vignette|Composants principaux du Système solaire (échelle non respectée). vignette|Graphique représentant la vitesse de libération en fonction de la température de surface de certains objets du Système solaire et montrant quels gaz sont retenus dans leur atmosphère. Les objets sont dessinés à l’échelle et leurs points de données sont représentés par les points noirs au milieu.

En astronomie, une atmosphère planétaire est l'enveloppe externe gazeuse d'un corps planétaire (planète, planète naine, satelliteSi un astéroïde était entouré d'une atmosphère, elle serait aussi qualifiée de planétaire, mais on n'en connaît pas. Tandis que les queues de comètes peuvent être considérées comme atmosphères, il n'est pas d'usage de les qualifier de planétaires.), constituée principalement de gaz neutres ou ionisés (à l'état plasma).

La limite externe de l'atmosphère n'est jamais nette, il n'est pas possible d'indiquer un endroit précis où elle finirait et où commencerait l'espace interplanétaire. On la fixe arbitrairement à l'altitude où une majorité de molécules sont trop rapides pour être retenues par la gravitation et s'échappent vers l'espace. La limite interne est la transition avec un état condensé (de composition différente ou non) ; elle est nette mais on n'en connaît pas toujours la position exacte.

Dans le Système solaire, les géantes gazeuses (Jupiter et Saturne) ont une atmosphère essentiellement constituée d'hydrogène et d'hélium (comme la majorité des étoiles), jusqu'à une profondeur significative (par rapport au rayon). Plus en profondeur, le mélange H-He est dans un état condensé.

Les géantes de glaces (Uranus et Neptune) sont constituées en majeure partie d'eau, de méthane et d'ammoniac, mais possèdent une épaisse atmosphère principalement constituée d'hydrogène et d'hélium.

Les planètes telluriques (Terre, Vénus, Mars) ainsi que trois satellites de planètes géantes (Titan, Encelade et Triton) ont une atmosphère moins significative, composée de molécules plus lourdes que l'hydrogène et l'hélium.

D'autres corps célestes du Système solaire possèdent une très fine atmosphère constituée de sodium (la Lune et Mercure), d'oxygène (Europe) ou de soufre (Io). La planète naine Pluton est aussi dotée d'une enveloppe gazeuse lorsqu'elle est au plus près du Soleil, mais ces gaz sont solidifiés sur la plus grande partie de son orbite.

Atmosphère normalisée

La température et la pression varient d'un point à l'autre d'un astre, planète ou satellite, et en fonction de sa météorologie. Or, ces valeurs ont une grande importance dans de nombreux processus chimiques et physiques, notamment en ce qui concerne les mesures. Il faut donc définir des « conditions normales de température et de pression » (CNTP), le terme « normal » renvoyant à « norme » (valeur arbitraire de référence acceptée par consensus), et non pas « habituel ». On parle aussi de « température et pression normales » (TPN). De nombreuses valeurs sont données pour ces conditions.

On parle aussi de « conditions ambiantes ». Le terme « ambiant » est ambigu, puisque la température « habituelle » dépend du climat et de la saison. Il faut donc aussi définir la notion de « condition ambiante de température et de pression ».

Cela amène à la définition plus générale d'« atmosphère normalisée ». En effet, la température et la pression de l'atmosphère varient en fonction de la position sur le globe, de l'altitude et du moment (saison, heure de la journée, conditions locales de météorologie). Il est donc utile de définir des valeurs « normales » de pression et de température en fonction de l'altitude.

Formule du nivellement barométrique

La formule du nivellement barométrique décrit la répartition verticale des molécules de gaz dans l'atmosphère de la Terre, et donc la variation de la pression en fonction de l'altitude.

On parle ainsi d'un gradient de pression vertical, mais qui ne peut être décrit mathématiquement qu'en approximations, en raison de la dynamique du climat dans l'atmosphère inférieure. Sur Terre, en première approximation, on peut supposer que près du niveau de la mer, la pression diminue d'un hectopascal quand l'altitude augmente de huit mètres.

