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Le Système solaire
Portrait de groupe

Aperçu
Le Système solaire se compose du Soleil et de la multitude des corps (planètes, astéroïdes, comètes, poussières...) qui tournent autour de lui, dans le vide de l'espace. Ces corps, constitués de matière solide, que ce soit de roches (principalement des silicates) ou de glace (majoritairement d'eau), sont très petits par rapport à l'étoile. Quand ils ont une production interne d'énergie, elle est incomparablement plus faible que celle du Soleil, et pour l'essentiel c'est à lui qu'ils doivent l'énergie. Formés tous à peu près à la même époque, c'est-à-dire il y a un peu plus de 4,5 milliards d'années, les divers corps qui gravitent autour du Soleil peuvent être considérés comme des sous-produits de la formation de l'étoile. 
L'époque de la formation - Notre Soleil s'est formé comme les autres étoiles par un processus d'abord de fractionnement d'une portion de nuage interstellaire, puis d'accumulation de matière sous l'effet de la gravitation. Les planètes sont issues pour leur part de l'accumulation secondaire de la matière résiduelle qui entourait le Soleil lors de sa formation. Jusqu'ici, les théories donnaient l'image d'un contexte relativement tranquille de ce système, que l'on imaginait s'être bâti initialement dans les tréfonds d'un obscur et froid nuage de gaz et de poussières. Mais la découverte dans des météorites d'éléments issus de la désintégration de fer-60, un isotope qui ne peut être synthétisé que dans le coeur des étoiles massives a confirmé, en 2004, l'idée (jusqu'ici émise seulement parmi d'autres possibilités) que le Système solaire s'est formé bien plus certainement dans un environnement violent, à proximité d'étoiles massives. 

Ces ogres redoutables soufflaient dans l'espace autour d'elles divers éléments qu'elles avaient synthétisés (dont le fer-60 décelé dans les météorites, qui les a trahies). De plus, leur intense rayonnement UV a dû aussi attaquer vigoureusement et éroder la matière interstellaire environnante. Tout était dès lors joué pour notre notre Système solaire. En quelques dizaines de milliers, il a émergé  de ce que les astronomes appellent un EGG (= evaporating gaseous globule), formé autour d'une concentration dense de gaz et de poussières. Et cela a dû donner pour commencer un spectacle très similaire à celui que nous offrent aujourd'hui, par exemple, les plans rapprochés de de M 16 (nébuleuse de l'Aigle dans le Serpent) et de M 20 (nébuleuse Trifide dans le Sagittaire). Après quelques dizaines de milliers d'années, "l'oeuf", isolé dans l'espace, et dans lequel avaient commencé à se former les planètes autour d'un Soleil encore embryonnaire a dû ressembler cette fois aux proplyds que l'on observe dans M 42, (la Nébuleuse d'Orion).

Le Soleil et chacun des corps gravitant autour de lui ont suivi très tôt une évolution différente, qui explique la diversité observée actuellement. 
Facteurs évolutifs - L'intérieur des corps a pu se structurer (différentiation interne) ou pas, selon que la matière a été suffisamment meuble pour permettre au matériaux les plus lourds de se concentrer dans les régions centrales. La surface a pu également être plus ou moins transformée par des processus qui ont affectée les corps au long de leur histoire. Le grand bombardement météoritique qui terminé la phase de formation du Système solaire est le principal responsable des cratères observables à la surface des corps dépourvus d'atmosphère. Le volcanisme sous des formes diverses, qui correspond à une évacuation de l'énergie interne, a pour sa part rajeuni les surfaces, et parfois gommé presque tous les cratères.
Ce qui assure la cohésion des corps qui constituent le Système solaire c'est la force de gravitation. Elle fait que que tous ces objets, le Soleil compris, tourne autour du centre de masse de l'ensemble du Système. Comme la masse du Soleil est largement dominante, on ne commet pas un gros abus de langage en disant que les planètes et les petits corps tournent autour de lui. Leurs trajectoires, appelées orbites, sont proches du cercle, pour les plus gros objets, mais souvent elliptique pour les moins massifs d'entre eux. Le mouvement sur ces trajectoire s'appelle le mouvement de révolution (à ne pas confondre avec la rotation des corps sur eux-mêmes).

