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Mercure
Histoire des découvertes
La planète Mercure fait partie des cinq planètes connues de toute Antiquité; mais elle a été sans doute la dernière découverte et identifiée. Mais le fait que Mercure ne s'écarte que très peu du Soleil rend cette planète difficilement visible, et très peu de temps le matin avant le lever du Soleil, ou plus souvent le soir après son coucher quand l'atmosphère est très pure. L'angle formé par les rayons visuels qui vont de l'oeil de l'observateur au Soleil et à la planète est au plus de 28° : dans les circonstances les plus favorables, le lever ou le coucher de Mercure ne diffère pas de ceux du Soleil de deux heures de temps. Comme la planète est alors très près de l'horizon, elle n'est visible que par un temps fort clair.

Cela explique dans une large mesure la méconnaissance dans laquelle la planète est traditionnellement restée. Copernic se plaignait en mourant de ne l'avoir jamais vue; l'astronome Delambre ne l'avait aperçue à l'oeil nu qu'une seule fois. Le télescope améliore, bien sûr la situation. On observera ses phases, ses passages devant le Soleil, et l'on spéculera sur sa surface et son éventuelle atmosphère. Mais Mercure ne cessera pas d'être un astre furtif, mal connu, et délaissé, même à l'ère spatiale.

Dates clés :

XXe siècle avant notre ère : premières mentions de la planète en Mésopotamie.

1630 : Hortensius observe les phases de la planète.

1974 : Mercure est approchée par la sonde spatiale Mariner 10.

Les premières observations

Dans l'Antiquité, trompés par la double apparition de Mercure - tantôt après le coucher, tantôt avant le lever du Soleil, les observateurs crurent d'abord, comme cela a aussi été le cas pour Vénus, qu'il existait deux astres distincts, l'un du matin, l'autre du soir, et l'on avait nommé séparément chacune d'eux. C'étaient Seth et Horus chez les Égyptiens, Bouddha et Rauhineya chez les Indiens, et, chez les Grecs, on avait donné le nom d'Apollon, dieu du jour et de la lumière à l'un, et d'Hermès, dieu de la nuit, de l'obscurité et des voleurs, à l'autre.

Outre les noms mythologiques des planètes, que nous ont conservés Platon (ou plus certainement son élève Philippe d'Oponte dans l'Epinomis), Aristote et Diodore de Sicile, il y a eu aussi des épithètes en rapport avec les aspects de ces astres : ainsi Mercure fut nommé Stilbôn, « l'éclatant ». Quant à son nom sanscrit très ancien, « Bouddha », il a la même racine que celui du législateur Bouddha budh, qui signifie savoir. Le mot saxon Wuotan (Odin) a la même étymologie et désigne aussi le dieu du mercredi : Wodawes-dag en vieux saxon, Budha-wâra en indien. Mercure est resté d'ailleurs le dieu du savoir, entre autres celui de la médecine, et le signe par lequel on le représente depuis le Moyen âge rappelle le caducée.
Un peu plus tard, ils remarquèrent qu'un seul des deux astres était visible à la fois et que les apparitions se rapportaient à une seule planète. Ils avaient même dû auparavant distinguer cette planète de Vénus qui s'écarte beaucoup plus du Soleil et paraît bien plus brillante.
Pierre gravée datant de l'époque romaine (très bel onyx qui appartenait autrefois à la collection de la maison d'Orléans et à son musée du Palais-Royal et qui a été achetée par Catherine II de Russie). On voit, inscrites en fort bon style, les planètes suivant l'ordre ancien : La Lune - Mercure - Vénus - le Soleil - Mars - Jupiter - Saturne - dans un cercle intérieur à celui des signes du zodiaque. Au centre, le dieu Pan avec sa flûte, modérateur du mouvement et de l'harmonie des sphères. Le revers de cette pierre porte une tête de Méduse. Mercure est conduit par deux coqs et armé du caducée. On y reconnaît aussi l'épée de Mars, la foudre de Jupiter et la faux de Saturne.

Pour reconnaître que c'est le même astre qui apparaît tantôt le matin, précédant le Soleil, tantôt le soir suivant son coucher, il a fallu une longue, suite d'observations, et dans un climat favorable, soit en Chaldée, soit en Égypte. Cependant elle a été identifiée à une époque très ancienne : les astronomes Akkadiens l'observaient à Ninive au XXe siècle avant notre ère, ainsi que Vénus, Mars, Jupiter et Saturne; il y a bien des siècles que son nom a été donné à l'un des jours de la semaine (le mercredi Mercurii dies).

