Mercure (planète): Toutes les Informations sur Mercure (planète) sur encyclopedie-enligne.com

Mercure est la première planète du système solaire en partant du Soleil et la huitième en taille. Elle est de type tellurique comme la Terre, et doit son nom au dieu romain Mercure. Elle ne possède aucun satellite naturel. Sa magnitude apparente varie entre -0,4 et 5,5. Mercure est une planète difficile à observer, du fait de sa proche distance au Soleil. Elle n'est d'ailleurs observable qu'au lever et au coucher du Soleil.

Mercure est encore une planète mystérieuse puisque seulement 40–45% de sa surface est connue. À ce jour, seule la sonde Mariner 10 (1974–75) survola la planète – par 3 fois. À chaque survol, Mercure présentait la même face au Soleil, c'est pourquoi la planète n'a pu être totalement cartographiée par la sonde.

Mercure dans l'antiquité

Mercure est connue depuis que les hommes s'intéressent au ciel nocturne ; la première civilisation à en avoir laissé des traces écrites est la civilisation sumérienne (III^e millénaire av. J.-C.) qui la nommait « Ubu-idim-gud-ud », mais elle était probablement connue depuis bien avant. Les Sumériens avaient remarqué un point lumineux qui se déplacait près de l'horizon et qui était le plus facilement observable juste avant le lever et après le coucher du Soleil.

Les premiers écrits d'observations détaillées de Mercure nous viennent des Babyloniens. Les Babyloniens donnaient à cet astre qu'ils associaient au dieu Nebo, le nom de « gu-ad » ou « gu-utu ». Ils sont également les premiers à avoir étudié le mouvement apparent de Mercure, qui est différent de celui des autres planètes.

Les astronomes chinois avaient également remarqué cette planète qu'ils nommaient « Shui xing », tandis que les Égyptiens (qui lui ont donné le nom de « Sabkou ») l'associaient à Thot, dieu de la sagesse.

Les Grecs quant à eux lui avaient assigné deux noms : Apollon lorsqu'elle était visible à l'aube et Hermès lorsqu'elle était visible au crépuscule ; bien qu'ils savaient – grâce à Pythagore – qu'il s'agissait du même astre. L'astronome grec Héraclite suggéra même que Mercure et Vénus pouvaient tourner autour du Soleil et non pas autour de la Terre, alors que le modèle du système solaire était encore à l'époque celui du géocentrisme.

C'est des Romains que nous vient le nom de « Mercure », qui correspondait à Hermès pour les Grecs, messager des dieux, dieu du commerce, du voyage et des voleurs. L'association de la planète au dieu Mercure vient probablement du fait que la planète se déplacait rapidement dans le ciel, rappelant celle de la divinité gréco-romaine. Le symbole astronomique de Mercure est un cercle posé sur une croix et portant un demi-cercle en forme de cornes (Unicode : ☿). C'est une représentation du caducée du dieu Hermès. Mercure laissa également son nom au troisième jour de la semaine, mercredi.

Caractéristiques physiques

Atmosphère

L'atmosphère de Mercure est quasi-inexistante ; on en décèle que quelques traces. Elle est extrèmement mince à cause de la chaleur et de la faible gravité de la planète ; à tel point que les molécules de gaz de l'atmosphère entrent plus souvent en collision avec la surface de la planète qu'avec d'autres molécules de gaz. Il est d'ailleurs plus approprié de parler de l'exosphère de Mercure que de l'« atmosphère ». Dans la plupart des cas, on peut la négliger et considérer Mercure comme privée d'air. Cette atmosphère est principalement composée de potassium (31%), de sodium (25%) et d'oxygène (9,5%). Mariner 10 mit en évidence une ionosphère d'au plus un cent-millième celle de la Terre.

Le vent solaire et le dégazage du sol (d'argon et de néon) permettent de mesurer une très faible pression de 2×10^-9 mb.

Les atomes composant l'atmosphère de Mercure sont continuellement libérés dans l'espace, avec une « durée de vie » moyenne d'un atome de potassium (ou de sodium) d'environ trois heures durant le jour mercurien, et seulement la moitié – soit une heure trente – lorsque la planète est au périhélie, c'est-à-dire au plus proche du Soleil. Les atomes composant l'atmosphère de Mercure sont constamment recyclés. Les particules chargées du vent solaire sont l'une des sources probables de ce renouvellement. La magnétosphère, bien que faible, permet de capturer des atomes et de les envoyer vers la surface Mercure. Les impacts météoritiques éjectent des particules arrachées à la surface de la planète, contribuant à la formation de cette mince atmosphère. Ces météorites apportent elles-même de la matière et pourraient être la source du potassium et du sodium détectés dans l'atmosphère. Il existe d'autres mécanismes encore, comme l'évaporation de la glace ou le dégazage.

Température et lumière du Soleil

Mercure est une planète très chaude. La température moyenne à la surface est 452 K, mais elle peut varier de 90 K, pour les portions à l'ombre, à 700 K pour les régions exposées au rayonnement solaire. Par comparaison, la température sur Terre varie seulement d'environ 11 K (sans tenir compte du climat ou des saisons, uniquement le rayonnement solaire).

Depuis sa surface, le soleil apparaît quatre fois plus gros que sur Terre, et sa lumière est 8,9 fois plus intense avec une irradiance solaire de 9126,6 W/m².