En général, les objets qui entourent le Soleil, et en tout cas les plus massifs d'entre eux, parcourent des orbites dont les plans sont assez proches. Pour la commodité, on a choisi pour plan de référence le plan (à une époque de référence) de l'orbite de la Terre ou écliptique, par rapport auquel on pourra définir l'orientation ou inclinaison des autres plans.
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La ceinture des glaces

La logique qui préside aux orbites dans les régions internes du Système solaire n'est plus aussi exacte à sa périphérie. Cette ceinture des glaces est peuplée d'objets de petites dimensions qui peuvent se répartir en deux groupes selon leurs orbites : ceux qui restent proches du plan de l'écliptique, forment la Ceinture de Kuiper - il s'agit essentiellement de comètes; ceux qui peuvent circuler sur n'importe quel plan, et sont les plus éloignés de tous les corps qui gravitent autour du soleil forment le Nuage de Oort.

Le Nuage de Oort est le principal réservoir de comètes. Ils en compterait des milliards. Celles-ci constituent une sorte de cocon sphérique, qui s'étend très loin du Soleil et peuvent servir à définir la limite extrême du Système solaire, en termes d'objets soumis directement à son influence gravitationnelle.

Notez qu'on peut aussi définir les limites du Système solaire autrement, en considérant la "bulle", appelée héliosphère, soufflée par le vent solaire tout autour du Soleil et d'une grande partie du Système solaire. Les particules du vent solaire, chargées électriquement, entrent en collision avec le milieu interstellaire à la périphérie de l'héliosphère et y font naître alors une onde de choc, l'héliopause. La position de cette limite est variable et dépend de l'activité du Soleil.

Souvent, les plus petits objets ne tournent pas directement autour du Soleil, mais autour d'un objet plus gros, dont on dit alors qu'ils sont le satellite. Par exemple, la Lune est le satellite de la Terre.


Inventaire
Les deux familles d'objets.

En première instance, on peut répartir les objets circumsolaires en deux familles. Les plus gros d'entre eux forment les planètes (planètes géantes, planètes telluriques et planètes naines). Les autres, qui n'ont pas de dénomination propre, et que l'on distingue souvent par leurs caractéristiques orbitales, seront qualifiés sur ce site de petits corps. Ce sont de très loin les plus nombreux.

Les planètes
La découverte, à partir de 1995, de planètes en dehors du Système solaire (exoplanètes ou planètes extrasolaires), aussi bien que la découverte de nouveaux objets transneptuniens, s'ajoutant à  Pluton, découverte en 1930, a provoqué beaucoup de débats sur ce que c'est que d'être une planète - quelques-un de caractère scientifique (par exemple, autour de la distinction observationnelle d'une planète extrasolaire et d'une mini-étoile), mais beaucoup très vains ("Pluton est-elle une planète?"). Les astronomes ont ainsi été invités à produire une nouvelle définition du terme "planète". Les discussions devaient à trancher entre entre deux option extrêmes : l'option conservatrice, se fondant sur des critères historiques et culturels, consiste à s'en tenir à la liste des "Neuf planètes", celle qui est enseignée à l'école; l'option réaliste, se fondant sur des caractères observationnels et théoriques, consiste à chercher des critères objectifs permettant de distinguer des classes d'objets. Après des débats interminables et quelques insomnies, les chercheurs impliqués dans cette tâche au sein d'un Comité de définition des planètes formé par  l'Union internationale (UAI), ont proposé 2006, une définition de ce qu'est une planète :

