Le climat de la planète Mars est soumis comme le nôtre à des cycles astronomiques longs mais les siens sont exubérants

Le scientifique serbe Milutin Milankovitch a mis en évidence dans la première moitié du XXème siècle (publications majeures en 1930* et 1941*) les corrélations entre les cycles climatiques longs de la Terre et les cycles astronomiques eux-mêmes longs qui affectent la planète du fait des caractéristiques de sa masse en rotation, de sa relation de gravité avec le Soleil, notre étoile et, dans une moindre mesure, de sa relation de gravité avec les planètes voisines. On a pu extrapoler que ces cycles existent aussi pour les autres planètes, soumises évidemment à la force de gravité de leur étoile et éventuellement d’autres astres, où ils induisent des évolutions planétologiques et climatiques comparables à celles qui nous concernent sur Terre. C’est le cas pour Mars. C’est pour cela que si Milankovitch a été considéré d’abord comme un des plus éminents spécialistes des « sciences de la Terre », il est également un des pères de la planétologie.

Il a identifié trois paramètres dont l’évolution détermine “ses” cycles :

Le premier est celui de l’inclinaison de l’axe de rotation de la planète par rapport au plan de l’écliptique, son « obliquité ». Il détermine l’intensité des variations saisonnières. Il ne s’agit pas ici du changement d’axe (« dérive vraie des pôles » ou « true polar wander ») qui consiste à un réalignement du plus grand axe d’inertie de la planète avec son axe de rotation du fait du changement de répartition des masses au sein du volume planétaire (par exemple sur Mars, à la suite de la formation du socle de Tharsis). Le changement d’obliquité est une simple inclinaison n’entrainant pas de changement dans la localisation géographique des pôles.

Le deuxième est celui de l’excentricité de l’orbite c’est-à-dire l’élongation de son ellipse, donc la variation de la distance du périhélie au Soleil par rapport à celle de l’aphélie au Soleil. Il a un effet sur la durée relative des saisons et sur les températures. A noter que la distance parcourue sur l’ellipse par la planète, reste inchangée et que c’est seulement le grand axe de l’ellipse qui est modifié. La variation de ce paramètre ne peut être dû qu’aux variations de l’influence gravitaire des planètes voisines.

Le troisième est celui de la précession climatique, c’est-à-dire de l’avance continue du point vernal (ou autre repère) sur l’orbite, du fait que la planète n’est pas homogène en quantité de matière selon la hauteur de son axe de rotation où s’exerce orthogonalement la force de gravité (le noyau est évidemment beaucoup plus dense que le manteau et la masse a tendance à tendre vers l’équateur du fait de la rotation). La force de gravité solaire, augmentée de celle de la Lune, ne s’appliquant pas à la même quantité de matière (plus à l’équateur, sur le « bourrelet équatorial », et beaucoup moins au pôles), un effet de couple est généré qui tend à entrainer l’excès de masse présent à l’équateur vers le plan de l’écliptique. Cet effet ne conduit toutefois pas à une inclinaison « définitive » puisque la masse est en rotation (de l’Ouest vers l’Est), mais à la définition par l’axe des pôles, avec le temps, d’un cône dans l’espace, par rapport à l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique. Le déplacement de l’axe des pôles vers l’Ouest (contraire à celui de la rotation « normale » des planètes), a pour effet d’avancer chaque année un peu (quelques 50 secondes pour la Terre) la succession des saisons.

L‘excentricité de l’orbite terrestre varie de 0,005 (donc quasi circulaire) à 0,058, sur 413.000 ans (actuellement 0,017) ; une autre influence qui s’exerce selon une périodicité de 9 millions d’années, décelée récemment, pourrait être due à l’influence gravitationnelle de Mars. Les planètes ont donc bien une influence les unes sur les autres, pourvu qu’elles ne soient pas trop éloignées (mais, attention, cette constatation des scientifiques, qui ressort de la seule gravité, est loin des divagations des astrologues).

L’obliquité de la Terre varie de 22,1° à 24,5° sur 41.000 ans (actuellement 23,44°).

La précession des équinoxes dessine son cône sur une période de 25.760 ans et le point vernal va se retrouver au même endroit en termes de longitude solaire à l’issue de cette période, après être passé par tous les signes du zodiaque. C’est ce que les anciens (Hipparque de 147 à 127 avant JC) appelaient « La Grande année » ou « année platonique » (parce que Platon – 428 à 348 – a, le premier, spéculé sur sa durée) et si on a envisagé sa possibilité depuis très longtemps, c’est parce que c’était sans doute le seul cycle à pouvoir être déduit de l’observation de la voûte étoilée à l’oeil nu.

Le déroulement des cycles a une influence sur le climat et leurs interactions sur des échelles de temps différentes complexifient cette évolution.