Surface

La surface de Mercure est couverte de cratères. La planète ressemble beaucoup en apparences à la Lune, ne présentant à priori aucun signe d'activité interne. Pour les astronomes, ces cratères sont très anciens et racontent l'histoire de la formation du système solaire, lorsque les planétésimaux entraient en collision avec les jeunes planètes pour fusionner avec elles. Par opposition, certaines portions de la surface de Mercure semblent lisses, vierges de tout impact. Il s'agit probablement de coulées de lave recouvrant un sol plus ancien et plus marqué par les impacts. La lave, une fois refroidie, donnerait lieu à une surface lisse. Ces plaines datent d'un âge plus récent, postérieur à la période de bombardements intenses.

Le plus remarquable de ces cratères (sur la portion qui a pu être photographiée) est le Bassin Caloris, un impact météoritique d'un diamètre d'environ 1300 km et qui fut formée après la chute d'un astéroïde d'une taille avoisinant les 150 km il y a près de 3,85 milliards d'années. Son nom (« Caloris », chaleur en latin) vient du fait qu'il est situé sur l'un des deux « pôles chauds » de la surface de Mercure qui fait directement face au Soleil lorsque la planète est au plus proche de celui-ci. Les cratères d'un diamètre supérieur à 200 m sont appelés « bassins ». Il s'agit d'une grande dépression circulaire avec des anneaux concentriques. Plus tard, de la lave a certainement coulé dans la cratère et a lissé sa surface. Seule la partie est du bassin à pu être photographiée par la sonde Mariner 10, la partie ouest étant plongée dans l'ombre au moment du survol de Mercure.

De l'autre côté du bassin se trouve une région très accidentée, de la taille de la France et de l'Allemagne rénuies, formée de blocs rocheux en désordonés. Les scientifiques pensent que ces fractures sont le résultat du choc qui produisit le Bassin Caloris. Les ondes de choc produites par l'impact météoritique ont déformé la face opposée, soulevant le sol à une hauteur de 800 m à 1000 m et déformant la surface de Mercure.

Par ailleurs, les photographies prises par Mariner 10 révèlent la présence d'escarpements lobés dus à une contraction de la planète lors de son refroidissement. Une diminution du rayon de la planète d'environ 2 km, produisant des cassures dans la croûte pour former des crêtes et des plis. Ces escarpements traversent les cratères, les montagnes et les vallées et peuvent atteindre une longueur d'environ 500 km. Certaines crêtes atteignent des hauteurs d'environ 4 km. L'ancienneté de ces escarpements montre que la planète n'a pas connu d'activité tectonique depuis son jeune âge.

D'anciennes activités volcaniques

La présence de plaines plus jeunes, lisses, est la preuve que Mercure a connu dans son passé, de l'activité volcanique. L'origine de ces plaines a été mise en évidence par Mark Robinson et Paul Lucey en étudiant les photographies de Mercure, à la fin des années 1990. Le principe était de comparer les surfaces lisses –formées à partir de coulées de laves– avec les autres, non lisses. S'il s'agissait bien d'éruptions volcaniques, ces régions devaient être d'une composition différente de celle qu'elles recouvraient, puisque composée de matériaux venant de l'intérieur de la planète.

Les images prises par Mariner 10 ont d'abord été recalibrées à partir d'images prises en laboratoire avant le lancement de la sonde, et d'images prises durant la mission des nuages de Venus (plutôt uniformes) et de l'espace profond. Robinson et Lucey ont ensuite étudié divers échantillons de la Lune –qui aurait connu une activité volcanique similaire– notamment la réflexion de la lumière afin de faire un parallèle entre la composition et la réflexion de ces matériaux.

À l'aide de techniques avancées de traitement d'images numériques, ils ont appliqué un code de couleurs aux images afin de différencier les matériaux minéraux sombres et les matériaux métalliques. Trois couleurs ont été utilisées : le rouge pour caractériser les minéraux opaques, sombres (plus le rouge est prononcé, moins il y a de minéraux sombres) ; le vert pour caractériser à la fois la concentration d'oxyde de fer (FeO) et l'intensité du bombardement de micrométéorites, également appelé « maturité » (la présence de FeO est moins importante, ou la région est moins mature, sur les portions plus vertes) ; le bleu pour caractériser le rapport UV/lumière visible (l'intensité de bleu augmente avec le rapport). La combinaison des trois images donne des couleurs intermédiaires : une zone en jaune peut représenter une combinaison d'une forte concentration en minéraux opaques (rouge) et une maturité intermédiaire (vert).

Robinson et Lucey ont alors remarqué que les plaines étaient marquées de couleurs différentes par rapport aux cratères et ont pu en déduire que ces plaines étaient de composition différente par rapport aux surfaces plus anciennes (caractérisées par la présence de cratères). Ces plaines ont dû, à l'instar de la Lune, être formée par des coulées de lave. De nouvelles questions se posent alors quant à la nature de ces remontées de roche en fusion : s'agit-il de simples épanchements fluides, ou d'éruptions explosives ? Cependant, toutes les plaines n'ont peut-être pas pour origine des coulées de lave. Certaines ont pu se former à partir de retombées de poussières et de fragments du sol, éjectés lors de gros impacts météoritiques.

Certaines éruptions volcaniques ont pu se produire suite à de grosses collisions. Dans le cas du Bassin Caloris, le cratère généré par l'impact devait avoir à l'origine une profondeur de 130 km, atteignant probablement le manteau qui a pu entrer partiellement en fusion lors du choc (pression et température très importantes). Le manteau est ensuite remonté lors du réajustement du sol.