Une planète est un corps céleste qui
1) a la suffisamment de masse pour que le poids qu'elle exerce sur elle-même [auto-gravitation] surmonte la rigidité de la matière qui le compose, de sorte qu'il a acquis une forme hydrostatique d'équilibre [ = il est à peu près rond); 

2) est en orbite autour d'une étoile, et n'est ni lui-même ni une étoile, ni le satellite d'une planète

Cette proposition a été légèrement aménagée le 24 août 2006, lors de l'assemblée plénière de l'UAI, à Prague (République tchèque), et complétée par une définition des planètes naines. Il a ainsi été reconnu dans le Système solaire huit planètes classiques (Mercure, Vénus, La Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune), et, provisoirement, quatre planètes naines (un astéroïde, Cérès, et trois objets situés au delà de Neptune : Pluton, Charon et Eris, qui forment la nouvelle classe des plutons). 

En choisissant de faire dépendre de la gravitation le premier critère de la définition d'une planète, les astronomes ont voulu, pour reprendre les termes de l'un des membres du Comité, faire que "la Nature décide si un objet est ou non une planète". En somme, l'option réaliste serait dès lors sortie gagnante. Le critère d'auto-pesanteur conduit, en principe, à ne ranger parmi les planètes que des objets dont la masse est supérieure à 5.1020 kg et le diamètre supérieur à 800 km. En fait, la situation est moins simple. La forme "à peu près ronde" à laquelle peuvent être arrivés aujourd'hui les objets considérés, peut dépendre de leur composition, de leur histoire collisionnelle, et aussi de ce qu'on entend par "à peu près ronde". Comme l'a souligné un autre membre du Comité : "certains cas limites devraient être fixés par l'observation". Celle-ci n'est d'ailleurs pas la panacée : on ne voit pas depuis la Terre la forme des objets les plus lointains du Système solaire, et on ne peut pas non plus évaluer précisément leur masse la plupart du temps, d'où des incertitudes importantes sur les critères de rangement dans telle ou telle catégorie. L'observation peut donc trancher en principe, mais non en pratique. Le choix de "Douze planètes" apparaît ainsi plutôt comme un compromis (aux détails parfois fumeux) entre l'option réaliste et l'option conservatrice. Il n'a pas de caractère plus absolu que ne l'avait le nombre de "Neuf planètes", et sera sans doute, comme le prévoit l'UAI, appelé à évoluer dans l'avenir, surtout si l'on considère les vives critiques qui ont fusé dans le landernau des astronomique contre la définition proposée. 

Dans ce site, qui n'est l'émanation d'aucune parole officielle, et ne se sent lié par aucun souci de compromis, on conservera les divisions que l'on avait déjà adoptées avant la nouvelle définition des planètes. A savoir que les planètes peuvent (aussi!) se ranger dans trois groupes :

1) les quatre planètes géantes, qui rassemblent l'essentiel de la masse de matière qui entoure le Soleil : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

2) les trois planètes telluriques, plus petites que les précédentes et similaires à la Terre : Vénus, La Terre, Mars.

3) et les planètes naines, dont on connaît plusieurs dizaines d'exemples, et qui sont le plus souvent des satellites de planètes plus grosses, mais aussi de gros astéroïdes et des plutons.

Ces divisions, suggérées par la réorganisation des concepts qui est née de l'exploration du Système solaire par les sondes spatiales, reposent d'ailleurs sur des critères très proches de ceux de l'UAI. Nous sommes simplement un peu moins sévères sur les réquisits  pour l'entrée dans le club planétaire (des astéroïdesun peu plus petits que Cérès et des objets transneptuniens un peu plus petits que les plutons ont été admis parmi les planètes). Nous renonçons cependant à discriminer les planètes en fonction de leur orbite, donnant la priorité aux aspects géophysiques (ou planétophysiques). De ce point de vue,  il ne semble pas pertinent de ranger dans des classes différentes la Lune et Mercure, Pluton  et Triton, par exemple. 
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Photo de la surface de la Lune.
La Lune
Photo de la surface de Mercure.
Mercure
Au vu de leur surface, peut-on encore ranger la Lune et Mercure dans des catégories différentes sous prétexte que l'une est un satellite et l'autre pas? Si l'on s'inscrit dans une perspective nominaliste, toute classification est arbitraire. Sa pertinence est relative, et dépend du point de vue que l'on adopte.