En fait pour la Terre, les conséquences sont marquées mais elles ne sont pas catastrophiques (ou moins que pour d’autres) puisque notre planète est située (actuellement) dans le milieu de la zone d’habitabilité de notre système solaire (plage de températures où l’eau peut être liquide). Lorsque l’obliquité augmente au maximum (vers 24,5°), les différences saisonnières sont plus fortes (nous nous en éloignons mais en sommes encore proches). Lorsque l’excentricité augmente, l’irradiance varie davantage sur l’année et les saisons deviennent de plus en plus inégales en durée et selon l’hémisphère. Là aussi, pas de problème pour la Terre actuellement. Mais à son minimum (0,005), dans 27.000 ans, nous connaîtrons probablement une nouvelle glaciation (moindre insolation des pôles) avant de repartir vers une période plus chaude. Par ailleurs, si, du fait de la précession climatique, le passage au périhélie se fait aux solstices, les saisons seront accentuées, les étés seront plus chauds dans l’hémisphère Nord et les hivers plus froids dans l’hémisphère Sud.

C’est la combinaison de tous ces facteurs qui déterminent le climat selon des variations presque infinies à l’intérieur de tendances lourdes puisque les durées de cycles sont différentes. Bien entendu ces variations ne prennent pas en compte l’évolution de la composition de l’atmosphère ou l’évolution de la nucléosynthèse du Soleil, autres facteurs qui résultent de l’activité de la biosphère ou de celle de la planète (volcanisme, dérive des continents) ou encore du Soleil lui-même (nucléosynthèse à partir d’une ressource épuisable, l’hydrogène) mais qui, elles, ne sont pas cycliques. Comme on le sait bien maintenant, l’Univers est en évolution et notre petit coin de paradis, de l’état duquel nous sommes en partie responsable, n’est pas dans une bulle protégée vis à vis du temps qui passe !

Mars est comme la Terre, soumise à ces cycles, sur le long-terme (même s’il faut distinguer le long-terme et le très-long-terme, au-delà de plusieurs dizaines de millions d’années). La différence est que pour elle, tout est « exagéré ». Cela tient bien sûr à sa situation plus éloignée du Soleil mais également à la proximité, plus grande, de Jupiter. Cette dernière ne l’a pas seulement privée de « matière première » dans sa période d’accrétion, elle continue aujourd’hui à la bousculer gentiment et continument. Cela tient encore à l’absence d’astre stabilisateur de son obliquité, comme pour nous la Lune. Phobos et Deimos ne sont que des rochers (ou plus précisèment des astéroïdes captifs) dont la masse est absolument insuffisante pour contrebalancer les déstabilisations d’obliquité (la masse du plus gros, Phobos, deux fois celle de Deimos, n’est que de 1/50 millionième de celle de la Lune). Comme Mars se trouve à la limite de la zone habitable de notre système et que sa masse ne lui permet pas de garder une atmosphère substantielle sur le long terme, les variations cycliques ont pour elle des conséquences beaucoup plus graves lorsqu’elles la font sortir à un moment ou l’autre de cette zone.

La variation de son obliquité va en effet de 14,9° à 35,5° sur 124.000 ans (actuellement 25,19°) mais sur une période très-longue (au-delà de quelques 40 millions d’années), les fluctuations ont été beaucoup plus amples (jusqu’à 60°) et certains les ont même qualifiées de chaotiques. Son excentricité moyenne se situe à 0,066 mais le domaine de fluctuations est très important, de presque circulaire, 0,002, à 0,103 sur 100.000 ans (actuellement 0,0933 soit 207 millions de km pour le périhélie, à 249 millions de km pour l’aphélie). Sa précession climatique s’allonge, elle, sur une périodicité de 170.000 ans.

Lorsque l’obliquité s’accroit vers 35°, le gaz carbonique gelé aux pôles dans des calottes (actuellement surtout au Sud, plus froid en raison de l’excentricité), fond, l’atmosphère s’épaissit et des dépôts de glace d’eau se forment aux latitudes moyennes. C’est à cela que nous devons les inlandsis présents encore aujourd’hui un peu partout à la surface de Mars. L’excentricité lorsqu’elle est réduite empêche les étés boréals chauds et renforce la sécheresse. Tout cela concourt à une histoire climatique complexe avec un éventail très ouvert de conditions successives. Au-delà de la sécheresse générale et des périodes de densification de l’atmosphère causées par les épisodes volcaniques, cela explique la réapparition d’étendues d’eau liquide en surface au cours d’une histoire encore récente (quelques millions d’années), et de glace d’eau persistant aujourd’hui sous une protection légère de régolithe. La calotte polaire Nord actuelle ne daterait que de quelques 5 millions d’années.