Sachant qu'une partie de la surface de Mercure provient de son intérieur, les scientifiques ont pu en apprendre plus sur la composition interne de la planète.

Composition interne

La planète possède un noyau métallique relativement gros, plus gros que celui de la Terre en proportions. La composition interne est de 70% de métaux (principalement dans le noyau) et 30% de silicate (manteau). La densité moyenne est de 5,430 g/cm³, ce qui est comparable à la densité terrestre (5,515 g/cm³). Les astronomes savaient avant même d'envoyer Mariner 10 que Mercure était à peu près aussi dense que la Terre, à partir de leurs observations depuis la Terre. En revanche, ils ne s'attendaient pas à ce que la croûte de Mercure soit d'une si faible densité, d'après les mesures effectuées par la sonde américaine. Ces résultats indiquent que Mercure possède un énorme noyau métallique occupant 42% du volume planétaire avec un rayon de 75% de celui de la planète. Le noyau de la Terre lui, ne remplit que 17% de son volume. Ceci implique que Mercure possède – en proportions – une quantité de fer deux fois plus importante que tout autre objet du système solaire ; c'est pour cela qu'on la surnomme parfois « la planète métallique ».

La raison pour laquelle Mercure possède un noyau si gros est encore inconnue. L'un des objectifs des prochaines missions vers Mercure est d'étudier et comprendre la structure interne de la planète ; une réponse qui peut nous en apprendre beaucoup sur la formation du système solaire.

Cet énorme noyau est recouvert d'un manteau de silicate d'une épaisseur de 500 à 600 km, puis d'une croûte. L'étude du spectre de la planète montre que la surface semble pauvre en métaux, ce qui intrigue les scientifiques. Sur Terre, le fer est abondant en surface ; cet élément est même présent dans chaque couche de la planète. Mercure a dû connaître un processus différent lors de sa formation.

Du fait de son important noyau ferreux et de son importante densité, Mercure est une planète très massive pour sa petite taille. Par comparaison, Ganymède, un satellite de Jupiter, est légèrement plus grande que Mercure pour une masse deux fois plus petite.

La rotation de Mercure

Schiaparelli, qui étudiait Mercure afin d'en dresser une première carte, avait remarqué après plusieurs années d'observation que la planète présentait toujours la même face au Soleil, comme la Lune à la Terre. Il en conclut alors en 1889 que Mercure était synchronisée avec le Soleil –par effet de marée– et que le jour mercurien équivalait à une année mercurienne, soit 88 jours terrestres. Les astronomes ont découvert dans les années 1960 que Schiaparelli s'était trompé sur la période de rotation, qui est beaucoup plus courte. L'erreur est due à ce que la période de rotation réelle de Mercure est presqu'exactement la moitié de la période synodique de Mercure par rapport à la Terre.

En 1962, des observations par radar à effet Doppler ont été effectuées par le radiotélescope d'Arecibo sur Mercure afin d'en apprendre plus sur la planète et de vérifier si la période de rotation était bien égale à la période de révolution. Les températures relevées du côté de la planète censé être toujours exposé à l'ombre étaient trop importantes, ce qui suggéra que cette face sombre était parfois exposée au Soleil. En 1965, les résultats obtenus par Gordon H. Pettengill et Rolf B. Dyce révèlent que la période de rotation de Mercure est en fait de 59 jours terrestres, avec une incertitude de 5 jours. Cette période sera ajustée plus tard, en 1971, à 58,65 jours à ±0,25 jours grâce à des mesures plus précises –toujours par radar– effectuées par R.M. Goldstein. La sonde Mariner 10 apportera trois ans après une meilleure précision, mesurant la période de rotation à 58,646±0,005 jours. Il se trouve que cette période est exactement égale aux 2/3 de la révolution de Mercure autour du soleil ; ce qu'on appelle une résonance 3:2. En comparaison avec la Terre, Mercure tourne 59 fois moins vite sur elle-même que notre planète. Mercure ne présente donc pas toujours la même face au Soleil.

Pour garder une telle période de rotation en étant aussi proche du soleil, Mercure dispose d'une orbite elliptique inclinée de 3,4° (par rapport à l'équateur solaire), ainsi qu'une forte excentricité –0,2– ce qui en fait la planète la plus excentrique après Pluton. La raison pour laquelle les astronomes pensaient que Mercure était verrouillée avec le Soleil est qu'à chaque fois que Mercure était la mieux placée pour être observée, elle se trouvait toujours au même point de sa résonance orbitale 3:2, présentant ainsi la même face à chaque fois ; ce qui serait aussi le cas si elle était totalement synchronisée avec le Soleil. Cette erreur peut être imputée à la difficulté d'observation de la planète avec les moyens de l'époque.

Il est cependant possible que par le passé, Mercure ait connu une période de rotation beaucoup plus rapide. Certains scientifiques avancent cette période jusqu'à 8 heures. Elle aurait progressivement diminué à cause des forces de marée engendrées par le Soleil sur Mercure. D'après les calculs, ce ralentissement de 8 heures à 58,65 jours se serait déroulé sur une période d'un milliard d'années, ce qui implique également un accroissement de la température intérieure de la planète de 100 K.

En raison de sa résonance 3:2, bien qu'une journée sidérale (la période de rotation) dure environ 58,7 jours terrestres, le jour solaire (durée entre deux retours successifs du Soleil au méridien local) dure 176 jours terrestres, c'est-à-dire deux années mercuriennes.