Les planètes géantes.
Circulant relativement à l'écart du Soleil, et marquant la partie interne de la région "froide" du Système solaire, les quatre planètes géantes sont, par ordre de distance croissante au Soleil : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Il s'agit d'objets de grandes dimensions et masse, et principalement gazeux : Jupiter, la plus grosse planète du Système solaire rassemble 71% de la masse totale des objets qui tournent autour du Soleil, Saturne, caractérisée par ses anneaux brillants est légèrement plus petite, Uranus et Neptune, deux objets plus lointains et discrets, sont de masses encore un peu inférieures et similaires.

Ces planètes se ressemblent beaucoup. Elles possèdent en leur centre un noyau rocheux, qui peut être aussi gros que Terre dans le cas de Jupiter. Mais pour l'essentiel, leur composition chimique reflète celle de la nébuleuse primitive, à savoir une forte proportion d'hydrogène, et dans une moindre mesure d'hélium. Dans les régions internes, où règnent une pression excessivement élevée, cet hydrogène se présente, pense-t-on, à l'état liquide et constitue un sombre océan sur une profondeur de plusieurs milliers de kilomètres. A la périphérie, ce gaz, enrichi de nombreux autres constituants très minoritaires, forme une épaisse atmosphère, où se superposent plusieurs couches nuageuses. Pour le reste, les différences qui s'observent entre ces objets sont surtout fonction de leur éloignement au Soleil et surtout de leur masse.

Ajoutons que les quatre planètes géantes du système solaire sont entourées de riches systèmes de satellites et d'anneaux.

Les planètes telluriques.
Le second est constitué des planètes telluriques du Système solaire. Il rassemble la Terre, comme l'appellation le suggère (tellus = terre, en latin) et de deux autres planètes de tailles à peu près similaires, et qui partagent avec elle un grand nombre de caractéristiques : Vénus et Mars. Elles ont, en particulier, une taille et une masse assez similaires, ce qui en fait un premier point par lequel elles s'opposent aux planètes géantes. La Terre et Vénus, par exemple, sont environ mille fois plus petites que Jupiter.

Les planètes telluriques sont, par ailleurs des corps essentiellement rocheux, pourvus d'une atmosphère, au rôle sans doute important, mais qui ne représente qu'une région peu étendue. Et là encore, elles s'opposent aux planètes géantes où les proportions entre les deux éléments sont grossièrement inversées. Dernier point : les planètes telluriques circulent sur des orbites proches, toutes situées dans la région interne du Système solaire, et sont clairement séparées, pour ceci aussi, des planètes géantes qui évoluent à des distances sensiblement plus importantes du Soleil.

Les planètes naines.
Le troisième groupe de planètes rassemble quant à lui une bonne trentaine d'objets, que l'on trouvera désignées ici sous le nom de planètes naines. Elles ont des dimensions plus petites que les planètes telluriques - en général du même ordre que celles de la Lune -, et ce sont des objets rocheux comme notre satellite, ou constitués de roche et de glace mêlées. Parfois, la glace d'eau étant d'ailleurs le constituant presque exclusif, comme dans le cas de Callisto et de quelques autres corps lointains.

Les planètes naines affectent une forme sensiblement sphérique, et ont été dans le passé le siège d'une activité géologique suffisamment importante pour assurer une structuration interne. Dans certains cas l'activité géologique se poursuit de façon intense, comme sur Io.