Les Terriens ont de la chance (mais c’est peut-être pour cela qu’il y a des Terriens) car notre grande stabilité d’obliquité est très ancienne et elle va durer (et Mars ne perturbe que très peu notre excentricité). Certes la Lune s’éloigne (actuellement 3,82 cm par an) car elle est avec nous en orbite super-synchrone. Mais elle ne va pas disparaître de notre regard (même si dans 600 millions d’années ses éclipses ne pourront plus cacher le Soleil). Notre système deviendra stable lorsque par effet de marée réciproque, nos jours et ceux de la Lune seront devenus de même durée, 40 de nos jours actuels (durée qui sera aussi celle du mois lunaire). Nous serons alors en orbite « synchrone », comme, par exemple, Charon et Pluton dont la relation est asymptotiquement devenue stable, une « planète-double ». Ceci dit, en fin de compte, dans quelques 5 milliards d’années, nous serons rattrapés par l’évolution catastrophique du Soleil en fin de vie, lorsqu’il aura épuisé l’hydrogène de son cœur et qu’il sera obligé d’aller le chercher toujours plus haut dans ses couches supérieures. A ce moment, rouge et boursouflé mais toujours très chaud, il viendra nous absorber dans sa chaleur et tout ce qui n’aura pas été brûlé lors des milliards d’années précédents, sera définitivement détruit (ou presque car on a observé récemment les traces chimiques de croûtes de planètes telluriques, à la surface de naines blanches, vestiges d’étoiles de type solaire).

Pour terminer sur une comparaison que je trouve parlante, pour moi l’histoire géologique de la Terre pourrait se raconter sur une musique de Mozart, d’une très grande richesse (“beaucoup de notes”) mais merveilleusement équilibrée, celle de Mars, sur une musique de Vivaldi, baroque et exubérante.

Illustration de titre : les cycles de Milankovitch sur Mars au cours des derniers 10 millions d’années. La ligne noire est celle des variations de l’obliquité, la ligne rouge celle des variations de l’excentricité: « Elles mettent en évidence les périodes possibles d’habitabilité pendant lesquelles l’été boréal (Ls 90 – 180) coïncidait avec le périhélie, l’obliquité était au-dessus de 35° et l’excentricité au-dessus de 0,08, ou au-dessus de 0,1. Les nombres au-dessus des flèches indiquent la durée de la période si les conditions se sont reproduites continument pendant plus de 1000 ans (échelle minimum de Laskar, graphe établi en 2004) ».

NB : J’ai écrit cet article en partant d’une suggestion de Christophe de Reyff, Dr ès sciences, retraité de l’OFEN (Office Fédéral de l’Energie) où il a été l’un des responsables de la recherche, pendant plus de 20 ans. Mes fidèles lecteurs le connaissent bien pour ses contributions nombreuses et pertinentes à ce blog, dont je le remercie.

Liens :

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/milankovitch-2005.xml

https://www.climate-policy-watcher.org/surface-temperature/milankovic-cycles-on-mars.html

https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/conference-levrard.xml

https://space.stackexchange.com/questions/48918/do-we-know-the-likely-conditions-on-mars-when-its-orbital-eccentricity-was-very

https://science.sciencemag.org/content/352/6289/1075

https://www-k12.atmos.washington.edu/k12/resources/mars_data-information/temperature_overview.html

https://www.climate-policy-watcher.org/surface-temperature/milankovic-cycles-on-mars.html

https://www2.physics.ox.ac.uk/sites/default/files/2011-06-15/milankovic_on_mars2013_pdf_93344.pdf

https://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_astronomique_des_pal%C3%A9oclimats

https://fr.wikipedia.org/wiki/Param%C3%A8tres_de_Milankovi%C4%87

Références * :

(1) Milutin Milanković, Mathematische Klimalehre und Astronomische Theorie der Klimaschwankungen, Handbuch der Klimalogie Band 1, Teil A Borntrager Berlin, 1930

(2) Milutin Milanković, Kanon der Erdbestrahlungen und seine Anwendung auf das Eiszeitenproblem, Belgrade, 1941.

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 06 18

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

19 réponses à “Le climat de la planète Mars est soumis comme le nôtre à des cycles astronomiques longs mais les siens sont exubérants

  1. Quand on compare les conditions terrestres à celles d’autres planètes on se rend mieux compte à quel point les conditions qui ont permis à la vie de naître et proliférer sur Terre sont TRES exceptionnelles. Malgré l’immensité de l’univers, rien ne dit que l’ENSEMBLE des conditions qui ont permis ce miracle puissent avoir également été réuni ailleurs. C’est bien sûr possible, mais loin d’être certain; nous pourrions bien être seuls dans cet immense univers, en tout cas seuls dans notre “espace-temps” (je veux dire dans un rayon spatial et un intervalle de temps qui nous permettrait d’entrer éventuellement en contact avec des formes de vie ailleurs si elles existaient).

