Les saisons exotiques des planètes du Système Solaire

Chacune des planètes de notre système solaire possède des saisons. Mais celles-ci génèrent des climats extrêmement différents de ceux que nous connaissons sur la Terre au printemps, en été, en automne et en hiver. En dépit de ce qui peut nous sembler comme de grandes variations de température et des conditions météorologiques dans différentes régions du globe, il n'y a en réalité que peu de fluctuations dans le climat global de la Terre. Il n'en va pas de même pour toutes les planètes du système solaire !

Ce dossier est en grande partie une traduction et une adaptation d'un article de Samantha Harvey. Les illustrations sont des documents de l'ESA et de la NASA.

Pourquoi existe-il des saisons ?

Il existe plusieurs facteurs qui affectent le temps sur une planète: l'inclinaison de son axe (qui cause les saisons), la forme de son orbite autour du soleil, la présence ou l'absence d'une atmosphère significative, sa distance moyenne du soleil et la durée son jour.

L'axe de la Terre est incliné d'environ 23 degrés ce qui est la cause principale des différences climatiques entre l'été et l'hiver au nord du tropique du Cancer et au sud du tropique du Capricorne. Les planètes dont l'inclinaison est plus petite peuvent avoir des alternances moins marquées; les planètes dont l'inclinaison est plus grande peuvent connaître des fluctuations plus extrêmes.

Notre orbite étant presque circulaire, elle n'influe que très peu sur la variation du climat global de la Terre, ramené à une moyenne pour les deux hémisphères. Mais d'autres planètes ont des orbites plus elliptiques, et donc leurs variations saisonnières sont très différentes des notre. Nous sommes beaucoup plus loin du Soleil que Mercure ou Vénus, mais plus proche que les six autres planètes. D'une manière générale, plus une planète est proche du Soleil, plus les variations sont prononcées.

Les mots "été" et "hiver" tendent à être des termes adaptés pour la Terre mais peuvent être aussi bien appliqués aux autres planètes. Quand le Pôle Nord de n'importe quelle planète est incliné vers le soleil, les astronomes appellent cela le solstice d'été ; quand c'est le Pôle Sud c'est le solstice d'hiver.

Qu'en est-il des saisons et des conditions climatiques pour les autres planètes ?

Mercure

Cette planète rencontre certaines des conditions les plus étranges. Jusqu'aux années 60, on pensait que le jour de Mercure était de la même longueur que son année et qu'il présentait toujours la même face au Soleil, comme la Lune le fait vis-à-vis de la Terre. Mais nous savons aujourd'hui que Mercure tourne trois fois sur lui-même pendant deux de ses années. Avec ce taux étrange de 2/3, Mercure est le seul corps du système solaire verrouillé sur un taux "orbite à rotation" autre que un pour un. Ce fait et l'excentricité élevée de son orbite seraient la source d'effets très particuliers pour un observateur qui se trouverait à sa surface.

À certaines longitudes l'observateur verrait le Soleil se lever et sa taille apparente augmenter graduellement tandis qu'il se déplacerait lentement vers le zénith. À ce point le Soleil s'arrêterait, reculerait brièvement, puis s'arrêterait une nouvelle fois avant de reprendre sa course vers l'horizon, sa taille apparente diminuant alors.

C'est le mouvement du soleil par rapport aux étoiles qui change pour un observateur sur Mercure. Des observateurs à d'autres endroits de la surface verraient des mouvements différents mais toujours aussi bizarres. C'est pourquoi il est extrêmement difficile de dire vraiment quand une saison se termine et quand la suivante commence.

Et, pour ajouter au caractère unique de la planète, les variations de la température sur Mercure sont les plus extrêmes de tout le système solaire, s'étendant de -170°C la nuit à +430°C pendant le jour pour certaines parties de sa surface. Par contre, près des pôles il n'y a presque aucun changement de température, parce que, malgré la durée très importante entre deux levers de soleil (176 jours de la Terre), l'inclinaison de l'axe de Mercure est nulle, ce qui signifie qu'il n'y a aucune variation saisonnière sur la planète. En outre, comme Mercure ne possède pratiquement pas d'atmosphère, les changements climatiques ne se révèlent pas comme des tempêtes dans l'atmosphère, mais plutôt comme de grandes oscillations de la température de surface.

Vénus

Vénus a une inclinaison axiale très petite, de 3 degrés contre un peu plus de 23 degrés pour la Terre. Son atmosphère dense et acide produit un effet de serre intense qui maintient la surface à environ +460°C pendant toute l'année, ce qui serait assez chaud pour faire fondre du plomb. Vénus a également une plus petite orbite que la Terre, ce qui rend ses saisons plus courtes, et les variations des conditions climatiques et de la température minimes. Ses saisons ne durent que de 55 à 58 jours, par opposition aux 90/93 jours sur Terre.