On compte dans cette famille des objets qui gravitent directement autour du Soleil. C'est le cas de Mercure, des plus gros des astéroïdes (Pallas, Cérès, Vesta) ou encore des plus gros des objets de la ceinture de Kuiper, appelés naines de glace (et dont Pluton est le plus connu). La plupart des planètes naines, cependant sont des satellites de planètes plus grosses : cela concerne la Lune, les satellites galiléens de Jupiter, les gros satellites de Saturne et d'Uranus, ou encore Triton, le principal satellite de Neptune.

Les petits corps

Plus petits que les planètes comme leur désignation le suggère, les petits corps peuvent au demeurant être de tailles très variables. Certains peuvent dépasser les cent kilomètres, d'autres se réduisent à de simples cailloux de quelques centimètres ou millimètres. On peut d'ailleurs ranger aussi dans cette catégorie les poussières interplanétaires, qui dans ce cas ont des dimensions de l'ordre du micron. Le principal point commun entre tous ces objets est leur forme irrégulière. Ils n'ont pas acquis une forme sphérique soit parce qu'ils ont été brisés par des collisions, soit parce que leur température n'a jamais été suffisante pour les rendre suffisamment meubles et que la forme sphérique s'impose. On peut distinguer trois types principaux de petits corps : 

Les petits astéroïdes - Ce groupe rassemble des corps rocheux, qui forment l'immense majorité des astéroïdes, et qui se regroupent surtout dans une région appelée la ceinture principale, entre Mars et Jupiter. On rencontre aussi ces objets dans des régions plus internes. Ceux qui s'approchent de la Terre prennent le nom de circastéroïdes, et ceux qui croisent l'orbite de notre planète de géocroiseurs. Quelques astéroïdes circulent aussi sur la même orbite que plusieurs planètes, tout en en restant séparés d'une soixantaine de degrés. Ce sont les astéroïdes troyens. Jupiter et Mars possèdent chacun une collection de troyens qui les suit eu autre qui les précède. Certains petits astéroïdes, enfin, sont satellisés autour de planètes, tels Phobos et Deimos, les deux satellites de Mars, ou encore les petits satellites de Jupiter, et les petits satellites de Saturne, ainsi que ceux d'Uranus et de Neptune.

Les noyaux cométaires - Le second groupe est représenté par les noyaux des comètes. Il n'existe pas de différence essentielle avec les précédents, sinon qu'ici le constituant principal est la glace et non la roche - ce sont, selon l'expression consacrée des "boules de neige sale. Cette glace ou cette neige est présente, parce que contrairement aux petits astéroïdes, les noyaux cométaires passent l'essentiel de leur temps, sinon toute leur existence, à la périphérie froide du Système solaire. Lorsque, pour diverses raisons, les noyaux cométaires pénètrent dans les régions intérieures du Système solaire, cette glace et les éléments volatiles qu'ils contiennent sont vaporisés dans l'espace et donnent naissance à la queue des comètes proprement dites. A terme, le noyau cométaire peut perdre tous ces éléments volatiles, et ne plus manifester d'activité cométaire. On parle alors de comète éteinte, mais la différence avec un petit astéroïde n'est plus vraiment qu'une affaire de convention.

Les météoroïdes et poussières - On peut définir un météoroïde de façon un peu vague comme un corps rocheux plus petit qu'un astéroïde. Lorsqu'ils s'abattent sur une planète, on les désigne comme des météorites. La plupart du temps, les météoroïdes peuvent se comprendre comme des fragments arrachés à des astéroïdes lors de collisions. Parfois, ils sont aussi tout ce qui reste de débris d'un astéroïde détruit. Les plus petits d'entre eux peuvent avoir la taille de poussières, et l'on parle alors de micro-météoroïdes et de micrométéorites. Les poussières proviennent cependant la plupart du temps de la désagrégation des noyaux cométaires lors de leur passage dans les régions internes du Système solaire. Dispersées le long de l'orbite de ces comètes, ils donnent lieu aux phénomènes d'étoiles filantes et d'essaims d'étoiles filantes, lorsque la Terre croise leur route, et qu'ils se consument dans son atmosphère. Dans une proportion plus faible, mais sans doute non négligeable, les poussières peuvent aussi provenir du milieu interstellaire. Notez enfin, que les anneaux des planètes géantes sont constitués de météoroïdes et de poussières.



