Mercure (planète) - Définition

Exploration

Observation 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 (^e millénaire av. J.-C.) qui la nommait « Ubu-idim-gud-ud », mais elle était probablement connue depuis bien avant.

Les premiers écrits d'observations détaillées de Mercure nous viennent des Babyloniens. Les Babyloniens donnaient à cet astre, qu'ils associaient au dieu Nabû du savoir dans la mythologie mésopotamienne, 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.

Plus tard, dans l'Antiquité, les Grecs considérèrent jusqu'au IV^e siècle av. J.-C. que Mercure visible avant le lever du Soleil d'une part et Mercure visible après son coucher d'autre part relevaient de deux astres distincts, appelés respectivement du nom des dieux Apollon (Ἀπόλλων) et Hermès (Ἑρμῆς) de la mythologie grecque ; bien que Pythagore aurait « démontré » qu'il s'agissait du même astre.

Le nom « Mercure » est issu de la mythologie romaine. Mercure, ou Hermès dans la mythologie grecque, est le messager des dieux ainsi que le dieu protecteur des commerçants, des médecins et des voleurs. L'association de la planète au dieu Mercure semble provenir du fait que la planète se déplace rapidement dans le ciel, rappelant la célérité de la divinité gréco-romaine.

Vue depuis des millénaires dans le ciel terrestre, Mercure est une planète difficile à observer depuis la Terre de par sa distance relativement proche du Soleil. 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. Mercure possède une magnitude apparente qui varie entre -0,4 et 5,5.

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 distorsions et une image moins nette. On raconte que sur son lit de mort Copernic regretta de ne jamais avoir pu observer Mercure à cause des brouillards qui s'élevaient sur la Vistule. Cette anecdote a peut-être été inventée mais elle montre qu'il est bien difficile d'observer cet astre.

Cartographie

À partir d'observations terrestres

Le premier astronome à avoir discerné des caractéristiques géologiques de Mercure était Johann Hieronymus 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. Ses observations furent cependant infirmées par William Herschel qui ne put voir aucune de ces caractéristiques.

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.

Carte de Giovanni Schiaparelli

Carte de Percival Lowell (1896)

Carte d'Eugène Antoniadi (1934)

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 les premières photos de la planète. 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'observations effectuées à l'aube ou au crépuscule, à cause des perturbations atmosphériques (l'épaisseur d'atmosphère terrestre que la lumière doit traverser lorsque Mercure se trouve à l'horizon est importante et crée des distorsions de l'image). 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, comme Schiaparelli l'avait affirmé, 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.

Depuis Mariner 10

En 1974–75, Mariner 10 rapporta des photographies en haute résolution permettant la cartographie 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 des manifestations géologiques de la carte d'Antoniadi se sont révélées inexistantes.

L'Union Astronomique Internationale a défini en 1970 le méridien 0° comme étant le méridien solaire au premier périhélie après le 1^er 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 maya), ce qui donne une légère erreur de moins de 0,5° par rapport au méridien 0° défini 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 sur le globe. Cinq projections Mercator (projection cylindrique tangente à l'équateur) entourant la planète au niveau de l'équateur, entre les latitudes 25° nord et 25° sud ; quatre projections Lambert (projection conique) 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 décennies. 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 non cartographiés ne possèdent 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	Non cartographié (Liguria)	Lambert	180° à 270°
H-5	Non 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	Non cartographié (Solitudo Criophori)	Mercator	216° à 288°
H-10	Non 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	Non cartographié (Solitudo Persephones)	Lambert	180° à 270°
H-14	Non cartographié (Cyllene)	Lambert	270° à 360°
H-15	Bach (Australia)	Stéréographique	pôle Sud

Exploration robotisée

Avant d'y envoyer des sondes, on ne connaissait que peu de choses de Mercure. Jusqu'à l'arrivée de la sonde Messenger en janvier 2008, seule la sonde Mariner 10 avait survolé Mercure (en 1974) : c'est à elle que l'on doit une grande partie de ce que l'on connaît de cette planète. La mission actuellement en cours (Messenger), 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	effectué le 14 janvier 2008
	Second survol	effectué le 6 octobre 2008
	Troisième survol	effectué le 30 septembre 2009
	Mise en orbite	planifiée pour mars 2011
BepiColombo	Lancement	planifié pour août 2014	ESA/JAXA

Mariner 10

Mariner 10 a été la première sonde à étudier 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 pris durant ces trois passages plus de 2000 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 a effectué un premier survol de Mercure en janvier 2008, ainsi qu'un second le 6 octobre de la même année. Ce passage permis de dévoiler une grande partie de la face cachée de la planète. Messenger a effectué un troisième passage, à 200 km d'altitude, en septembre 2009, qui permis de terminer la cartographie (10% restaient encore inconnus), avant d'entrer en orbite autour de Mercure le 18 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 volatils 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 un lanceur Soyouz en août 2014. Elles vont rejoindre Mercure environ six 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 au vide quasi-parfait à la surface, empêchant l'apport de chaleur depuis les portions éclairées par le Soleil. Ce qui rend ainsi toujours sombre et froid le fond d'un cratère — même peu profond — à l'un des pôles, mais surtout éviterait de gros écarts de température. 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.

Une base n'importe où ailleurs, serait exposée en « journée » durant un trimestre (terrestre) à la chaleur intense du Soleil, puis durant une période nocturne identique sans la moindre source de chaleur extérieure. La situation ne serait pas aussi compliquée qu'il n'y parait à première vue : les installations pourraient être enterrées sous plusieurs mètres de régolithe qui, dans le vide, servirait aussi bien d'isolant thermique que de bouclier antiradiations. Des approches similaires ont été proposées pour l'installation de bases sur la Lune, dont le jour dure deux semaines, suivi d'une nuit de deux semaines également. Par ailleurs, la base pourrait profiter du jour pour stocker la chaleur et s'en servir ensuite la nuit. Il serait aussi possible de se servir de la chaleur disponible dans les roches du sous-sol, où la température est quasi-constante de l'ordre de 180 °C (voir chapitre ) : une sorte de géothermie mercurienne. En revanche, la protection des robots et des véhicules contre la chaleur du Soleil pourrait poser beaucoup plus de difficultés, entrainant une limitation des activités en surface durant le jour.