Importance Pour un géologue, l'atmosphère est un agent évolutif essentiel à la morphologie d'une planète. Le vent transporte des poussières qui érodent le relief et laissent des dépôts. Le gel et les précipitations, qui dépendent de la composition, façonnent également le relief. Pour le météorologue, la composition de l'atmosphère détermine le climat et ses variations. Pour le biologiste, la composition est intimement liée à l'apparition de la vie et à son évolution.

Le problème de l'existence et de la composition de l'atmosphère se pose aussi pour les exoplanètes. La première géante gazeuse connue hors du Système solaire, Osiris, a été découverte en 1999 ; son atmosphère contient de l'oxygène et du carbone.

Composition La composition initiale de l'atmosphère d'une planète dépend des caractéristiques chimiques et de la température de la nébuleuse mère durant la formation du système planétaire. Par la suite, la composition exacte de l'atmosphère d'une planète dépend de la chimie des gaz qui la composent et des apports de gaz par le volcanisme. Les interactions entre ces différents gaz dépendent quant à elles de la température et des types de radiations solaires atteignant la planète.

Ainsi Mars et Vénus avaient probablement de l'eau, liquide ou sous forme de vapeur, mais la photodissociation causée par les ultraviolets l'a transformé en hydrogène et oxygène. Finalement, les gaz plus légers s'échappent, selon la masse et la température de la planète, ce qui donne une composition finale différente de l'une à l'autre planète : l'intense gravité de Jupiter lui a permis de retenir des éléments légers comme l'hydrogène et l'hélium en quantité importante, deux éléments pratiquement absents de Vénus, de la Terre ou de Mars ; la distance au Soleil détermine la température des gaz atmosphériques. Plus la température est élevée plus les gaz ont une énergie cinétique importante qui leur permet d'atteindre la vitesse de libération. Ainsi des corps célestes comme Titan, Triton et Pluton ont pu retenir une atmosphère parce qu'ils sont des mondes très froids, même s'ils ont une faible gravité. Les températures basses permettent également de congeler les gaz dans la croûte ou les calottes polaires pour être relâchés lentement par sublimation plus tard.

L'atmosphère d'une planète est donc influencée par sa masse, sa distance au Soleil et les interactions de ses composants chimiques sur une période de plus de 4 milliards d'années. D'autre part le vent solaire, formé de particules ionisées très énergétiques, arrache les éléments les plus légers par collision ; cet effet est diminué quand la planète possède un champ magnétique capable de dévier la majeure partie du vent solaire (c'est le cas de la Terre, mais pas de Vénus). Pourtant, des particules chargées peuvent échapper d'une planète magnétisée le long des lignes de champ magnétique dans les régions polaires. Comptant tous les processus d'échappement importants on trouve que le champ magnétique ne protège pas une planète d'échappement atmosphérique..

Enfin, la vie est un facteur important dans la composition de l'atmosphère. En introduisant des réactions chimiques qui n'existaient pas entre les gaz originels, la biosphère modifie la composition indépendamment des caractéristiques propres du corps céleste. Par exemple sur Terre, citons la production de dioxygène () par les végétaux chlorophylliens et le recyclage de cet oxygène en dioxyde de carbone () par un grand nombre d'organismes vivants.