La rotation de Vénus est rétrograde, ce qui fait que le Soleil se lève à l'ouest et se couche à l'est, et est extrêmement lente. En fait, les circonstances se combinent pour rendre les saisons de Vénus plus courtes que ses jours: les levers de Soleil successifs sur Vénus sont séparés par 117 jours terrestres. La rotation lente de la surface diffère de la rotation rapide des nuages. Les nuages tournent dans le même sens que la planète mais beaucoup plus rapidement, une fois tous les quatre jours.

Mars

Mars a une des excentricités orbitales les plus élevées parmi les planètes de notre système solaire, sa distance du soleil varie entre 1,38 et 1,67 Unité Astronomique au cours de son année. Cette grande variation, combinée avec une inclinaison axiale légèrement plus grande que celle de la Terre, provoque des changements saisonniers beaucoup plus importants que ceux que nous ressentons sur notre planète.

Les grandes tempêtes de poussière sont choses communes. Elles sont dues à la chaleur solaire, qui réchauffe l'atmosphère de Mars et l'agite fortement, soulevant la poussière de la surface. Comme l'atmosphère de la planète est ténue (sa densité représente 1% de celle de la Terre au niveau de la mer), seuls les plus petits grains de poussière s'envolent dans le ciel faisant penser à de la fumée.


Un des effets les plus étranges de l'influence des saisons sur Mars est le changement de pression atmosphérique. Pendant l'hiver la pression atmosphérique globale sur Mars est 25% inférieure à la pression pendant l'été. Ceci se produit en raison de l'excentricité de l'orbite de Mars et d'un échange complexe de dioxyde de carbone entre les calottes polaires de glace sèche et son atmosphère.

Lors du solstice d'hiver quand le Pôle Nord est éloigné du Soleil, le gaz carbonique de l'atmosphère gèle et la calotte glaciaire s'étend. À l'autre extrémité de la planète les glaces fondent, rendant le CO2 à l'atmosphère. Ce processus s'inverse six mois plus tard lors du solstice d'été. Cependant, Mars est 10% plus près du Soleil lors de l'été austral qu'il ne l'est lors de l'été boréal. Au moment du solstice d'hiver la calotte glaciaire du Pôle Nord absorbe moins de CO2 que la calotte du Pôle Sud 6 mois après. La différence est si grande que l'atmosphère de Mars est sensiblement plus épaisse pendant l'hiver austral.

Pendant l'été boréal, des nuages peuvent se former, particulièrement au dessus des volcans. À d'autres moment de l'année, la chaleur montant des tropiques, des bandes de nuages peuvent se former dans cette région, plus ou moins de la même façon que sur Terre. Cependant, aucun nuage de poussière sur Mars ne produit jamais de pluie bien qu'il soit possible que des couches de gel puissent temporairement se former sur la surface de la planète. En tout état de cause, même en été, Mars est très inhospitalier par ses températures, avec des minima qui atteignent les -140°C. Seuls des maxima occasionnels à +20°C pourrait éventuellement attirer les touristes.

Le mouvement orbital de Mars est le plus lent quand il se trouve à son aphélie (le point le plus éloigné du soleil) et le plus rapide au périhélie (le point le plus proche du soleil). Ceci provoque une variation de la durée des saisons bien plus importante que sur Terre. L'année martienne dure 687 jours terrestres et les saisons changent grossièrement tous les 6 mois mais le printemps et l'automne dans l'hémisphère Nord durent 171 jours terrestres, l'été 199 jours et l'hiver seulement 146 jours.

Jupiter

Jupiter, comme Vénus, a une inclinaison axiale de seulement 3 degrés, ce qui ne provoque pratiquement aucune différence entre les saisons. Cependant, en raison de sa distance du Soleil, les saisons changent plus lentement. La durée de chaque saison est d'approximativement trois ans terrestres.

Jupiter est la planète dont la rotation est la plus rapide dans notre système solaire, ce qui la fait s'aplatir aux pôles et s'enfler à l'équateur. En outre, comme Saturne, Uranus et Neptune, Jupiter possède une atmosphère très dense et turbulente qui est la cause de violentes tempêtes. Le télescope spatial Hubble a observé en détail un groupe de trois immenses tempêtes de forme ovale qui se sont produit en 1995 sous la grande tache rouge de Jupiter.

Les scientifiques pensent que la grande tache de Jupiter est un ouragan qui avait fait rage depuis plus de 400 années dans l'atmosphère de la planète.

La température sur Jupiter varie aussi considérablement, en raison des différents éléments chimiques qui composent son atmosphère. Par exemple, les plus hauts nuages blancs sont faits de cristaux d'ammoniac gelés, et la température à cet endroit est d'environ -140°C.

Les mesures effectuées depuis la Terre et les sondes spatiales prouvent que la température de Jupiter augmente avec la profondeur sous les nuages, et elle atteint +21°C (une "température ambiante" !) à un niveau où la pression atmosphérique est environ 10 fois plus importante que celle de la Terre. Plus l'on s'enfonce à l'intérieur de Jupiter, plus la température est élevée... Au centre de la planète, elle dépasse celle de la "surface" du Soleil !