Il en résulte une journée mercurienne plutôt « étrange » pour un observateur qui serait situé à la surface de Mercure. À certains endroits, celui-ci verra le Soleil se lever deux fois dans une même journée ! Ce phénomène s'explique par la variation de la vitesse orbitale de Mercure. Quatre jours avant le périhélie, la vitesse orbitale de Mercure est exactement égale à sa vitesse de rotation ; le mouvement du Soleil –qui était en train de se lever– semble s'arrêter. Puis au périhélie, la vitesse orbitale de Mercure excède sa vitesse de rotation et le Soleil semble alors avoir un mouvement rétrograde ; il apparaît retourner là d'où il vient, traversant le ciel d'ouest en est, durant environ quatre jours avant de reprendre un mouvement apparent normal, c'est-à-dire se déplaçant d'est en ouest.

L'orbite de Mercure

Mercure a une orbite très excentrique ; son rayon varie de 46 à 70 millions de kilomètres. L'orbite de Mercure connaît une très lente précession du périhélie autour du Soleil —en d'autres termes son orbite est elle-même en rotation autour du Soleil. Toutes les planètes connaissent une précession, causée par l'influence gravitationnelle des autres corps du système solaire, et celle-ci s'explique par la mécanique newtonienne pour chacune d'elles, sauf Mercure. En effet, Mercure connaît une précession légèrement plus rapide que celle à laquelle on peut s'attendre en la calculant à partir des lois de la mécanique céleste, et se trouve en avance d'environ 43 secondes d'arc par siècle.

Les astronomes ont donc, dans un premier temps, pensé à la présence d'un ou plusieurs corps entre le Soleil et l'orbite de Mercure, dont l'interaction gravitationnelle perturberait le mouvement de Mercure. L'astronome français Urbain Le Verrier –qui avait découvert en 1846 la planète Neptune à partir d'anomalies dans l'orbite d'Uranus– se pencha sur le problème et suggéra la présence d'une seconde ceinture d'astéroïdes entre le Soleil et Mercure. Le 28 mars 1859, Le Verrier fut contacté par le médecin français Lescarbault à propos d'une tache noire qu'il aurait vu passer devant le Soleil deux jours avant et qui serait probablement une planète intramercurienne. Le Verrier postula alors que cette planète –qu'il nomma Vulcain– était responsable des anomalies du mouvement de Mercure et se mit en tête de la découvrir. À partir des informations de Lescarbault, il conclut que Vulcain tournait autour du Soleil en 19 jours et 7 heures à une distance moyenne de 0,14 ua. Il en déduit également un diamètre d'environ 2000 km et une masse d'un dix-septième de celle de Mercure. Cette masse était bien trop faible pour expliquer les anomalies, mais Vulcain était une bonne candidate au corps le plus gros de cette hypothétique ceinture d'astéroïdes interne à Mercure.

Le Verrier profita de l'éclipse de Soleil de 1860 pour mobiliser tous les astronomes français afin de repérer Vulcain, mais personne ne put la trouver. Le Verrier resta cependant confiant après que le professeur Wolf du Centre de données des taches solaires à Zurich ait observé sur le Soleil deux douzaines de taches suspectes. La planète fut recherchée pendant des décennies; certains astronomes attestèrent l'avoir vue passer devant le Soleil, parfois plusieurs dirent l'avoir repéré mais à des endroits différents.

Finalement, la réponse vint en 1916 avec la théorie de la Relativité Générale d'Albert Einstein. En appliquant la relativité générale au mouvement de Mercure, on en arrive à la précession mesurée, et il n'y a plus d'anomalies. L'analyse de photographies prises durant une éclipse en 1929 n'apporta aucun signe de la présence de Vulcain. Pourtant en 1970 et 1971, certains chercheurs pensaient avoir trouvé la planète en question, mais il ne s'agissait certainement que de comètes qui sont passées près du Soleil, voire qui sont entrées en collision avec. Les multiples taches observées par les astronomes étaient sans doutes des astéroïdes proches de la Terre, alors inconnus à l'époque.

Par ailleurs, des recherches ont révélé que l'excentricité de l'orbite de Mercure variait chaotiquement de 0 (orbite circulaire) à une valeur très importante de 0,45 sur plusieurs millions d'années. C'est ce qui pourrait expliquer la résonance 3:2 de la rotation de Mercure (plutôt que 1:1), car on s'attend plutôt à rencontrer cet état pendant une période où l'orbite a une forte excentricité.

Champ magnétique

La présence d'un champ magnétique, révélé par la sonde Mariner 10 lors de sa première approche en mars 1974, surprit les astronomes qui pensaient jusque là que Mercure était dépourvue de toute magnétosphère. Vingt minutes avant de survoler la planète au plus près, les magnétomètres de Mariner 10 détectèrent l'onde de choc d'étrave produite par la collision de ce champ avec celui du Soleil. Il a été mesuré à 1 µ T, ce qui représente un peu moins d'un soixantième du champ magnétique terrestre.

La source du champ magnétique, encore incertaine, a été déterminée durant un second passage de Mariner 10 comme étant intrinsèque à Mercure, et non pas provoquée par l'action des vents solaires. Avant la mission Mariner 10, les astronomes ne pensaient pas que Mercure possédait un champ magnétique du fait de sa vitesse de rotation, trop lente pour pouvoir l'engendrer par effet dynamo, et de sa petite taille, qui laissait penser que le noyau de Mercure s'était solidifié depuis longtemps. Il fallut donc admettre que ce noyau est partiellement fondu et connaît des mouvements de convection qui seraient à l'origine de ce champ. Cependant, les estimations récentes suggèrent que le noyau de Mercure n'est pas assez chaud pour que le fer-nickel soit présent sous forme liquide. En revanche, il est possible que d'autres matériaux ayant un point de fusion plus bas, comme le soufre, soient responsables. Il se peut également que le champ magnétique de Mercure soit le reste d'un ancien effet dynamo qui a maintenant cessé, devenu « figé » dans les matériaux magnétiques solidifiés du noyau ; la période de rotation ayant pu être beaucoup plus courte par le passé.