La plus ancienne mesure astronomique qui soit arrivée jusqu'à nous date de 265 ans avant notre ère, de l'an 494 de l'ère de Nabonassar, soixante ans après la mort d'Alexandre le conquérant. Le 19 du mois égyptien Thoth, jour correspondant au 15 novembre, les astronomes observèrent la planète passant près des étoiles b et d du Scorpion. Nous possédons aussi sur Mercure des observations chinoises, dont la plus ancienne appartient à l'année 118 avant notre ère : le 9 juin de cette année, on l'observa près de l'amas d'étoiles de la constellation du Cancer nommé Praesepe ou la Crèche. En Chine, Mercure était; nommé Chin-Sing, la planète de l'heure, à cause de la rapidité, de son mouvement. 

Dans sa magnifique galerie planétaire, Raphaël a représenté le messager des dieux armé du caducée et se préparant à prendre son vol pour aller transmettre aux mortels les ordres de la cour céleste.
Confusions télescopiques

L'utilisation de la lunette et du télescope, et l'avènement de la mécanique newtonienne n'ont pas mis fin aux méprises et aux difficultés posées par Mercure. Certes, la découverte des phases de Mercure, comparables à celles de Vénus, ajoutaient un argument à la conception copernicienne du monde, mais d'un autre côté les tentatives d'observation de surface de la planète allaient conduire à des fausses pistes.

Pour ce qui est des détails de la surface de Mercure, c'est en fait au XXe siècle que le premiers progrès seront faits. Et si Antoniadi, en 1934, dessine une carte de Mercure, où il donne des noms gréco-égyptiens aux formations qu'il croit observer, c'est seulement quand la sonde Mariner 10 ne s'en approche au cours des années 1974 et 1975, que de choses certaines pourront être dites sur cette planète.

Par ailleurs, même si le repérage de la planète est devenu plus facile qu'auparavant, la théorie du mouvement de Mercure n'a cessé de poser des problèmes aux astronomes. 

« Nulle planète, dira Le Verrier, n'a demandé aux astronomes plus de soins et de peines que Mercure, et ne leur a donné en récompense tant d'inquiétudes, tant de contrariétés-». 
Ce que Maestlin exprimait déjà autrement : 
« Si je connaissais quelqu'un qui s'occupât de Mercure, je me croirais obligé de lui écrire pour lui conseiller charitablement de mieux employer son temps ».
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L'orbite de Mercure

Le Verrier avait présenté en 1843 à l'Académie des sciences une Détermination nouvelle de l'orbite de Mercure et de ses perturbations, avec les tables de cette planète. En 1849, il se plaignait de voir que les observations modernes ne concordaient pas avec ses tables, basées sur les observations anciennes, et ce n'est qu'en 1859 qu'il parvenait à triompher de ces difficultés, disant que la théorie s'accorde avec les observations si l'on augmente de 38 secondes le mouvement séculaire du périhélie de Mercure. Cette augmentation, a-t-on longtemps cru, pouvait s'expliquer en admettant l'existence d'une nouvelle planète ou d'une série d'astéroïdes circulant entre Mercure et le Soleil. Cette nouvelle planète, nommée Vulcain à cause de son voisinage du Soleil, n'a jamais été aperçue, et l'on a aujourd'hui renoncé à y croire, même si l'on reparle épisodiquement d'astéroïdes pouvant effectivement circuler entre Mercure et le Soleil. Ceux-ci, qui restent très hypothétiques, ne pourraient cependant pas expliquer l'avance, qui elle est bien avérée, du périhélie de Mercure. Sa cause a été découverte au début du XXe siècle par Einstein, qui a montré qu'il s'agit d'un effet de la gravitation qui échappe à la théorie newtonienne classique, mais cadre avec sa théorie de la relativité générale.

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Découverte des phases au XVIIe siècle
Les phases de Mercure ont été vues pour la première fois par Hortensius, vers 1630. Galilée avait essayé de les reconnaître avec les instruments primitifs dont il faisait usage, mais comme on peut le lire dans son troisième Dialogue, il ne parvint pas à en constater, l'existence.