  2. Merci pour cette mise au point des cycles astronomiques de la Terre et de Mars qui influencent le climat. Malheureusement, l’être humain, principal émetteur de la biosphère, dérègle complètement cette mécanique subtile. Nous sommes actuellement en 2021 à un pic de 420 ppm de CO2 dans l’atmosphère, une concentration jamais vue depuis 5 millions d’années, à l’ère du Pliocène où nous n’avons pas encore détecté de fossiles d’êtres humains. La NASA a détecté que le solde de l’énergie capturée par l’atmosphère a doublé en 15 ans. Si la tendance se maintient, la température moyenne de la Terre aura augmenté de 3 degrés celcius à la fin du 21ème siècle en comparaison de l’ère pré-industrielle, tuant tous les coraux et la biodiversité y liée, transformant New York en une Nouvelle Amsterdam et engloutissant un tiers de la Floride, dont la propriété de Donald Trump…

  3. Pour le climat, nous sommes sortis de l’ère Quaternaire pour entrer dans l’ère où l’espèce humaine est prépondérante ( Anthropocène* ?)
    et nous fait revenir aux conditions climatiques du Pliocène et même avant…
    https://m-reporterre-net.cdn.ampproject.org/c/s/m.reporterre.net/Record-de-CO2-dans-l-air-vers-un-retour-en-arriere-de-15-millions-d-annees
    *L’anthropocene est l’ère sur Terre où l’être humain est le déterminant principal.

  4. Je me permets encore de donner ici quelques précisions et une correction.
    .
    La « Grande Année », ou « Année platonicienne », ou aussi « Année parfaite », recouvre en fait diverses notions bien distinctes, mais souvent confondues bien qu’il y en ait deux catégories principales : d’une part, le cycle complet dû à la précession, soit la durée au bout de laquelle le point vernal retrouve sa place parmi les étoiles fixes, ou aussi la durée nécessaire à un cycle complet de la variation de l’obliquité, ou encore le cycle complet de la variation de la longueur de l’année tropique, puis, d’autre part, la durée d’un hypothétique retour cyclique d’une configuration « parfaite » des planètes dans le ciel, soit un retour à l’identique. Les Anciens pensaient en effet qu’il devait exister une durée finie au bout de laquelle Soleil, Lune et planètes devaient retrouver leurs mêmes places parmi les étoiles fixes. Pour des raisons diverses, mais surtout symboliques, on a retenu pour cette « Année parfaite » un cycle très long, de 36’000 ans tout ronds, qu’il était naturellement impossible de calculer. Par contre, le fait de la précession (soit du décalage progressif du retour de l’équinoxe) était sensible et donc mesurable au fil des ans ; on a estimé la vitesse de la précession en première approximation à 1° par siècle (soit 36”, secondes d’arc, par an), ce qui donne bien un tour complet de 360° en 360 siècles.
    .
    Dès les travaux de Newton on savait que cette précession était plutôt de 1° en environ 72 ans (soit 50”/an (secondes d’arc par an, et non pas 50 secondes de temps !), ce qui correspondrait à un cycle complet de seulement 25’920 ans. Mais on sait aujourd’hui que cette vitesse de la précession n’est pas constante ; sa valeur annuelle actuelle de 50.29” va actuellement croissant, de 0.022” par siècle, valeur qui, elle-même, n’est pas constante. Cette vitesse était minimale, de 48.863/an vers l’an -8190, et sera maximale, de 51.505”/an vers l’an 10041. La valeur exacte de 50”/an était celle de l’an 846. La situation du point vernal en l’an 2000 a reproduit celle de l’an -23968, il y a donc 25968 ans pour un cycle de « Grande Année » actuelle de la précession. En conséquence, l’année tropique (c’est presque l’année des saisons, soit l’année de retour du point vernal ; mais, plus précisément, elle est définie comme la durée au bout de laquelle la longitude écliptique du Soleil augmente exactement de 360°) n’est pas de longueur constante, mais décroît actuellement de 0.531 secondes par siècle (en temps des éphémérides), ou de 1.171 seconde par siècle (en temps solaire moyen qui tient compte du ralentissement inéluctable de la rotation de la Terre).
    .
    Du fait que l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre, l’obliquité, est actuellement en train de diminuer de 46.809” par siècle, elle sera minimale vers l’an 12032 ; l’obliquité ayant été minimale pour la dernière fois vers l’an -14712, la « Grande Année » actuelle de l’obliquité dure 26’744 ans. Mais, comme cela a été dit, ce cycle n’est pas non plus constant (la « Grande Année » n’est effectivement pas d’une durée fixe, elle varie avec le temps d’un cycle à l’autre) du fait, mentionné dans l’article, de la variation de l’excentricité et des interactions des autres planètes qui influencent les valeurs des positions maximale et minimale de l’inclinaison de l’axe de la Terre. L’angle du cône décrit par le mouvement de précession est actuellement en train de diminuer, cette diminution d’obliquité expliquant la diminution actuelle de la durée de l’année tropique. L’année tropique a été de durée maximale vers l’an -10985 et sera de durée minimale vers l’an 15138 (en temps solaire moyen et non pas en temps des éphémérides) ; ce qui donne une autre valeur de 26’123 années pour la « Grande Année » du cycle de la durée de l’année tropique. C’est en 1843 que l’année tropique a eu la valeur moyenne de 365.2422 jours, alors que l’année julienne moyenne de l’ancien calendrier vaut 365.25 jours, une valeur excessive, et notre année grégorienne moyenne 365.2425 jours, une valeur fixée en 1582, encore juste un peu trop élevée, avec une erreur de 3 jours en 10’000 ans.
    .
    Pour en revenir à l’« Année parfaite » qui marquerait la durée du retour exact des mêmes configurations planétaires, on sait maintenant qu’elle ne peut pas exister non plus, car le Système solaire est ultimement instable, autrement dit « chaotique » dans les grandes durées ; on dit aussi que ce n’est pas un système ergodique (ou que sa période d’ergodicité, soit de grand « retour », serait infinie), il ne peut pas repasser deux fois dans exactement le même état. Il y a ainsi une imprédictibilité inhérente au Système solaire (à longue échéance bien sûr) qui peut passer par une infinité d’états aussi proches que l’on veut, mais sans jamais se répéter exactement, tout en ayant la possibilité de se retrouver très proche d’un état antérieur sans jamais coïncider. Il en est donc de même pour chaque planète par rapport aux autres. Cette stricte non prédictibilité à long terme, maintenant bien établie, aurait beaucoup choqué les Anciens qui voyaient le monde comme un « cosmos », par définition bien organisé et, par là, tout à fait indéfiniment et totalement prédictible dans sa globalité.

