Les observations de la sonde Messenger indiquent que la structure interne de Mercure diffère des autres planètes rocheuses : son cœur est beaucoup plus grand.
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© Université Case Western Reserve/PLS
Coupes de la structure interne de la Terre et Mercure. En proportion, Mercure a un noyau bien plus important que la Terre, avec une couche supplémentaire riche en soufre et en fer.
Arrivée en orbite le 18 mars 2011, la sonde Messenger vient de boucler un an d'observation de la planète Mercure, qui n'avait plus été visitée par une sonde robotisée depuis Mariner 10, entre 1974 et 1975. Elle révèle déjà de nombreuses spécificités de cette petite planète : son cœur représente 85 pour cent de son rayon, une couche du noyau serait riche en soufre et les variations d'altitude à la surface sont faibles, même en comparaison de celles de la Lune.

Maria Zuber de l'Institut de technologie du Massachusetts et ses collègues ont utilisé les relevés topographiques de la surface de Mercure, la mesure du champ gravitationnel et diverses observations spectroscopiques - une petite partie des nombreux aspects de Mercure analysés par Messenger - pour sonder les profondeurs de la planète.

L'image de la surface est celle d'une planète grise couverte de cratères de météorites. Le relevé altimétrique par laser affine cette vision. Il montre que l'hémisphère Nord présente une dénivellation maximale de 9,85 kilomètres entre l'altitude la plus basse et le point culminant. C'est peu, comparé à la Lune (19,9 kilomètres), ou Mars (30 kilomètres). Ces mesures se cantonnent à l'hémisphère Nord, car la sonde Messenger a une orbite très elliptique : elle passe à 200 kilomètres de la surface de l'hémisphère Nord et s'éloigne jusqu'à 15 200 kilomètres de l'hémisphère Sud. Cela permet de faire des mesures très précises uniquement dans la partie septentrionale du globe.

En particulier, la mesure du champ gravitationnel atteint une bonne résolution. Combinées au relevé topographique et aux résultats spectrométriques sur la composition et la densité de la couche de surface, les mesures du champ gravitationnel permettent de déterminer l'épaisseur de la croûte. Celle-ci est plus importante à l'équateur (entre 50 et 80 kilomètres) et plus mince au pôle (entre 20 et 40 kilomètres). Les anomalies du champ gravitationnel permettent de sonder encore plus en profondeur la structure de Mercure et indiquent que le noyau, avec une partie solide et une autre liquide, est très grand : 2 000 kilomètres de rayon, soit 85 pour cent de la taille de la planète. Autre particularité, entre le noyau et le manteau se trouve une couche d'environ 100 kilomètres d'épaisseur qui serait riche en fer et en soufre.

Ces aspects de la structure de Mercure posent de nouvelles questions sur sa formation et la composition du milieu lors de sa naissance.

Pour en savoir plus

M. T. Zuber et al., Topography of the northern hemisphere of Mercury from Messenger laser altimetry , Science Express, 2012.

D. E. Smith et al., Gravity field and internal structure of Mercury from Messenger , Science Express, 2012.

S. Murchie et al., Mercure, une planète dans la fournaise , Pour la Science, n° 402, avril 2011.

P. Lognonné, Les planètes telluriques , Dossier Pour la Science, n° 64, juillet-septembre 2009.