La planète la plus proche du Soleil, Mercure, va passer devant notre étoile le 11 novembre. Un prétexte pour nous intéresser à la plus petite planète du Système solaire. Mercure n’a pour l’instant été visitée que par deux sondes, mais BepiColombo, la mission la plus risquée jamais entreprise par l’Esa, est en chemin…

Image de la planète Mercure vue en entier, en fausses couleurs allant du jaune au bleu clair en passant par différentes nuances d'orange et violet.
Visuel de Mercure en fausses couleurs reconstitué à partir d’images de la sonde Messenger. Crédit : Nasa

Minuscule Mercure

À peine plus grande que la Lune, la planète Mercure est la plus petite du Système solaire, vingt fois moins massive que la Terre. C’est aussi la plus proche du Soleil, puisqu’elle gravite à seulement 0,4 unités astronomiques de notre étoile, soit environ un tiers de la distance Terre-Soleil. Ce 11 novembre, Mercure va passer devant le Soleil, un événement rare…

Le Soleil est vu en entier, orange clair sur fond noir, et un petit point noir représente Mercure qui passe devant notre étoile lors de son transit en mai 2016.
Transit de Mercure devant le Soleil en mai 2016. Crédit : Elijah Mathews

Bien qu’elle soit très proche du Soleil, avec 180 °C en moyenne en surface, Mercure ne détient pas le record des températures les plus élevées. Celui-ci revient à Vénus, en raison de son atmosphère très dense, qui crée un puissant effet de serre.

À la surface de Mercure, quasiment dépourvue d’atmosphère, la lumière du Soleil est sept fois plus brillante et intense que sur Terre, et notre étoile apparaîtrait trois fois plus grande dans le ciel pour un observateur.

Le Soleil prend toute la partie droite de l'image en couleurs orangé-rouge, tandis qu'un petit cercle noir sur la gauche, proche de la surface du Soleil, correspond à Mercure.
Tailles relatives de Mercure et du Soleil. Crédit : Nasa/SDO

La plus rapide du Système solaire

Par ailleurs, Mercure est la planète la plus rapide du Système solaire, car à 47 kilomètres par seconde, seulement 88 jours lui suffisent pour faire le tour du Soleil.

Comme Vénus, la Terre et Mars, Mercure est une planète tellurique composée d’un noyau, d’un manteau et d’une croûte. Après la Terre, elle est la seconde planète la plus dense de par son imposant noyau métallique de fer et de nickel, partiellement liquide, de plus de 2 000 km de rayon. Il représente environ 85 % du rayon de la planète et plus de 40 % de son volume ! Le manteau et la croûte ne représentent donc que 400 km d’épaisseur.

Schéma en coupe de Mercure sur fond noir où l'on voit ses différentes couches : surface en couleurs réelles, croûte en marron, manteau en rose pâle et grand noyau en jaune pâle.
Structure interne de Mercure. Crédit : Nasa/APL

Une surface accidentée

En l’absence d’atmosphère, il n’y a rien pour arrêter d’éventuels astéroïdes. La surface de Mercure est donc riche en cratères, globalement similaire à la face cachée de la Lune. Petite originalité, les éléments remarquables à la surface de Mercure portent des noms d’artistes, de musiciens ou d’auteurs célèbres.

De grands bassins d’impact comme Caloris (1 550 km de diamètre) ou Rachmaninoff (306 km de diamètre) ont été engendrés par des impacts d’astéroïdes peu après la naissance du Système solaire. Des falaises de plusieurs centaines de kilomètres de hauteur, formées à la suite du refroidissement et de la contraction de l’intérieur de la planète après sa formation, ponctuent également le paysage. D’autre part, Mercure posséderait de la glace d’eau à ses pôles Nord et Sud, dans les zones en permanence dans l’ombre.

Animation de la planète Mercure en rotation, en fausses couleurs, où l'on distingue cratères récents (bleu clair et blanc) et bassins d'impacts plus anciens (orange).
Mercure en fausses couleurs où l’on distingue cratères récents (bleu) et bassins d’impacts plus anciens (orange). Crédit : Nasa/Giphy

Mercure apparaît brun-grisé en couleurs naturelles. À de nombreux endroits, on peut distinguer des stries plus claires. Elles ont été formées lors d’impacts d’astéroïdes, par éjection autour des cratères principaux de matériaux plus réfléchissants que la surface.

Photo panoramique d'une zone de Mercure : on y voit à sa surface des stries brillantes qui partent en étoile depuis les cratères d'impacts.
Stries brillantes à la surface de Mercure. Crédit : Nasa/USGS/JHUAPL
Vue globale d'une face de Mercure en couleurs gris, blanc et gris foncé.
Vue globale de Mercure. Crédit : Nasa

Du volcanisme sur Mercure ?

Outre les cratères et les escarpements, la surface de Mercure est ponctuée de grandes étendues lisses. D’une part, ces plaines ont pu se former à partir de retombées de poussières et de fragments du sol, éjectés lors de gros impacts de météorites. Mais d’autre part, il est possible qu’elles proviennent… de coulées de laves ! Ce qui serait la preuve d’une activité volcanique sur Mercure.

Les étendues régulières se distinguent des plaines non lisses, non seulement par leur aspect, mais aussi par leur composition faisant intervenir des matériaux issus de l’intérieur de la planète.

