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Les atmosphères planétaires proviennent des gaz présents lors de la naissance du système solaire. Les gaz légers, tels que l'hydrogène et l'hélium, se sont en grande partie échappés des planètes plus petites, tandis que les gaz plus lourds ont contribué à la formation des atmosphères modernes de Mercure, Vénus, Terre et Mars grâce à un processus connu sous le nom de dégazage.
Il y a environ 5 milliards d'années, le Soleil et les planètes se sont condensés à partir d'un nuage de gaz et de poussière, la nébuleuse solaire, riche en hydrogène et en hélium. Les géantes gazeuses capturaient ces gaz légers, mais les planètes intérieures étaient trop petites pour les retenir. Selon l'Université Vanderbilt, leurs atmosphères primordiales étaient minces par rapport aux atmosphères actuelles.
La Penn State University explique que les premières planètes ont commencé comme des blobs en accumulation. L’énergie produite par des milliards de collisions les a maintenus en fusion; il a fallu plusieurs millions d'années pour que leurs surfaces se refroidissent et forment une croûte solide. Par la suite, le dégazage volcanique a libéré du CO₂, de l'Ar et du N₂, créant les atmosphères secondaires que nous observons aujourd'hui. La gravité plus forte des plus grandes planètes telluriques a retenu la plupart de ces gaz plus lourds.
L’atmosphère de la Terre primitive était dominée par le CO₂, un modèle partagé avec Vénus. La vie sur Terre, cependant, a transformé la majeure partie de ce CO₂ en O₂ grâce à la photosynthèse, tandis que Vénus, dépourvue de vie, reste riche en CO₂, provoquant un effet de serre incontrôlable qui peut faire fondre le plomb. Aujourd'hui, les volcans de la Terre émettent plus de 130 millions de tonnes de CO₂ par an, soit une fraction relativement faible du CO₂ atmosphérique de la planète.
Mars a une pression de surface d’environ 0,6 % de celle de la Terre, conséquence de sa faible gravité. Son atmosphère est composée à 95 % de CO₂ et à 2,7 % de N₂, ce qui est très similaire en composition aux 96 % de CO₂ et 3,5 % de N₂ de Vénus, bien que sa densité soit bien inférieure.
Le dégazage de Mercure s’est probablement produit au début de son histoire, mais la planète ne contient désormais presque plus d’atmosphère. Sa pression de surface est un vide rigoureux, reflétant son incapacité à retenir les gaz atmosphériques en raison de sa petite taille et de sa faible gravité.