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Atmosphère

On donne le nom d'atmosphère (du grec atmos, vapeur, et sphaira, sphère) à la couche de gaz que l'on rencontre à la périphérie de certains astres. Les planètes telluriques et géantes, par exemple, possèdent une atmosphère. On en trouve aussi autour de planètes naines. Cependant, à l'exception notable de celle de Titan, elles sont insignifiantes. Le Soleil et les étoiles sont aussi entourées d'enveloppes gazeuses auquels on peut donner le nom d'atmosphères.

Sous l'effet de la gravité, les atmosphères est plus dense près de la surface de l'astre qu'elles enveloppent et s'amincissent rapidement avec l'altitude, en même temps la pression atmosphérique va s'abaissant. Avec l'augmentation de l'altitude, on observe aussi dans les atmosphères des changements de température.

Planètes telluriques.

Vénus.
L'atmosphère de Vénus est très épaisse. Elle est composée à 96% de dioxyde de carbone (CO2). D'épais nuages situés à des altitudes de 30 à 60 km sont constitués d'acide sulfurique et de CO2. En septembre 2020, l'annonce de la découverte par des chercheurs de l'université de Cardiff et du MIT de phosphine dans ces nuages a sucité un certain émoi : sur la Terre, cette molécule est seulement synthétisée industriellement ou par certaines bactéries. Peut-on imaginer qu'une forme de vie microscopique ait-pu se développer et persister dans l'atmosphère vénusienne ou doit-on invoquer un autre mécanisme inédit? Quoi qu'il en soit, l'effet de serre dû à cette atmosphère maintient à la surface de Vénus une température très élevée.

La Terre.
L'atmosphère de la Terre est une une couche de gaz de plusieurs centaines de kilomètres d'épaisseur. Mais à une altitude de 30 km, la pression n'est plus que de 1% de celle qu'on mesure au niveau de la mer. 

Cette atmosphère est dominée par la présence d'azote (78,1%).  Le deuxième élément le plus abondant est l'oxygène (20,9%). L'oxygène, sous forme de dioxygène (O2) permet l'existence d'organismes vivants dans la basse atmosphère et dans les océans. En haute dans l'atmosphère, cet oxygène sous forme d'ozone (O3), agit comme un bouclier contre le rayonnement solaire. D'autres gaz sont présents dans des proportions moindres. La vapeur d'eau en particulier. Sa teneur  varie : elle peut être nulle dans l'air très sec et aller jusqu'à environ 4%. 

L'atmosphère atteint environ 500 km au-dessus de la surface, mais la majeure partie se trouve à moins d'une vingtaine de kilomètres de la planète. Le Soleil chauffe la Terre de manière inégale. Dans la couche la plus basse de l'atmosphère, la troposphère, des changements continus se produisent ainsi dans la température, et conséquemment dans le flux d'air (vent), l'humidité et les précipitations. La cause fondamentale du temps qu'il fait est le fait que la Terre absorbe plus de chaleur solaire à l'équateur qu'aux pôles. Cela entraîne des variations de la pression atmosphérique, qui créent des systèmes de vent. Les courants océaniques, comme les vents, transportent l'énergie apportée par le Soleil dans les régions chaudes en direction des régions plus froides des océans. 

Mars. 
Mars est une atmosphère très peu dense, qui exerce une pression moyenne à la surface d'environ 0,6% de la pression atmosphérique terrestre. Cette atmosphère est principalement composée du dioxyde de carbone. Des nuages de dioxyde de carbone gelé et de glace d'eau sont présents à haute altitude. On constate aussi la formation de nuages en été  sur de hauts sommets en été. Au printemps et en été des vents, capables de soulever pendant des semaines des nuages de poussière, soufflent du Sud vers le Nord.

Planètes géantes.
Les quatre planètes géantes ont des atmosphères généralement similaires, composées principalement d'hydrogène et d'hélium. Leurs atmosphères contiennent de petites quantités de méthane et d'ammoniac, qui se condensent également pour former des nuages.