Comme celles de Vénus, ces phases ne correspondent pas avec précision aux phases calculées. On a trouvé plusieurs fois la largeur du croissant inférieure à ce qu'elle aurait dû être d'après la position de la planète et l'éclairement du Soleil. Le 29 septembre 1832, entre autres, Maedler, observant une conjonction de Mercure avec Saturne, remarqua que la largeur de la phase était de 1,25 au lieu de 1,45 (le rayon du disque étant pris pour unité).

Spéculations sur le relief au XIXe siècle
Si la planète était sans aspérités sensibles, s'est-on mis à penser, son croissant serait toujours terminé par deux cornes également aiguës, formées par la limite régulière de l'hémisphère éclairé par le Soleil; mais on remarque, en certaines circonstances, que l'une des cornes, la méridionale, s'émousse assez fortement, et présente une véritable troncature. Ce fait a conduit à supposer que, près de cette corne méridionale, il existe un plateau montagneux très élevé qui arrête la lumière du Soleil et l'empêche d'aller jusqu'au point auquel la corne aiguë s'étendrait sans cette proéminence. Observé dès 1801 par Schroeter, à Lilienthal, cet émoussement de la corne australe du croissant a été revu entre autres par Noble et Burton, en 1864, et par Franks en 1877

La réapparition régulière de ce phénomène de troncature suggérait en même temps le mouvement de rotation de la planète et le retour de la montagne au bord du disque. La comparaison des moments où elle se manifeste a conduit, en 1801, Schroeter à la conséquence que cette rotation s'effectue en 24 heures 5 minutes 30 secondes. En 1810, Bessel, d'après cinq observations de Schroeter faites pendant une période de 14 mois, a trouvé 24 heures 0 minutes 53 secondes, et en 1816, Schroeter reprenant lui-même les calculs de Bessel et les comparant aux siens, a trouvé 24 heures 0 minutes 50 secondes.


Phase de Mercure.
Troncature de la corne australe.

En 1890, Schiaparelli évaluera la période de rotation à 88 jours, comme celle de sa révolution autour du Soleil. Un résultat confirmé en 1896 par Percival Lowell. Ces astronomes se rejoignait donc pour affirmer que cette planète - ainsi que Vénus, pense-t-on à l'époque - tourne sur elle-même dans le même temps qu'elle effectue sa révolution autour du Soleil, c.-à-d. que ces deux astres se comportent avec le Soleil comme la Lune avec la Terre.

Les échancrures observées à l'une des cornes du croissant semblaient indiquer que le sol de Mercure est accidenté, qu'il existe de fortes aspérités à sa surface. Les dentelures de la ligne de séparation de l'ombre et de la lumière témoignaient de même, estimait-on à cette époque, de l'existence de hautes montagnes, qui interceptent la lumière du Soleil, et de vallées plongées dans l'ombre, qui empiètent sur les parties éclairées au sol de la planète.

La mesure de la troncature du croissant a même conduit Schroeter à évaluer la hauteur des supposées montagnes mercuriennes, qui lui a parue être de la 253e partie du diamètre de la planète ce serait environ 19 kilomètres! Or, la plus haute montagne du globe terrestre, l'Everest, s'élève à 8 880 mètres au-dessus du niveau de la mer; mesuré du plus bas fond des mers, il en aurait le double, soit environ 17 000, ce qui n'est encore que la sept centième partie du diamètre de la Terre. Les montagnes de Mercure auraient donc dû être, d'après cette évaluation (qui n'était pas très précise, il est vrai), relativement trois fois plus élevées que celles de la Terre...


Mercure sur le bord du disque solaire. Source : Ask the astronomer.

