Physique Question #969
Shane Harrison (Genre: mâle, Àge: 27 années) de L'Angleterre sur 14 octobre 2002 demande:
J'observais un documentaire court sur la façon dont la terre est survenue la première fois. La pièce qui m'embarassait était que les scientifiques ont cru que l'eau sur notre planète est venue des comètes frappant la terre. Si c'était les comètes frappant la terre qui nous a donné l'eau, pourquoi isnt là plus d'eau sur la lune comme elle a été frappée beaucoup de fois aussi ?
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La réponse
Tim McConnochie, Teaching Assistant, Cornell University, New York
répondu le 1 décembre 2002
Réponse courte : le vaste de la majorité de l'eau livrée par des comètes à la lune a été perdu pour espacer. En fait, une partie de l'eau sur terre s'est échappée et s'échappe à l'espace, aussi, mais la terre perd l'eau beaucoup beaucoup plus lentement que la lune.
La lune perd l'eau rapidement parce que :
1) Sa pesanteur est seulement un dixième de la pesanteur de la terre, puisque la lune est beaucoup moins massive que la terre, alors que sa température de surface est plus ou moins comme celle de la terre, puisque la terre et la lune sont la même distance loin du soleil. La température est essentiellement une mesure de la vitesse moyenne des molécules dans une substance. Techniquement parlant, la température est une mesure de l'énergie cinétique moyenne des molécules. L'énergie cinétique est égale à la vitesse de masse de périodes carrée (m * v^2), ainsi l'allumeur qu'une molécule est, plus rapide elle est la vitesse moyenne. Les molécules d'eau (en forme gazeuse) aux températures lunaires typiques ont, en moyenne, assez de vitesse pour échapper à la pesanteur faible de la lune. Ce processus désigné parfois sous le nom de l'évasion thermique. Sur terre, la molécule d'eau moyenne a loin trop peu de vitesse à échapper de la pesanteur relativement forte de la terre, mais il y aura quelques molécules qui ont la vitesse suffisante.
2) La lune en tant qu'aucune atmosphère. Pourquoi la lune n'a-t-elle aucune atmosphère ? Fondamentalement, parce que l'argument précédent s'applique aux molécules l'unes des qui pourraient être disponibles pour former une atmosphère lunaire. L'eau liquide et la glace sont instables quand il y a peu ou pas de pression atmosphérique - elles s'évaporeront ou sublimeront, respectivement, pour devenir la vapeur d'eau, qui peut alors être perdue pour espacer par l'intermédiaire de l'évasion thermique. Sur terre, parce qu'il y a d'abondance de pression atmosphérique (et parce que la température n'est pas trop haute) la grande majorité de la vapeur d'eau devient liquide ou solide encore, formant des nuages, avant qu'il puisse le faire aux parties supérieures de l'atmosphère où il peut être perdu par évasion thermique. (Dans l'atmosphère inférieure sur terre, les molécules rapides se heurteront d'autres molécules avant qu'elles aient une chance de s'échapper.)
3) La lumière UV du soleil casse des molécules d'eau à part en atomes d'hydrogène et d'oxygène. Ce processus est connu en tant que « photo-dissociation » puisque les atomes d'hydrogène sont beaucoup plus légers que des molécules d'eau, les atomes d'hydrogène sont perdus pour espacer beaucoup plus rapidement que les molécules d'eau. Sur terre, la couche d'ozone protège la partie plus inférieure de l'atmosphère de la terre de la lumière UV, protégeant de ce fait des molécules d'eau contre la destruction. (Les particules du vent solaire également se heurtent des molécules d'eau et les détruisent, juste comme ultra-violet des photons. Commodément, le champ magnétique de la terre guide le vent solaire.)
En fait, la conservation de l'eau par la terre est l'exception plutôt que la règle dans le système solaire intérieur. Le mercure de planète, comme la lune, a perdu la grande majorité de l'eau fournie par des comètes, et pour le plus ou moins les mêmes raisons. Venus, d'une part, a perdu la majeure partie de son eau parce que son atmosphère, alors qu'abondance assez profondément, était trop chaude, permettant à la vapeur d'eau de traîner en son atmosphère supérieure où elle a été perdue à la photo-dissociation, à l'évasion thermique, et au vent solaire.
Bien que le mercure et la lune aient perdu la MAJEURE PARTIE de l'eau qui leur a été apportée par des comètes, elles ne pourraient pas avoir perdu tout l'elle. Si quelques molécules d'eau finissent vers le haut dans une tache particulièrement froide sur la surface de la lune ou le mercure (un cratère près du poteau qui ne reçoit jamais la lumière du soleil directe, par exemple) alors la sublimation de ces molécules d'eau procédera très lentement, juste comme toute la réaction chimique quand la température est très basse. Dans le cas de mercure il y a de bonne évidence qu'une certaine eau en fait est maintenue exactement de cette façon. On a observé la signature indicatrice de radar de la glace dans les régions qui s'avèrent justement juste ainsi correspondre aux cratères qui ne reçoivent jamais la lumière du soleil directe. L'évidence pour le sorbet sur la lune convainc moins. Une détection rapportée de radar en le vaisseau spatial de clémentine a été contestée et jamais pas reproduite. Le vaisseau spatial lunaire de prospecteur a prouvé qu'il y avait d'hydrogène supplémentaire au poteau de la lune. L'hydrogène supplémentaire suggère, mais ne s'avère pas, la présence de l'eau.
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