Par ailleurs, le champ magnétique de Mercure est une version réduite du champ magnétique terrestre. Norman Ness, qui était alors chargé de l'étude du champ magnétique, put prédire –en supposant d'avance qu'il s'agissait d'une version réduite du champ terrestre– les moments où la sonde traverserait l'onde de choc, la magnétopause ainsi que la zone où le champ est maximal. Ces prédictions concordaient avec les mesures relevées par les instruments de Mariner 10. Des expériences menées par la sonde ont montré que, tout comme celle de la Terre, la magnétosphère de Mercure possède une queue séparée en deux par une couche neutre.

La haute métallicité de Mercure

La proportion en fer de Mercure –proportion plus importante que celle de tout autre objet du système solaire– intrigue toujours les astronomes. La réponse à cette question permettrait certainement d'en apprendre beaucoup sur la nébuleuse solaire et les conditions dans lesquelles le système solaire s'est formé. Trois hypothèses ont été proposées pour expliquer la haute métallicité de Mercure et son noyau gigantesque.

L'une d'entre elles suggère que Mercure avait à l'origine un rapport métal-silicate semblable à celui des chondrites et une masse d'environ 2,25 fois la masse courante, mais que tôt dans l'histoire du système solaire, Mercure aurait été frappée par un planétésimal d'environ 1/6 de cette masse. L'impact aurait arraché à la planète une grande partie de sa croûte et de son manteau, ne laissant derrière que le noyau (métallique) et un mince manteau. Une hypothèse similaire a été proposée pour expliquer la formation de la Lune.

Une seconde hypothèse propose que le taux d'éléments lourds, comme le fer, présents dans la nébuleuse solaire était plus important aux alentours du Soleil, voire même que ces éléments lourds étaient distribués graduellement autour du Soleil : plus on s'en éloignait, moins il y avait d'éléments lourds. Mercure, proche du Soleil, aurait donc amassé plus de matériaux lourds que les autres planètes pour former son noyau.

Alternativement, Mercure aurait pu s'être formée très tôt dans l'histoire, avant même que l'énergie dégagée par le Soleil ne se soit stabilisée. Mercure aurait eu à sa formation le double de sa masse courante, mais à mesure que la proto-étoile se contractait, la température aux alentours de Mercure augmentait et aurait pu atteindre 2500-3500 K, voire même 10 000 K. À de telles températures, une grande partie de la surface de Mercure aurait été vaporisée, formant une atmosphère de « vapeurs rocheuses » qui aurait été ensuite transportée ailleurs par les vents solaires. Une hypothèse similaire propose que les couches extérieures de Mercure aient été « érodées » par les vents solaires, durant une plus longue période.

De la glace sur Mercure

Des observations radar faites en 1991 à partir du radiotélescope d'Arecibo et de l'antenne de Goldstone indiquent la présence de la glace d'eau aux pôles Nord et Sud de Mercure. Celle-ci est caractérisée par des zones à réflexion radar élevée et une signature fortement dépolarisée, contrairement à la réflexion radar typique du silicate, constituant la majeure partie de la surface de Mercure. Une vingtaine d'anomalies de ce type ont été observées.

Les résultats obtenus avec le radiotélescope d'Arecibo montrent que ces réflexions radar sont concentrées dans des taches circulaires de la taille d'un cratère. La plus grosse d'entre-elles au pôle Sud semble, d'après les images prises par Mariner 10, coïncider avec le cratère Chao Meng-Fu. D'autres, plus petites, correspondent également à d'autres cratères identifiés. La corrélation est cependant impossible à faire pour le pôle Nord, puisque non cartographié. On pense que de la glace repose au fond de ces cratères.

La présence de glace sur Mercure peut surprendre ; les températures régnant à la surface de la planète peuvent atteindre 430°C, notamment aux « pôles chauds » –régions les plus exposées au Soleil lorsque Mercure est au plus proche de celui-ci. Cependant, certains cratères aux pôles peuvent ne jamais être exposés aux rayons du Soleil, et donc plongés dans une obscurité permanente. Des études ont montré que la température au niveau de ces cratères n'excède pas 102 K. Certaines surfaces plates même, au niveau des pôles, seraient soumises à des températures inférieures à 167 K. Exposée à de telles conditions, l'eau peut rester sous forme de glace.

Il existe deux sources probables de glace : le bombardement météoritique et le dégazage du sol. Les météorites frappant la planète ont pu apporter de l'eau qui serait restée piégée, gelée par les basses températures des pôles, à l'endroit où se sont produits les impacts. De même pour les dégazages ; certaines molécules ont pu migrer vers les pôles et se retrouver piégées.