Mercure en transit
Mercure passe quelquefois juste entre le Soleil et nous, et apparaît alors comme une petite tache ronde et très noire glissant à la surface de l'astre du jour. Pendant l'un de ces passages, le 7 mai 1799, Schroeter a vu ou cru voir sur le disque noir de la planète un point lumineux. Une observation toute semblable a été faite, le 5 novembre 1868, par Huggins, qui, pendant toute la durée du passage, a vu un point lumineux sur le disque obscur, à peu de distance de son centre. On avait conclu de l'observation de Schroeter qu'il existe à la surface de Mercure des volcans en ignition. Ce serait une analogie de plus entre la constitution physique de cette planète et celle de la Terre. Schroeter était un observateur habile, et le même témoignage doit être porté en faveur de Huggins. Cependant, ces observations supposées n'ont pas convaincu tout le monde. Flammarion, par exemple, écrira : 

"J'ai observé avec beaucoup de soin à Paris ce passage de Mercure du 5 novembre 1868, et j'ai expressément cherché s'il n'y avait pas, comme l'avait vu Schroeter, quelque point lumineux qui pût être distingué sur le disque noir : le résultat a été qu'il n'y avait rien de visible. Tous les autres astronomes qui ont observé le passage, à l'aide d'instruments de grossissements très variés, n'ont rien vu non plus. Nos connaissances actuelles sur la géologie de Mercure, se résument donc à savoir que cette planète est hérissée de très hautes montagnes; mais nous ne pouvons pas encore affirmer qu'on y ait réellement vu des éruptions volcaniques."


Mercure devant le Soleil,
lors du transit du 7 mai 2003.
(Source : Université de Freiburg / KIS).

L'atmosphère de Mercure
C'est pendant les passages de Mercure devant le Soleil, que le premier indice de l'existence possible de l'atmosphère de ce petit monde a frappé l'attention des astronomes.

Un faible anneau nébuleux entourant la planète a été décrit par Plantade, lors du passage de 1736. Le même phénomène a été remarqué par Flaugergues, dans l'observation des passages de 1786, 1789 et 1799; il l'a signalé sous le nom d'anneau lumineux. Messier, Méchain et Schroeter rapportent avoir aperçu dans ce dernier passage un anneau mince et lumineux, qu'ils ont attribué à l'influence d'une atmosphère. En 1832, le docteur Moll a cru l'apercevoir comme un cercle gris d'une teinte sombre un peu violette. Les uns l'ont vu plus lumineux, les autres moins lumineux que le Soleil lui-même.


Auréole lumineuse observée
par Huggins autour de Mercure.

Pendant le passage de 1868, l'astronome et physicien William Huggins, a décrit ce même anneau atmosphérique, et en a dessiné la figure ci-dessus. 

« En examinant, attentivement, dit-il, le voisinage immédiat de la tache noire formée par Mercure, dans l'idée de rechercher s'il existe un satellite, je constatai que la planète était entourée d'une auréole de lumière un peu plus brillante que le Soleil. La largeur de l'anneau lumineux était environ le tiers du diamètre apparent de la planète. Elle ne s'évanouissait pas au bord, mais avait un contour bien arrêté, et était sans couleur aucune. Presque au même moment où je vis cet anneau, mon attention fut frappée par un point lumineux brillant vers le centre de la planète. [1] »
On ajoutera, que le passage de Mercure du 5 novembre 1868 a été observé par plus de cinquante astronomes, en France, en Angleterre, en Allemagne, en Russie, en Italie, en Espagne, et que Huggins est le seul qui ait vu l'auréole et le point lumineux. Il en a été de même dans les passages antérieurs. Tandis que les astronomes cités plus haut décrivaient les phénomènes en question, les autres affirmaient n'avoir rien vu... (C. Flammarion).
[1] Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, novembre 1868.

 

Météorologie mercurienne

A la fin du XIXe siècle, les astronomes restent partagés sur l'existence d'une atmosphère autour de Mercure. Pour certains, d'accord avec Schiaparelli, la planète ressemble à la Lune et est dépourvue d'atmosphère. Mais d'autres se surprennent à gloser sur ce que pourrait être une météorologie, voire l'habitabilité de Mercure. Cela donne ceci :

Comme la durée de l'année de la planète est quatre-vingt-huit jours, explique-t-on, elle se trouve partagée en quatre saisons, qui sont pour l'automne et l'hiver de l'hémisphère boréal, ou pour le printemps et l'été de l'hémisphère austral, de seize jours à peu près, tandis que les deux autres saisons auraient vingt-sept jours un tiers environ. La quantité de chaleur et de lumière, calcule-t-on, varie beaucoup avec les saisons en raison de la grande excentricité de l'orbite : au périhélie elle est dix fois plus grande que la radiation terrestre; à l'aphélie, elle vaut quatre fois et demie cette quantité. De plus, comme l'analyse spectrale semble révéler dans l'épaisse atmosphère supposée de Mercure la présence de la vapeur d'eau (un point contesté par Lowell, qui compare plutôt Mercure à la Lune), on se met à réfléchir sur son comportement au gré des changements d'éclairement (qui sont dans un rapport d'un simple au double) que connaît la planète. Il y a, assure-t-on, ainsi, sur ce globe des alternatives très grandes de chaud et de froid, ce qui doit nuire beaucoup à l'habitabilité de cette planète, à moins, ajoute-t-on, que l'épaisse atmosphère n'atténue ces différences...