  5. Ce que je retiens d’extrêmement instructif au sujet de l’obliquité des planètes Terre et Mars est qu’en 2021 elles sont très proches (comme celle de Neptune) mais que grâce à la Lune, celle de la Terre restera plus stable à moyen terme. Le système solaire se situe plus dans une mécanique des fluides qu’une mécanique horlogère et effectivement les mêmes états ne peuvent pas exactement se répéter, surtout avec le changement de masse graduel du Soleil qui influence principalement l’ensemble. S’il est vrai que le Soleil absorbera la Terre dans 5 milliards d’années, déjà dans 1.1 milliard d’année il fera trop chaud sur Terre pour toutes espèces vivantes en raison de l’augmentation du rayonnement de notre étoile… si le réchauffement climatique par l’être humain ne nous a pas rattrapé avant. De manière positive, le vent solaire nous protège actuellement des plus grandes radiations combinées des autres étoiles, ce qui est notre facteur positif actuel et notre risque fatal dans 1.1 milliard d’années…mais pour cela, si l’espèce humaine survit à d’autres possibles problèmes, l’exploration spatiale de nos descendants aura sûrement trouvé multiples solutions, près du Soleil, dans notre système solaire et au-delà…

    1. Attention Monsieur Donneur. Avec le temps une partie de plus en plus importante de la masse initiale du Soleil est transformée en énergie que l’astre diffuse dans son environnement par radiations (radiations électromagnétiques sur toute une gamme de longueurs d’ondes). Par ailleurs, outre l’énergie pure, le Soleil projette également des particules dans l’espace (rayonnement particulaire principalement constitué de protons). Le Soleil perd donc continument de la masse. Par contre son volume va augmenter après que l’hydrogène disponible dans son cœur sera épuisé et que la nucléosynthèse va aller “attaquer” les couches supérieures de l’astre et que, de ce fait, sa densité va diminuer.

  6. La masse actuelle du Soleil est de l’ordre de ~2 10^30 kg. Sa puissance de rayonnement globale est actuellement de 3,916 10^26 W, soit autant de joules par seconde, dont 3,828 10^26 W pour l’énergie emportée par les photons, et 0,088 10^26 W pour celle des neutrinos. Ce qui signifie que la fusion nucléaire dans le Soleil convertit chaque seconde 4,357 10^9 kg de sa masse en énergie rayonnée, soit 4,357 millions de tonnes (calcul simple à faire via l’équation d’Einstein E = m c² !). En une année, cela fait 137,5 10^15 kg, en un million d’années 137,5 10^21 kg, en un milliard d’années 137,5 10^24 kg et en 5 milliards d’années 687,5 10^24 kg. En regard de la masse totale du Soleil, cette perte de masse ne représentera alors que 0,0345% !

    1. Je voulais surtout insister sur le fait que ce n’est pas la masse du Soleil qui va augmenter mais son volume, donc pour une masse à peu près égale, c’est sa densité qui va diminuer.
      Sur la masse, correction très juste de Monsieur de Reyff et je suis désolé d’avoir “exagéré”. Ceci dit il faut replacer cette perte de masse en perspective. Le Soleil représente 99,854 pour cent de la masse de notre système solaire et la totalité de la masse qui orbite autour de lui (planètes et autres) ne “fait” donc que 0,146% (dont Jupiter 0,0955% et Saturne 0,0176%). La Terre ne fait, elle, que 0,0003 % de la masse solaire. La perte de masse de 0,0345% n’est donc pas totalement négligeable en termes absolus.