L'hypothétique lune de Mercure

Le 27 mars 1974, alors que Mariner 10 s'apprêtait à effectuer son premier survol de la planète deux jours après, des anomalies dans les UV extrêmes ont été enregistrées par un des instruments de la sonde, caractérisant un objet « qui n'était pas censé se trouver là ». Puis elles ont disparu le jour suivant pour apparaître de nouveau trois jours après. Les astronomes ont alors d'abord pensé à une étoile, mais l'objet avait été vu dans deux directions différentes et les longueurs d'onde de ces UV laissaient penser qu'il s'agissait d'un objet beaucoup plus proche. On a cru alors à la découverte d'un satellite naturel autour de Mercure, d'autant plus que l'objet se déplacait à une vitesse de 4 km/s, ce qui était plutôt cohérent avec la vitesse d'une lune. Mariner 10 devait alors étudier le corps qui s'avéra finalement être une étoile chaude, 31 Cratéris, dont les rayons UV n'avaient pas été entièrement absorbés par le milieu interstellaire comme on le pensait. Ceux-ci provenaient de la nébuleuse Gum, s'étendant sur 140° du ciel nocturne et émis à 54 n m.

Transit de Mercure

Le transit de Mercure peut se produire en mai ou en novembre lorsque Mercure se situe entre le Terre et le Soleil. La fréquence de ces transits est de 13 ou 14 par siècle. Le prochain se déroulera le 8 novembre 2006. Voir transit de Mercure.

Histoire géologique

L'évolution géologique de Mercure peut être divisée en cinq grandes périodes ou époques.

La première s'étend du tout début de l'histoire du système solaire à la période de bombardements intenses. La nébuleuse solaire primitive s'est condensée et a commencé à former de la matière solide ; d'abord de petite masse qui à force de s'accumuler (processus d'accrétion) a produit des corps de plus en plus gros, ayant une force d'attraction de plus en plus importante, jusqu'à former la principale masse de Mercure. La nature homogène ou hétérogène de cette accumulation de matière reste encore inconnue ; on ne sait pas si Mercure s'est formée à partir d'un mélange de fer et de silicate qui se sont ensuite dissocié pour former séparément un noyau métallique et un manteau de silicate ou si le noyau s'est formé en premier, à partir de métaux, puis le manteau et la croûte ne sont venus qu'après, lorsque les éléments lourds comme le fer sont devenus moins abondants aux environs de Mercure. Il y a peu de chance pour que Mercure ait possédé une atmosphère initiale (juste après l'accumulation de matière), ou alors elle s'est évaporée très tôt avant l'apparition des plus ancien cratères. Si Mercure avait eu une atmosphère, on aurait pu remarquer une érosion des cratères par les vents, comme sur Mars.

La seconde période est caractérisée par un fort bombardement météoritique par des corps relativement gros (des résidus du processus d'accrétion), couvrant la surface de Mercure par des cratères et des bassins (cratères larges de plus de 200 km de diamètre) et se termine au moment où le bassin Caloris s'est formé. Il n'est pas certain que cette période soit la phase terminale de l'accrétion de Mercure ; il est possible qu'il ne s'agisse que d'un second épidose de bombardement indépendant de cette accumulation. Les escarpements présent majoritairement dans les régions « inter-cratères » (qui sont des surfaces plus anciennes que les cratères) et traversant parfois certains des plus vieux cratères montre que le refroidissement du noyau et la contraction de la planète se sont produits entre la fin de la première période et le début de la seconde.

La formation du bassin Caloris marque la séparation entre la seconde et la troisième période. L'impact météoritique a donné lieu à de fortes transformations de la surface de Mercure : la création de l'anneau montagneux Caloris Montes autour du cratère produit et les déformations chaotiques de l'autre côté de la planète. Cet évènement s'est produit il y a environ 3,8 milliards d'années.

La quatrième époque géologique de Mercure débute après l'impact du Caloris Bassin et couvre la période de volcanisme qui s'ensuivit. Des coulées de lave ont formé une partie des grandes plaines lisses, grossièrement similaire aux maria lunaires. Cependant, les plaines lisses recouvrant le bassin Caloris (Suisei, Odin, et Tir Planitia) auraient été formé par des éjectas lors de l'impact Caloris. On estime que cette période s'est déroulée il y a entre 4 et 3 milliards d'années.

La dernière époque s'étend d'il y a 3 milliards d'années à aujourd'hui. Hormis de petits impacts météoritiques, peu d'évènements se sont produit sur Mercure durant cette période.

Il existe une autre chronologie semblable, découpée en cinq époque également : Pré-Tolstoïen (de la formation au refroidissement du noyau – il y a 4,5 à 3,97 milliards d'années), Tolstoïen (formation du bassin Tolstoj et des plaines lisses par coulées de lave – 3,97 à 3,77 milliards d'années), Calorien (impact du bassin Caloris et fin du bombardement intense – 3,77 à 3,5 milliards d'années), Mansurien (3,5 à 1 milliards d'années) et Kuiperien (depuis 1 milliard d'années à aujourd'hui). Ici, la période de volcanisme qui produisit une partie des plaines lisses est placée avant l'impact Caloris.

Cartographie de Mercure

À partir d'observations terrestres

Le premier astronome à avoir discerné des caractéristiques géologiques de Mercure était Johann Hieronymous Schröter qui, vers la fin du XVIII^e siècle, dessina en détails ce qu'il avait pu observer, dont des montagnes pouvant atteindre 19 km de haut, mais William Herschel infirma ses observations ; il ne put voir aucune des caractéristiques de Schröter.

Par la suite, d'autres astronomes ont dressé des cartes de Mercure, dont l'italien Giovanni Schiaparelli et l'américain Percival Lowell (en 1896) qui y voyaient des zones sombres en formes de lignes, similaires aux canaux de Mars. Schiaparelli et Lowell avaient également esquissé des cartes de Mars en soutenant qu'il y avait des canaux artificiels.