Les couches nuageuses plus profondes (invisibles) sont constituées d'eau et éventuellement d'hydrosulfure d'ammonium (Jupiter et Saturne) et de sulfure d'hydrogène (Neptune). Dans les atmosphères supérieures, les hydrocarbures et autres composés traces sont produits par photochimie. 

Les mouvements atmosphériques sur les planètes géantes sont dominés par la circulation est-ouest. Jupiter et Neptune offrent les exemples de nuages les plus actifs. Saturne a généralement un aspect très peu contrasté, malgré ses vitesses de vent extrêmement élevées, et Uranus est sans particularité (peut-être en raison de son manque de source de chaleur interne). De grandes tempêtes (systèmes de haute pression de forme ovale tels que la grande tache rouge sur Jupiter et la grande tache sombre sur Neptune) peuvent être observées dans les atmosphères de ces planètes. Des taches blanches apparaissent parfois dans l'atmosphère de Saturne.

On notera aussi que la plupart des exoplanètes découvertes rappelent les planètes géantes du Systèmes solaire et sont également entourées d'atmosphères que l'on suppose être également très épaisses.

Planètes naines.
Titan.
Le principal satellite de Saturne, Titan, a une atmosphère qui rappelle celle de la Terre, malgré une composition très différente. Il y a aussi des lacs et des rivières d'hydrocarbures (méthane et éthane) à sa surface, ce qui permet l'existence de phénomènes d'évaporation et de précipitations, analogues au cycle de l'eau sur notre planète.

Les autres planètes naines. et les comètes
Plusieurs autres planètes naines (La Lune, Mercure, Pluton, etc.) ont, près de leur surface des particules gazeuses qui pourraient définir des sortes d'atmosphères, mais celles-ci sont extraordinairement ténues. On peut dire la même chose de Triton, satellite de Neptune, sa très évanescente enveloppe gazeuze est alimentée en permanence par des geysers d'azote existant à sa surface.

Des phénomènes analogues à ceux qui créent l'atmosphère de Triton s'observent aussi sur les noyaux cométaires lorsqu'ils s'approchent du Soleil. Le réchauffement des régions proches de leur surface crée des dégagement de gaz et de poussières qui alimentent une petite atmosphère autour des comètes, du moins le temps de leur passage dans les régions internes du Système solaire.

Le Soleil et les étoiles.
Le Soleil et les autres autres étoiles possèdent également une atmosphère, qui correspond à la partie supérieure de leur enveloppe et éventuellement à leur couronne.  L'atmosphère de la Terre est composée d'air. Mais cette composition est très différente sur les autres corps célestes connus. Les conditions de température et de pression que l'on y rencontre peuvent également y être très différentes. 

Le Soleil.
On distingue plusieurs régions dans l'atmosphère du Soleil. La photosphère correspond à la surface visible du Soleil. Elle est aussi la couche pls basse de l'atmosphère de notre étoile.  Au-dessus, trois autres couches constituent cette atmosphère : La chromosphère, d'une épaisseur d'environ 2000 km, dont la température monte à mesure qu'on s'élève de 4500°C à 20 000 °C. De nombreuses colonnes de plasma, appelées spicules, s'élèvent pendant quelques minutes, guidées par des champs magnétiques, au-dessus de cette chromosphère jusqu'à des altitudes d'une dizaine de milliers de kilomètres. Une  mince couche irrégulière appelée région de transition, à l'intérieur de laquelle la température passe de 20 000 °C à environ 1 million de degrés Celsius, entoure la chromosphère. Au-delà se trouve la couronne, visible depuis la Terre lors des éclipses totales de Soleil. La couronne, dont la température atteint les 2 millions de degrés, est la couche la plus externe de l'atmosphère solaire. Elle est constitué d'un plasme très dilué. À une grande distance du Soleil, elle se prolonge par le vent solaire, un flux de particules chargées (principalement des protons et des électrons) s'échappant du Soleil à travers le Système solaire.

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