+Composition, température et pression de l'atmosphère des principaux corps du Système solaire en ayant une, université Pierre-et-Marie-Curie, . Corps Atmosphère Image Température (K) Pression (atm) Dihydrogène () (hydrogène pour le Soleil) Hélium (He) Diazote () (azote pour le Soleil) Dioxygène () (oxygène pour le Soleil) Dioxyde de carbone () Méthane () Vapeur d'eau () Argon (Ar) Néon (Ne) Soleil Atmosphère du Soleil 100px à 0,125 8,889 % 102 ppm 774 ppm - - - - 112 ppm Vénus Atmosphère de Vénus 100px 732 90 -0,002 % 3,5 %- -0,002 % 0,007 % 0,0007 % Terre Atmosphère de la Terre 100px 288 1 0,5 %0,0005 % 0,04 % 0,0002 %0,001 %à 5 % 0,93 %0,002 % Mars Atmosphère de Mars 100px 223 0,006 - - 1,89 %0,15 % -0,03 % 1,93 %0,0003 % Jupiter Atmosphère de Jupiter 100px 170 - - - - 0,1 %0,1 % -- Saturne Atmosphère de Saturne 100px 130 - 3 % - - - 0,4 %0,0005 % -- Uranus Atmosphère d'Uranus 100px 59 - - - - 1,99 %- -- Neptune Atmosphère de Neptune 100px 59 - - - - 1,5 %- -- Titan Atmosphère de Titan 100px 95 1,45 0,1 %à 0,2 % - - -1,6 % - -- Encelade.. Atmosphère d'Encelade 100px 75 trace - - 4 % - 3,2 % 1,6 % -- Pour les planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre et Mars), Titan et Encelade, la température et la pression sont données à la surface. Pour les géantes gazeuses (Jupiter et Saturne) et les géantes de glaces (Uranus et Neptune), la température est donnée là où la pression est de . Pour le Soleil, la température et la pression sont celles de la base de la photosphère et la composition est celle de la photosphère.

+Composition, température et pression de l'atmosphère de quelques exoplanètes Corps Atmosphère Température (K) Pression Hydrogène (H) Carbone (C) Oxygène (O) Sodium (Na) Vapeur d'eau () Monoxyde de carbone (CO) Dioxyde de carbone () Méthane () Atmosphère de ? à détecté détecté détecté détecté détecté détecté - détecté Atmosphère de ? ? - - - - détecté - - détecté

Planètes Planètes intérieures Mercure

Du fait de sa petite taille (et par conséquent de sa faible gravité), Mercure n’a pas d’atmosphère substantielle. Son atmosphère extrêmement fine se compose d’une petite quantité d’hélium puis de traces de sodium, de potassium et d’oxygène. Ces gaz sont issus du vent solaire, de la désintégration radioactive, des impacts météoritiques et de la désintégration de la croûte de Mercure. ESA Science & Technology: Mercury Atmosphere. L’atmosphère de Mercure est instable et est constamment renouvelée, car ses atomes s’échappent dans l’espace à cause de la chaleur de la planète.

Vénus

vignette|Image en ultraviolet de l’atmosphère de Vénus prise par Pioneer Venus Orbiter en 1979. L’atmosphère de Vénus est principalement constituée de dioxyde de carbone. Elle contient de faibles quantités d’azote et d’autres oligoéléments, y compris des composés à base d’hydrogène, d’azote, de soufre, de carbone et d’oxygène. L’atmosphère de Vénus est beaucoup plus chaude et dense que celle de la Terre, bien qu’elle soit plus étroite. Pendant que des gaz à effet de serre réchauffent la couche inférieure, ils refroidissent la couche supérieure, ce qui entraîne la création de thermosphères compactes. Selon certaines définitions, Vénus n’a pas de stratosphère.

La troposphère commence à la surface et s’étend jusqu’à une altitude de (une altitude à laquelle la mésosphère a déjà été atteinte sur Terre). Au sommet de la troposphère, la température et la pression atteignent des niveaux semblables à ceux de la Terre. Les vents à la surface sont de quelques mètres par seconde, atteignant voire plus dans la troposphère supérieure. La stratosphère et la mésosphère s’étendent de à d’altitude. La thermosphère et l’exosphère commencent à environ et finissent par atteindre la limite de l’atmosphère, entre .

La pression de l’air à la surface de Vénus représente environ celle de la Terre. L’énorme quantité de présente dans l’atmosphère crée un gaz à effet de serre puissant, ce qui augmente la température jusqu’à environ , soit une atmosphère plus chaude que n’importe quelle autre planète du Système solaire.

Mars