      1. Je veux simplement souligner que le CHANGEMENT de masse du Soleil que j’ai décrit, ce qui veut bien évidemment dire la DIMINUTION de masse convertie en énergie peut sembler insignifiante sur une année mais aucunement sur des milliards d’année quand on parle de gravité autour du Soleil. Si la Terre “recule” d’environ d’un 1.5 cm par année en moyenne par rapport au Soleil due à la perte de masse de ce dernier, cela veut dire qu’elle recule de 15 m en un millénaire, 15 km en 1 million d’année et 68 0000 km environ depuis la naissance de la Terre ce qui change le troisième chiffre de l’unité astronomique. Mais bien sûr, l’augmentation du rayonnement du Soleil par la chaleur est bien supérieure au refroidissement par l’éloignement graduel de la Terre, jusqu’à l’épuisement du combustible du Soleil qui va le mettre à une diète de poids encore plus sévère et qui va éloigner la Terre d’autant plus mais qui se fera paradoxalement rattrapée par le volume du Soleil qui deviendra selon ma mémoire une géante rouge.

        1. L’orbite terrestre voit sa distance au Soleil varier annuellement de 147’098’074 km au périhélie à 152’097’701 km à l’aphélie, soit une différence notable de 5 millions de km. Ces 68’000 km, soit moins de 6 diamètres terrestres, qui ne représentent que 1,36% de cette différence sont vraiment perdus dans la valeur de la distance moyenne, 149’597’870,7 km, soit 1 UA, dont ils ne représentent que 0,045%. L’irradiance solaire reçue sur Terre, en moyenne 1’361,0±1,0 W/m² (par définition la constante solaire) varie déjà de 1’316,6 W/m² à l’aphélie (-3,26%) jusqu’à 1’407,6 W/m² au périhélie (+3,42%). Ces 68’000 km en moins n’y changent quasiment rien, la moyenne serait de 1’362,2 W/m², soit 0,088% de plus que la valeur actuelle.

          1. Merci des précisions. Il est vrai que le “recul” moyen estimé de la Terre par rapport au Soleil depuis sa naissance ne représente qu’environ un cinquième de la distance moyenne Terre-Lune … Mais, comme vous l’avez souligné, c’est encore un exemple que notre système solaire est dans une dynamique où aucun cycle climatique sur Terre lié à son influence n’est exactement pareil au passé, comme le croyait les Anciens. Et il reste beaucoup à découvrir avec la variation du vent solaire et des radiations des autres étoiles.

        2. Vérification faite (!), la Terre s’éloigne du Soleil de 15±4 m par siècle, soit 15±4 cm par an… c’est 10 fois plus qu’annoncé ci-dessus… Et donc en 4,5 milliards d’années, cette récession a été de près de 680’000 km. Sur 1 UA cela fait maintenant 0,45%, une valeur qui reste encore négligeable, puisque les 5 millions de km entre l’aphélie et le périhélie représentent déjà 3,34% de l’UA. Par contre, toute chose par ailleurs égale, la valeur de la constante solaire aurait dû être de 1’373,4 W/m², soit 0,91% de plus que la valeur actuelle de 1361 W/m². La ou les causes de cette récession restent encore inexpliquées. Ni la perte de masse due au rayonnement de 3,828 10^26 W, ni le vent solaire ne suffisent à l’expliquer au-delà de 0,3 m par siècle, soit … 3 mm par an, soit 2% de la valeur mesurée !

          1. J’ai obtenu le 1.5 cm de ce site et d’une autre source.
            https://trustmyscience.com/pourquoi-planetes-systeme-solaire-s-eloignent-du-soleil/
            Par contre, le plus significatif est l’influence humaine sur le climat qui nous fait reculer de 5 millions d’années à cause de l’incohérence des investissements plus importants (encore maintenant !) dans les énergies fossiles que dans les énergies renouvelables alors que le solaire est devenu en moyenne la source d’énergie la meilleure marché. Selon l’Agence Internationale de l’Energie, nous devons stopper immédiatement tout investissement dans les énergies fossiles et les diriger sur les énergies renouvelables plus nucléaires et la capture du carbone afin d’atteindre l’objectif de l’Accord de Paris pour limiter la hausse des températures moyennes à 1.5 C au lieu des 3 C selon les comportements actuels.