La meilleure carte d'avant Mariner 10 provient du franco-grec Eugène Antoniadi, au début des années 1930. Elle fut utilisée pendant près de 50 ans jusqu'à ce que Mariner 10 nous renvoie des photos de la planètes. Antoniadi montra que les canaux n'étaient qu'une illusion d'optique. Il reconnut que l'élaboration d'une carte précise de Mercure était impossible à partir d'observation effectuées à l'aube ou au crépuscule, à cause de l'épaisseur d'atmosphère terrestre que la lumière devait traverser lorsque Mercure se trouvait à l'horizon. Il entreprit alors de faire des observations –dangereuses– en plein jour lorsque le Soleil était bien au-dessus de l'horizon. Il gagna ainsi en netteté, mais perdit en contrastes à cause de la lumière du Soleil. Antoniadi parvint tout de même à achever sa carte en 1934, composée de plaines et de montagnes.

Les coordonnées utilisées sur ces cartes ont peu d'importance dans la mesure où elles ont été établies alors qu'on pensait, que la période de rotation de Mercure sur elle-même était la même que la période de révolution autour du Soleil ; il s'agit donc de la face supposée toujours illuminée qui a été cartographiée.

Carte de Giovanni Schiaparelli

Carte de Percival Lowell (1896)

Carte d'Eugène Antoniadi (1934)

Depuis Mariner 10

En 1974–75, Mariner 10 rapporta des photographies en haute résolution d'environ 40–45% de sa surface, révélant les détails topographiques jamais vu auparavant : une surface recouverte de cratères avec des montagnes et des plaines, et très ressemblante à celle de la Lune. Il a d'ailleurs été assez difficile de faire une corrélation entre les caractéristiques photographiées par la sonde et les cartes établies par télescope. Certaines de la carte d'Antoniadi se sont révélées inexistantes.

L'Union Astronomique Internationale a définie en 1970 le méridien 0° comme étant le méridien solaire au premier périhélie après le 1er janvier 1950. Le système de coordonnées utilisé par Mariner 10 se base sur le méridien 20° qui coupe le cratère Hun Kal (Hun Kal signifie « 20 » en ancien maya), ce qui donne une légère erreur de moins de 0,5° par rapport au méridien 0° définit par l'UAI. Le cratère Hun Kal est en quelque sorte le Greenwich de Mercure. L'équateur se trouve dans le plan de l'orbite de Mercure. Les longitudes sont mesurées de 0° à 360° en allant vers l'ouest.

Mercure est découpée en 15 quadrangles. Plusieurs méthodes de projection ont été utilisées pour cartographier la surface de Mercure, suivant la position du quadrangle. Cinq projections Mercator (projection cylindrique tangent à l'équateur) entourant la planète au niveau de l'équateur, entre les latitudes 25° nord et 25° sud ; quatre projections Lambert (projection cônique) entre 20° et 70° de latitude pour chaque hémisphère ; et deux projections stéréographiques pour cartographier les pôles (jusqu'à 65° de latitude).

Chaque quadrangle commence par la lettre H (pour « Hermès »), suivit de son numéro (de 1, pôle Nord, à 15, pôle Sud). Leur nom provient d'une caractéristique importante présente sur leur région (bassin, cratère, etc.) et un nom d'albedo (entre parenthèses) leur est attribué. Les noms d'albedos assignés pour cette nouvelle carte proviennent de celle d'Antoniadi, puisque c'était celle utilisée jusque là par tous les observateurs depuis plusieurs décénies. Ils servent pour repérer les quadrangles lors des observations au télescope depuis la Terre, où l'on ne distingue que les variations d'intensité de lumière. Seuls Lowell et Antoniadi avaient annoté leurs cartes. Les quadrangles nom cartographiés ne possède que leur nom d'albédo.

Quadrangles de Mercure
Quadrangle	Nom	Projection	Longitudes
H-1	Borealis (Borea)	Stéréographique	pôle Nord
H-2	Victoria (Aurora)	Lambert	0° à 90°
H-3	Shakespeare (Caduceata)	Lambert	90° à 180°
H-4	Nom cartographié (Liguria)	Lambert	180° à 270°
H-5	Nom cartographié (Apollonia)	Lambert	270° à 360°
H-6	Kuiper (Tricrena)	Mercator	0° à 72°
H-7	Beethoven (Solitudo Lycaonis)	Mercator	72° à 144°
H-8	Tolstoj (Phaethontias)	Mercator	144° à 216°
H-9	Nom cartographié (Solitudo Criophori)	Mercator	216° à 288°
H-10	Nom cartographié (Pieria)	Mercator	288° à 360°
H-11	Discovery (Solitudo Hermae Trismegisti)	Lambert	0° à 90°
H-12	Michelangelo (Solitudo Promethei)	Lambert	90° à 180°
H-13	Nom cartographié (Solitudo Persephones)	Lambert	180° à 270°
H-14	Nom cartographié (Cyllene)	Lambert	270° à 360°
H-15	Bach (Australia)	Stéréographique	pôle Sud

Exploration de Mercure

De par sa distance relativement proche au Soleil, Mercure est une planète difficile à observer depuis la Terre. Depuis l'antiquité, son observation est un défi pour les astronomes ; la planète restant dans les environs du Soleil dont la lumière éblouit. De plus, elle n'est visible qu'au petit matin, ou au crépuscule, et seulement quelques moments dans l'année. La planète est visible juste au-dessus de l'horizon, ce qui accroît la difficulté d'observation : la lumière réfléchie par Mercure doit traverser dix fois plus d'atmosphère terrestre que si on l'observait au zénith, ce qui produit des distortions et une image moins nette.

