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- Surfaces planétaires

Appliquette Migration

Auteur: Alice Le Gall

En raison de la grande volatilité de la glace, les surfaces glacées sans atmosphère sont soumises à un phénomène de migration/ségrégation thermique. L’appliquette ci-dessous vise à évaluer l’efficacité de ce phénomène par rapport à d’autres processus d’érosion spatiale sur les principaux satellites glacés du Système Solaire. Elle s’inspire du travail de thèse de J.R. Spencer: The surfaces of Europa, Ganymède, and Callisto- An investigation using Voyager IRIS Thermal Infrared Specta, Ph.D dissertation by John R. Spencer, 1999.

Lisez l’essentiel à savoir ci-dessous et essayez de répondre aux questions.

L'appliquette Migration application.png

Le taux instantané de sublimation s de la glace peut, en première approximation, s’exprimer de la façon suivante : s=P_(vap)*(1/rho)*sqrt((M/(2*pi*R*T)))rho est la densité volumique de la glace (0.92*g*cm^(-3)), M est la masse molaire de l'eau (18*g*mol^(-1)), R est la constante universelle des gaz parfaits (8.3144621*J*K^(-1)*mol^(-1)) et T, la température instantanée (en K).

T s’obtient en égalisant le flux solaire (entrant) et le flux émis par la surface (sortant) : sigma*T^4=(1-A)*(E_o/d^2)*cos(i)sigma est la constante de Stefan-Boltzmann (5.67*10^(-8)*W*m^(-2)*K^(-4)), E_o est la constante solaire (c’est-à-dire la puissance reçue du Soleil par unité de surface normale aux rayons solaires à la distance héliocentrique de 1 UA) (1360*W*m^(-2)), d est la distance héliocentrique en UA du corps glacé, A est est l’albédo de la surface et i est l’angle d’illumination du Soleil à la surface (l’angle entre la normale à la surface et la direction de l’ensoleillement). Il dépend de la latitude, de l’heure locale et éventuellement de la saison. Ici on considère que i=latitude.

P_(vap) est la pression de vapeur saturante de la glace en Pascal, c’est-à-dire la pression à laquelle la phase gazeuse de l’eau est à l’équilibre avec sa phase solide à la température T. Dans la gamme de températures des satellites glacés du système solaire (130-150 K), il a été établi semi-empiriquement que : ln*P_vap=28.9-((4.77*10^4)/(R*T)).

calcotron

exerciceQuestions

Question 1)

Mise en jambe : par une analyse dimensionnelle, retrouvez la dimension de s ?

Solution

Question 2)

Comparez l’amplitude du phénomène de ségrégation thermique entre les satellites galiléens (d=5.2*UA), les satellites saturniens (d=9.5*UA) et ceux d’Uranus (d=19.2*UA). Vous vous placerez à l’Equateur, à midi, en été et prendrez un albédo de 0.4 pour la glace équatoriale.

Question 3)

Tracez le taux de sublimation lié au phénomène de ségrégation thermique en fonction de la latitude et de l’albédo de la glace pour un satellite galiléen. Comparez son intensité sur Europa (A=0.7), Ganymède (A=0.3) et Callisto (A=0.1).

Question 4)

À quelle(s) latitude(s) ce phénomène est-il le plus actif ?

Question 5)

Dans le système de Jupiter, la vitesse de « laboure » des régolithes par impacts micro-météoritiques est de quelques 10^(-3) mm/an. L’intensité du phénomène de « sputtering », quant à elle, décroit avec la distance à Jupiter : 10^(-4.5) mm/an sur Europe, 10^(-6)mm/an sur Ganymède et 10^(-7) mm/an sur Callisto. Que peut-on en déduire sur l’efficacité du phénomène de ségrégation thermique sur Europe, Ganymède et Callisto ? Discutez.

Solution

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