Charles Frankel, Dernières nouvelles des planètes, Seuil , 2009.
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En ces premières années d'un nouveau siècle, l'exploration du système solaire se poursuit au gré des mises en service de nouveaux télescopes et, surtout, du lancement de sondes spatiales de plus en plus sophistiquées. Tandis que des robots autonomes roulent sur Mars, que des comètes sont analysées in situ, que la sonde Huygens s'est posée en douceur sur Titan, satellite de Saturne, et que l'homme s'apprête à remettre le pied sur la Lune, ces Dernières Nouvelles des planètes soulignent autant l'infinie diversité des mondes qui nous entourent que l'ingéniosité, la patience et l'enthousiasme nécessaires pour en saisir et en comprendre les subtilités à des milliards de kilomètres de distance. Le passionnant récit - scrupuleusement documenté, illustré et actualisé - d'une aventure unique. (couv.).

Tim Haines, Christopher Riley, Voyage autour du Soleil, Flammarion, 2005.
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Qui n'a pas rêvé de parcourir l'espace comme on parcourt le monde, d'aller de planète en planète comme de pays en pays, de découvrir les paysages fabuleux de Saturne, puis de faire un détour du côté du Soleil avant de mettre le cap sur Mars? Qui n'a pas rêvé de percer les mystères aussi incommensurables qu'inaccessibles de l'espace? Certains ont même réservé leur place dans les premières navettes touristiques censées, un beau jour, concrétiser ce fantasme. Mais aucun livre n'avait encore offert la possibilité de vivre ce fabuleux voyage au jour le jour, de partager les émotions et l'expérience des astronautes, de découvrir les images inédites des planètes les plus lointaines, des fusées les plus secrètes, et surtout de recueillir le fruit des connaissances accumulées au cours des siècles par les penseurs, scientifiques et philosophes ayant chacun contribué à la conquête de l'espace.

Illustré par des centaines d'images époustouflantes - des photos scientifiques et de fidèles reconstitutions permettant de visualiser pour la première fois les phénomènes dont nous n'avions jusqu'alors qu'une connaissance théorique -, complété par d'innombrables documents retraçant toutes les étapes, des origines à nos jours, de la fabuleuse histoire de l'homme et de l'espace, ce carnet de voyage intergalactique qui relate 40 années d'exploration et de recherche spatiale représente une source d'information inégalable. Un livre de référence assez fiable pour avoir été accrédité par l'Agence spatiale européenne, assez ludique pour avoir inspiré une fiction TV et assez somptueux pour transcender le rêve d'infini incarné par l'espace. (Couv.).

Thérèse Encrenaz, Système solaire, EDP Sciences, 2003. - De la même, Les atmosphères planétaires, origine et évolution, Belin, 2000. - Yves-Marc Ajchenbaum, Voyage dans le Système solaire, J'ai Lu, 2003. - Gianluca Ranzini, Le Système solaire, Proxima, 2003. - A. Braccesi, G. Caprara, M. Hack, Le Système solaire, Gründ, 2001. - Serge Brunier, Voyage dans le Système solaire, Bordas, 2000. - Antoine Broquet, Le Système solaire (carte), Broquet, 1990.

Pour les plus jeunes : Guillaume Cannat, Cap sur le Système solaire (9-12 ans), Nathan, 2002. - Christina Coster-Longman, Le Système solaire, Père Castor, 2001. - Collectif, Carte du système solaire pour les enfants, Könemann, 2001. - Jacques Lindecker, Cap sur le système solaire, Nathan, 1999. - Jane Walker, Le Système solaire (apprentissages fondamentaux), Gamma, 1998. 

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