    2. Pour compléter ce qui précède, cette formidable énergie rayonnée par le soleil provient essentiellement d’une réaction de fusion nucléaire (qui n’est néanmoins PAS celle que l’on cherche actuellement à mettre en oeuvre dans nos Tokamak par exemple, qui est une fusion de deutérium-tritium, en principe plus “facile” à réaliser) qui peut, en simplifiant, s’écrire: 4 noyaux d’hydrogène fusionnent pour donner 1 noyau d’hélium (+2 positrons – “électrons” à charge positive – et rayonnements gamma et neutrinos associés). Or, comme dans toute réaction nucléaire, si on “pèse” soigneusement les masses des particules initiant la réaction (les 4 protons) et de la particule produite par la réaction (le noyau d’hélium), on trouve une légère perte de masse de 0,028697 unités de masse atomique (1 u.m.a = 1,66 10^-27 kg). C’est cette masse “perdue” qui est transformée en énergie selon la relation d’Einstein E = m c². Les env. 3,9 10^26 J/s émis par notre étoile montrent qu’il y a de l’ordre de 9 10^37 telles réactions de fusion par seconde qui se produisent dans le Soleil, qui transforment ainsi environ 600 millions de tonnes d’hydrogène en hélium par seconde. Ce chiffre peut a priori paraître énorme, mais rapporté à la masse du Soleil, il ne représente effectivement qu’une fraction minime!

      1. P.S.: La très grande densité énergétique de l’énergie nucléaire, que ce soit de fission ou de fusion, est d’ailleurs ce qui fait son intérêt pour les applications spatiales: avec peu de masse, on peut obtenir de grandes quantités d’énergie. Entre une réaction nucléaire (fission de l’uranium-235 p.ex.) et une réaction chimique (combustion du carbone p.ex.), on obtient environ 2 et demi millions de fois plus d’énergie à partir d’un gramme de matière dans le premier cas que dans le second!

  7. La référence mentionné par M. Donneur est un article très intéressant, malheureusement sans sources et avec un manque certain de précision dans les termes. Il mentionne les perturbations possibles de l’orbite de la Terre, certaines n’agissant que sur la forme de l’orbite et certaines sur la taille.
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    La question de l’avance du périhélie, qui ne modifie ni la forme ni la taille de l’orbite, mais la fait tourner, est en majeure partie explicable par Newton et complètement par Einstein. Par exemple, pour Mercure, où l’effet est le plus marqué, la théorie classique des perturbations planétaires prévoit une avance de 531,63±0,69’’/cy (secondes d’arc par siècle), avec encore un minuscule effet de 0,0254’’/cy dû à l’aplatissement du Soleil, alors que l’on mesure expérimentalement 574,8±0,4’’/cy. L’écart est de 43,14±0,4’’/cy. Le calcul d’Einstein pour Mercure prévoit un effet relativiste de 0,10352’’ par révolution. Comme il y a un peu plus de 415,2 révolutions de Mercure par siècle, on a au final un effet théorique de 42,980±0,001’’/cy correspondant parfaitement à l’écart expérimental ci-dessus. Pour Vénus, le même effet relativiste est de 8,62473±0,00050’’/cy, pour la Terre de 3,83868±0,00040’’/cy et pour Mars de 1,351±0,001’’/cy.
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    Je crois pourtant qu’il y a quelques confusions à lever. Il faut retenir que c’est la distance du périhélie qui n’est de loin pas constante d’une année à l’autre du fait que la forme de l’orbite elliptique de la Terre change avec le temps, car son excentricité, e, varie cycliquement et diminue actuellement. L’orbite terrestre tend donc actuellement à se circulariser et donc la distance du périhélie, Rp, augmente et celle de l’aphélie, Ra, diminue avec le temps. La formule est simple : Rp = A(1 – e) et Ra = A(1 + e) où A est le demi-grand-axe, soit 1 UA, puisque, par définition la somme des distances extrêmes est égale au grand axe :
    Ra + Rp = 2 A
    Ici c’est e qui diminue et donc Rp qui augmente et Ra qui diminue, mais la somme reste constante.
    L’excentricité actuelle est 0,01671, une valeur qui oscille de façon complexe entre un maximum de 0,0580 (voire exceptionnellement 0,0679) et un minimum de 0,0034 (voire exceptionnellement 0,000 055, l’orbite étant ici quasi circulaire), mais l’oscillation passe par plusieurs minima et maxima intermédiaires. C’est là un des paramètres de Milankovitch qui passe d’un maximum intermédiaire à l’autre en environ 95 à 125’000 ans et d’un maximum absolu à l’autre en environ 405’000 ans.
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    Actuellement, l’excentricité diminue et tend vers son minimum qu’elle atteindra dans environ 27’000 ans. Dans 10’000 ans d’ici l’excentricité sera déjà réduite de moitié et elle vaudra donc environ 0,008 355. Connaissant ce fait, on peu calculer les variations de Rp et de Ra avec le temps.
    Rp = 147,098 millions de km (actuellement) et Rp = 148,348 millions de km (dans 10’000 ans), soit 1,25 million de km en plus en 10’000 ans, soit un décalage de +125 km par an !
    Ra = 152,098 millions de km (actuellement) et Ra = 150,848 millions de km (dans 10’000 ans), soit aussi 1,25 millions de km en moins en 10’000 ans, soit aussi un décalage de -125 km/an.
    On est donc bien loin de la valeur de 1,5 cm par an ! Chaque année la Terre ne repasse pas exactement aux mêmes extrêmes de son orbite en se décalant continûment.
    Tout cela n’a bien sûr encore rien à voir avec la possible variation du grand axe lui-même. Je rappelle une fois encore que la question de la stabilité du Système solaire se pose ainsi : les éléments orbitaux des planètes peuvent-ils s’exprimer comme des sommes de termes périodiques ? Il semble bien qu’il n’en soit rien dès que l’on envisage de longues périodes. Dès lors il faut envisager le fait que le demi-grand axe, A, puisse changer avec le temps et évoluer de façon irréversible, donc non cyclique.
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    La référence dans “Trust my science” donnée par M. Donneur n’indique pas ses sources. On n’y lit que ceci : “Bien que l’effet soit faible, cette variation de 1,5 cm/an est facilement calculable ». Mais on en reste là sans plus.
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    Voici, pour la valeur dix fois supérieure de 15 cm/an, ma référence aux auteurs de l’Institut d’astronomie appliquée de l’Académie des sciences de Russie, à St- Pétersbourg, qui ont analysé des mesures satellitaires de 19771 à 2003 et qui ont publié ici leurs résultats :
    Krasinsky, G.A., Brumberg, V.A. : “Secular increase of astronomical unit from analysis of the major planet motions, and its interpretation”, Celestial Mech. Dyn. Astr. 90, 267–288 (2004).
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    Voir ici le résumé : https://link.springer.com/article/10.1007/s10569-004-0633-z
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    Comme déjà dit, la simple perte de masse du Soleil de 0,034% en 4,5 milliards d’années due à son rayonnement n’est pas suffisante pour expliquer cet élargissement de l’orbite terrestre de 15 cm/an, soit 15 m par siècle, ni même de 1,5 cm/an, soit 1,5 m par siècle, mais de seulement 0,3 cm/an, soit 0,3 m par siècle. Une autre explication est encore à rechercher, mais en tout cas pas celle de l’expansion accélérée de l’Univers, causée par la constante cosmologique, qui, on l’a vu, n’agit pas au niveau proche du Système solaire, voire de la Galaxie, mais seulement au-delà de notre Groupe local de galaxies.