Photo en couleurs grises d'une zone de la surface de Mercure où l'on voit un grand cercle régulier, une plaine lisse, qui illustre un volcanisme passé.
Plaine lisse à la surface de Mercure. Crédit : Nasa/JPL/Northwestern University
Vue d'une partie de la planète Mercure en fausses couleurs allant du bleu au jaune orange. On met en évidence les zones
Les zones potentiellement volcaniques de Mercure. Crédit : Nasa/JPL/Northwestern University

Le cratère de Kuiper, en jaune vif en bas à droite de l’image précédente, se compose par exemple de matériaux provenant de l’intérieur de la planète. En orange vif sont représentées les zones constituées de matériaux anciens appartenant à la croûte, tandis qu’une coulée de lave serait identifiable en orange foncé en bas à gauche de l’image.

Les éruptions volcaniques qui auraient conduit à la création des plaines lisses ont notamment pu être causées par l’impact d’astéroïdes. La collision avec un corps d’environ 150 km de diamètre qui a donné naissance au bassin Caloris, pourrait notamment avoir contribué à ce phénomène.

Photo en couleurs grisées du basin d'impact Caloris, zoom sur la surface de la planète.
Caloris, le plus gros cratère météoritique de Mercure. Crédit : Nasa

Précédents survols de Mercure

Jusqu’à présent, Mercure n’a été visitée que par deux missions d’exploration. La première, Mariner 10, a survolé la planète à trois reprises entre 1974 et 1975. La sonde a ainsi pris environ 2 000 photographies, cartographié 45 % de la surface de Mercure et découvert son champ magnétique. Avec la Terre, Mercure est la seule planète tellurique à en posséder un.

Puis, lancée le 3 août 2004, la mission Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging, alias Messenger, a pris le relais. Après trois survols en 2008 et 2009, la sonde s’est mise en orbite autour de la planète en 2011. C’est pour l’instant le seul engin construit par l’Homme à l’avoir fait. La mission a permis de révéler une grande partie de la face cachée de Mercure et de cartographier les 10 % de la surface qui restaient encore à découvrir.

Vue globale des deux faces de Mercure en dégradé de gris et blanc.
Mercure vue par Messenger. Crédit : Nasa/Johns Hopkins/University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Lors de quatre années en orbite, Messenger a pris plus de 277 000 photos et permis de produire des cartes de la composition globale de Mercure ainsi qu’un modèle 3D de sa magnétosphère. Après avoir étudié la topographie de l’hémisphère nord et caractérisé les éléments volatils présents dans les cratères constamment ombragés des pôles, la sonde s’est écrasée à la surface de la planète en avril 2015.

BepiColombo, une mission risquée

Place à présent à une nouvelle mission, qui fait actuellement route vers Mercure : BepiColombo. Parties le 19 octobre 2018, les deux sondes de cette mission des agences spatiales européenne (Esa) et japonaise (Jaxa) seront placées en orbite autour de la planète le 5 décembre 2025.

La sonde Mercury Planet Orbiter (MPO) de l’Esa doit étudier l’intérieur, la surface et l’exosphère, c’est-à-dire les quelques molécules de gaz qui constituent la quasi-atmosphère de Mercure. Le module Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) de la Jaxa va quant à lui s’intéresser au champ magnétique et aux ondes et particules de l’environnement immédiat de la planète.

Schéma des deux sondes sur leurs orbites : Mercure à gauche de l'image avec sa magnétosphère, MPO (le plus gros) sur une orbite rouge proche de Mercure (rouge) et MMO (petite sonde) sur une orbite plus excentrique (jaune).
Orbites des deux sondes MPO et MMO. Crédit : Esa

BepiColombo est la mission la plus risquée jamais entreprise par l’Esa. Plus encore même que Rosetta qui devait faire atterrir le module Philae sur la surface de la comète Tchouri. D’abord, les sondes seront soumises aux températures extrêmes, jusqu’à 450 °C, de l’environnement mercurien. MPO et MMO sont pour cela parées d’un bouclier thermique de 200 kg qui doit les protéger.

De plus, atteindre Mercure est une opération complexe. La masse du Soleil exerce en effet un champ de gravité colossal qui rend très difficile l’insertion d’un véhicule spatial sur une orbite stable autour de la planète. Il faut ainsi plus d’énergie pour une mission vers Mercure que vers Pluton !

Ainsi, pour ne pas “tomber dans le Soleil”, BepiColombo devra freiner en permanence pour résister à l’attraction de notre étoile. Elle aura notamment recours aux assistances gravitationnelles de la Terre, Vénus et Mercure elle-même, qui seront survolées respectivement une, deux et six fois avant la mise en orbite. Les propulseurs ioniques d’un troisième module appelé Mercury Transfer Module (MTM) viendront compléter cette assistance.

Animation qui montre sur fond noir la trajectoire de la mission BepiColombo (violet), qui passe par les orbites de la Terre (bleu foncé), Vénus (turquoise) et Mercure elle-même (vert) avant de se placer en orbite.
Trajectoire de la mission BepiColombo. Crédit : Horizons System/JPL/Nasa

Une mission périlleuse donc, mais qui devrait nous apporter des connaissances précieuses sur l’évolution du Système solaire, et notamment la manière dont se forment et évoluent les planètes qui, dans des systèmes exoplanétaires, gravitent à proximité de leur étoile.

Dessin de la mission BepiColombo avec en fond en bas à droite un bout de Mercure, au centre le plus gros module MPO et à gauche le plus petit MMO.
Vue d’artiste de la mission BepiColombo. Crédit : Esa