Ainsi, avant d'y envoyer des sondes, on ne connaissait que peu de choses de Mercure. À ce jour, seule une sonde –Mariner 10– survola Mercure. C'est à elle que l'on doit une grande partie de ce que l'on connaît de cette planète. Une mission actuellement en cours, et une autre en préparation devraient nous apporter plus d'informations sur Mercure dans les années à venir.

Tableau récapitulatif des missions vers Mercure
Sonde	Évènement	Date	Agence spatiale
Mariner 10	Lancement	novembre 1973	NASA
	Premier survol	mars 1974
	Second survol	septembre 1974
	Troisième survol	mars 1975
MESSENGER	Lancement	août 2004	NASA
	Premier survol	planifié pour janvier 2008
	Second survol	planifié pour octobre 2008
	Troisième survol	planifié pour septembre 2009
	Mise en orbite	planifiée pour mars 2011
BepiColombo	Lancement	planifié pour septembre 2012	ESA/JAXA

Mariner 10

Mariner 10 a été la première et unique sonde à avoir étudié Mercure de près. Elle a survolé la planète à trois reprises, en mars et septembre 1974 et en mars 1975. À l'origine, elle était destinée à survoler et étudier Vénus, mais les astronomes ont pensé qu'ils pourraient en faire usage également pour étudier Mercure, dont on connaissait peu de choses. Mariner 10 est donc la première sonde à avoir utilisé l'assistance gravitationnelle d'une planète –Vénus– pour en atteindre une autre.

La sonde aura prit durant ces trois passages plus de 3000 photographies de Mercure dont certaines à haute résolution (100 m par pixel). Cependant, seul 45% de la surface ont pu être cartographiés. En effet, lors de ses trois passages, Mercure présentait la même face au Soleil ; les régions à l'ombre étant impossibles à cartographier.

Mariner 10 permit de découvrir la présence d'une très mince atmosphère, ainsi qu'une magnétosphère. Elle apporta également des précisions sur sa vitesse de rotation, et de nombreuses autres données exploitables par les scientifiques. La mission arriva à terme le 24 mars 1975 lorsque la sonde se trouva à court de carburant.

MESSENGER

Une nouvelle mission pour Mercure baptisée MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) a été lancée le 3 août 2004 de Cap Canaveral à bord d'une fusée Boeing Delta 2. La sonde MESSENGER fera trois passages au-dessus de Mercure, à 200 km d'altitude, en 2008 et 2009 avant d'entrer en orbite autour de Mercure en mars 2011. Une fois en orbite, elle étudiera l'atmosphère et la magnétosphère de la planète, sa composition chimique en surface et sa structure.

La sonde restera en orbite durant une année terrestre. Elle rapportera également de nouvelles photos à une résolution de 250 m par pixel et devrait produire des cartes de sa composition globale, un modèle en trois dimensions de la magnétosphère, la topographie de l'hémisphère nord et caractériser les éléments volatiles présents dans les cratères constamment ombragés des pôles.

BepiColombo

L'Agence spatiale européenne est en train de planifier en collaboration avec l'Agence spatiale japonaise une mission baptisée BepiColombo qui prévoit de placer deux sondes en orbite autour de Mercure ; l'une pour cartographier la planète (Mercury Planetary Orbiter), l'autre pour étudier sa magnétosphère (Mercury Magnetospheric Orbiter). Le projet de l'envoi d'un atterrisseur embarqué avec la mission a dû cependant être abandonné pour des raisons budgétaires. Ces deux sondes vont être envoyées par des fusées russes Soyuz en septembre 2012. Elles vont rejoindre Mercure environ quatre ans plus tard pour l'étudier durant une année.

Le programme BepiColombo a pour objectif de répondre à une douzaine de questions que se posent les astronomes, notamment au sujet de la magnétosphère et de la nature du noyau de Mercure (liquide ou solide), de la possible présence de glace au fond des cratères constamment à l'ombre, de la formation du système solaire et de l'évolution en général d'une planète au voisinage de son étoile. Des mesures très précises du mouvement de Mercure vont également être effectuées afin de vérifier la théorie de la Relativité Générale, censée expliquer les anomalies observées dans son orbite.

Une possible colonisation humaine

Un cratère au pôle nord ou au pôle sud de Mercure serait peut-être l'un des meilleurs endroits extraterrestres pour l'établissement d'une colonie, là où la température resterait constante (à environ -200°C). Ceci est dû à une inclinaison axiale quasi nulle de la planète et à l'atmosphère quasi-absente pour transporter la chaleur depuis la portion éclairée par le Soleil, ce qui rendrait ainsi toujours sombre et froid le fond d'un cratère –même peu profond– à l'un des pôles. La colonie pourrait se chauffer elle-même et la faible température ambiante permettrait une évacuation plus facile de la chaleur que sur un autre lieu extraterrestre.

De plus, dans le cas où une étoile voisine viendrait à se transformer en une supernova, l'énorme noyau de fer de Mercure pourrait protéger les colons dans presque la moitié des directions possibles de l'explosion. Si cela venait à arriver, les colons aux pôles de Mercure pourraient même être les seuls survivants humains du système solaire.

Mercure (planète)