      1. Merci pour cet intéressant article qui mentionne aussi le chiffre de 15 cm/année !
        Les effets de marée existent entre tous les corps astronomiques du fait qu’ils ne sont pas réduits à être de simples masses ponctuelles (chose qui simplifie bien les calculs en général). Sur Terre, les marées océaniques sont aussi accompagnées de marées terrestres de moindre amplitude (30 à 40 cm) et on connaît les fameuses marées, dites de syzygie, lors de la pleine lune et de la nouvelle lune et plus spécialement celles lors des équinoxes lorsque la Lune et le Soleil sont le mieux alignés face à l’équateur de la Terre et exercent le plus de freinage avec dissipation d’énergie de rotation de la Terre en chaleur. Cela signifie bien l’effet de marée dû au Soleil qui représente environ 20% de l’effet majoritaire dû à la Lune. Du fait de la conservation des moments cinétiques Terre-Lune et Terre-Lune-Soleil, tout effet de marée est réciproque : la Lune ralentit continûment la rotation de la Terre (un freinage diminuant la durée du jour d’environ 2 millisecondes par siècle, mais l’effet cumulatif qui croît comme le carré du temps qui passe, devient vite important, c’est le fameux Δt, la différence entre le temps des éphémérides, constant, et le temps universel, variable qui nous vaut des secondes intercalaires ajoutées irrégulièrement depuis 1972), et, en retour, la Lune décélère aussi sur son orbite et s’éloigne de la Terre d’environ 3,8 cm par an, une distance obtenue par mesures par faisceaux laser avec des réflecteurs posés sur le sol lunaire (LLR – Lunar Laser Ranging experiments), expérience évidemment impossible à réaliser avec le Soleil !
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        L’explication donnée dans l’article d’un effet de réciprocité de la Terre sur le Soleil est tout à fait correcte : le Soleil doit ralentir dans sa rotation propre et la distance Terre-Soleil doit s’accroître. Il se peut que ces 15 cm d’éloignement par année en soient la conséquence ; mais est-ce la seule cause ? Un calcul théorique de cette valeur minime n’a pas encore été fait pour corroborer ces données expérimentales des Russes Krasinsky et Brumberg de 15±4 m par siècle, obtenues par mesures radiométriques des distances entre les planètes.

  8. L’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphéméride (IMCCE) l’Observatoire de Paris, dans sa Lettre d’information mensuelle du début juillet
    https://www.imcce.fr/newsletter/html/newsletter.html
    vient justement de publier un intéressant article (avec une annexe à décharger)
    https://www.imcce.fr/newsletter/medias/2021/07/docs/Aphelie_2021.pdf
    sur le passage de la Terre à l’aphélie ce 6 juillet à 0 h 27, à précisément 152 100 527,044 km du Soleil, nous donnant ainsi l’occasion d’appréhender la complexité de ce phénomène à première vue banal.

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