toujours en cours.
Il est estimé que depuis sa naissance, Mercure a perdu 14 km de diamètre (sur 1800 km de rayon pour le noyau et 4800 km de diamètre pour la planète en tout). Ce processus continue au fur et à mesure que le noyau perd de sa chaleur et que le métal se contracte poussant la surface de la planète à s’affaisser.
Les sondes de Mercure
En raison de sa proximité avec le Soleil, il est très dur d’approcher des sondes de Mercure, encore plus de les y placer en orbite.
Quant à la vitesse de son passage dans le ciel terrestre, il complique également son observation depuis les télescopes terrestres. Ces derniers tendent de plus à être affligés d’un effet de loupe grossissante qui a un temps fait croire à des volcans gigantesques sur Mercure.
- Mariner 10
Après 3 survols en 1974 et 1975 et l’envoi de 10 photos mémorables, Mariner 10 a permis d’explorer environ 45 % de Mercure. Malgré cela, jusqu’à l’arrivée de Messenger, Mercure était la moins bien connue des planètes du système solaire.
- MESSENGER
Grâce aux rapports de Messenger (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) en 2008 (3 survols), 2011 (mise en orbite autour de Mercure) et 2015 (écrasement au sol), Mercure est bien mieux connue.
- BepiColombo
La sonde BepiColombo a pour objectif de se mettre en orbite autour de Mercure en décembre 2025 afin, entre autres, de la photographier de nouveau et de réaliser des tests de relativité générale.
Ce qu'il faut retenir
Les records (si possible contradictoires) de Mercure, planète excentrique
- Avec une distance au Soleil comprise entre 0,31 et 0,47 unité astronomique, Mercure est la planète la plus proche du Soleil, n’en déplaise à l’hypothétique Vulcain
- Étant la plus proche, Mercure est également la planète du Système solaire, la plus rapide à faire le tour du Soleil, en seulement 88 jours
- Mais Mercure est par contre la planète la plus lente à tourner sur elle-même, ce qui lui prend 180 jours
- Côté orbite, Mercure se distingue doublement avec l’orbite la plus excentrique, oscillant de 46 à 70 millions de kilomètres, et l’orbite la plus inclinée, avec 7° sur le plan de l’écliptique
- Mercure est également la plus petite planète du système solaire, mais présente la densité absolue la plus élevée
- Enfin, Mercure est la planète du système solaire avec le plus de cratères d’impacts météoriques
Les mentions honorables de Mercure
- Toute proche du Soleil, Mercure trouve quand même le moyen de conserver de belles quantités de glace et présente des écarts de température conséquents allant de +400 °C à -200 °C
- La planète la moins bien connue du système solaire jusqu’en 2015
- Une belle quantité de surnoms grâce à son noyau ferreux occupant près de 60 % de son volume: planète de fer, planète de métal, planète métallique, planète morte…