Saturne

Saturne possède une inclinaison axiale de presque 27 degrés, qui est légèrement plus importante que celle de Mars. Mais pour ce géant gazeux qui s'approche des confins du système solaire, le concept de changement saisonnier ne prend pas le même sens que sur la Terre. Il n'y a pratiquement aucune variation saisonnière sur Saturne, mais la durée de chaque saison est supérieure à 7 années terrestres. Les hivers sont longs !

Quand la sonde spatiale Cassini a commencé sa mission vers Saturne et sa plus grande lune Titan, cela faisait deux ans que l'automne régnait sur l'hémisphère Nord de Saturne. Lors de sa mise sur orbite le 1er juillet 2004, l'hiver suivant n'avait commencé que depuis deux ans.

Une découverte intrigante effectuée grâce au télescope Hubble fut, en 2002, que la vitesse du vent avait chuté de 1700 à 1000 kilomètres par heure depuis le survol de la planète par Voyager 2 au début des années 80. Ce changement peut avoir été le signe du début de l'hiver sur Saturne, qui avait commencé en mars 2002.

Certains scientifiques pensent par ailleurs que le système d'anneaux qui entoure la planète, par l'ombre qu'il porte sur la surface, pourrait entraîner une configuration saisonnière plus complexe avec des évolutions plus rapides que le traditionnel cycle des saisons auquel nous sommes habitué.

Uranus

Uranus possède une orbite relativement circulaire, ainsi la planète reste à peu près à égale distance du Soleil tout au long de sa longue année. Cependant son axe de rotation est incliné de 98 degrés ! Ceci provoque des saisons qui durent 21 années terrestres et une météo certainement peu commune, bien qu'une seule chose soit certaine: il y fait toujours froid.

Pendant presque un quart de l'année de la planète (égale à 84 années de la Terre), le Soleil brille directement au-dessus d'un des deux pôles, laissant l'autre moitié de la planète plongée dans un long et sombre hiver. Les régions polaires d'Uranus reçoivent ainsi plus d'énergie du Soleil que les régions équatoriales. Uranus est cependant plus chaude à l'équateur qu'aux pôles sans que l'on sache exactement expliquer le phénomène.

Uranus a une atmosphère très épaisse composée principalement d'hydrogène, d'hélium et d'hydrocarbures. L'absorption de la lumière rouge par le méthane dans l'atmosphère supérieure donne à la planète sa couleur bleuâtre. Les premières observations visuelles depuis la Terre montraient des ceintures de nuages ressemblant à celles de Jupiter, mais quand Voyager 2 a survolé la planète en 1986, peu de particularités sont apparues à sa surface. Des clichés plus récents du télescope Hubble laissent apparaître des bandes plus prononcées. Ces phénomènes pourraient être saisonniers.

L'hémisphère Nord d'Uranus sort en ce moment de l'emprise de son très long hiver. Tandis que la lumière du Soleil atteint certaines latitudes pour la première fois depuis des années, elle réchauffe l'atmosphère et déclenche de gigantesques tempêtes de printemps d'une taille comparable à celle de l'Amérique du nord avec des températures de 180°C en dessous de zéro. En 2007, le Soleil brillera directement au-dessus de l'équateur d'Uranus, ce qui autorisera une distribution plus uniforme de la lumière et permettra l'observation de toutes les latitudes de la planète.

Neptune

Neptune a une inclinaison axiale de 28.5 degrés, qui n'est pas trop différente de celle de la Terre. Mais ce géant gazeux n'éprouve que de faibles variations saisonnières appréciables, bien que ses saisons durent plus de 40 ans !

Comme Saturne, Neptune connaît actuellement une saison hivernale, d'où la planète n'émergera que dans quelques 20 ans. L'accumulation des nuages dans son atmosphère fait que la planète réfléchit une grande part de la lumière du Soleil qu'elle reçoit.

Pluton

Comme Pluton est excessivement éloigné, on ne connaît pratiquement rien à propos de ses saisons. Cependant, en raison de son inclinaison de presque 120 degrés et de son excentricité la plus élevée de toutes les planètes, et même si sa distance au Soleil est énorme, on pense que les variations de son climat doivent être significatifs. Peut-être assez pour avoir comme conséquence des fluctuations de sa pression atmosphérique plus importantes que celles de Mars. Il est possible que l'atmosphère très mince de Pluton puisse entièrement geler et tomber en neige sur la surface lorsque la planète est fortement éloignée du Soleil.

Cérès, Eris (2003 UB313) et les autres...

Les scientifiques ne possèdent que peu d'informations sur ces corps.

Les condition climatiques et les saisons extraterrestres sont rigoureuses et semblent être plutôt imprévisibles. Aussi, lorsque nous contemplons les différentes périodes de l'année sur Terre, que nous déplorons un été trop long et trop chaud ou que nous nous plaignons d'un hiver trop rude, il peut être salutaire de faire une rapide excursion mentale dans notre système solaire. Alors soudain, devoir arroser l'herbe sèche d'un jardin et passer des coups de racloir sur un pare-brise gelé deviendront des gestes qui ne nous sembleront pas si désagréables.