Par ailleurs, analyse-t-on, si le sol renferme certaines matières susceptibles de se vaporiser, des mers, par exemple, l'atmosphère doit être profondément et fréquemment troublée. Les transitions entre les températures extrêmes doivent provoquer, pendant les saisons chaudes, une évaporation très abondante, tandis que pendant la saison froide, elles amènent une condensation considérable. L'atmosphère conclut-on est probablement chargée de nuages épais, de vapeurs et de brouillards, et c'est sans doute pourquoi on a tant de mal à apercevoir la surface du sol.

La proximité où la planète se trouve toujours du Soleil et la blancheur de sa lumière rendent extrêmement difficile l'observation de sa surface. Néanmoins, en 1801, Schroeter et Harding ont cru reconnaître l'existence de bandes équatoriales obscures "peu nettes" sillonnant le disque, et qu'ils ont attribuées à des zones de nuages, que des courants analogues aux vents alizés formeraient à peu près parallèlement à l'équateur. 

Ces observations ont été renouvelées ensuite. Mais ce sont surtout des taches et des points lumineux qui attireront l'attention. Ainsi, le 11 juin 1867, par un ciel d'une grande pureté, Prince a constaté la présence d'un point brillant situé un peu au sud du centre de la planète, accompagné de légères traînées divergeant vers le nord-est et le sud. Le 13 mars 1870, Birmingham a observé une large tache blanche près du bord oriental. Vogel signale également l'observation de certaines taches aux dates des 14 et 22 avril 1871. De plus, dans le grand télescope newtonien d'Oxford, de 13 pouces d'ouverture, construit par De La Rue, le disque de la planète a présenté une légère teinte rosée.
Ceci est la meilleure image de Mercure obtenue depuis le sol. Elle est due Johan Warell, qui l'a obtenue le 22 octobre 1995, avec le the Swedish solar telescope de l'observatoire de La Palma. Elle montre que l'observation du spot brillant signalé au XIXe siècle n'était pas nécessairement une illusion. Source (et historique) : Richard Baum.
L'exploration spatiale

L'étude in situ de Mercure se résume au survol, à trois reprises, de la planète par la sonde Mariner 10. L'engin, lancé par la Nasa le 3 novembre 1973 depuis Cap Canaveral, se dirigea dans un premier temps dans la direction de Vénus (atteinte le 5 février 1974) pour bénéficier de son "effet de fronde". Une technique de navigation spatiale inaugurée en cette occasion et qui consiste à utiliser l'assistance gravitationnelle d'une planète pour acquérir à moindre coût, de la vitesse afin de continuer sa route.

Mariner 10 put ainsi s'approcher le 29 Mars 1974, à 756 km de la surface de Mercure qui pour la première fois révèle qu'elle est couverte de cratères (une atmosphère excessivement ténue, principalement composée d'hélium est également mise en évidence), puis de nouveau le 21 septembre de la même année où la région du pôle sud est photographiée depuis une distance de 47 000 km, et enfin le 16 mars 1975. Un dernier passage rapproché (327 km d'altitude seulement) qui fournira l'occasion d'étudier le champ magnétique de la planète. La liaison avec la sonde sera désactivée huit jours plus tard.


La sonde Mariner 10. Source : NSSDC.

Ces approches eurent lieu du côté de l'hémisphère non éclairé de la planète, si bien que les images qui purent être prises ne le furent pas dans les conditions optimales. La sonde obtint cependant, à plus grande distance, des clichés d'une grande partie de la partie éclairée. Au total 3500 images, dont la mosaïque permet d'avoir une bonne idée de la topographie de près de la moitié de la surface de cette planète.



En librairie - J. Kepler, Passage de Mercure devant le Soleil, Albert Blanchard, 1995.
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