Le système solaire : sa formation, ses planètes et ses mystères
La formation du système solaire
Il y a environ 4,5 milliards d’années, un nuage de gaz et de poussières a commencé à s’effondrer sur lui-même sous l’effet de la gravité. À mesure que ce nuage se contractait, il s’aplatissait en un disque tourbillonnant appelé nébuleuse solaire. La chaleur et la pression sont devenues si intenses au centre de cette nébuleuse que les atomes d’hydrogène ont commencé à fusionner pour former de l’hélium. Ces réactions nucléaires ont libéré d’énormes quantités d’énergie, donnant ainsi naissance à notre Soleil.
Le Soleil a accumulé environ 99% de la matière disponible dans la nébuleuse, tandis que le reste de la matière, plus éloignée, formait de petits amas à l’intérieur du disque en rotation. Certains de ces amas ont acquis suffisamment de masse pour que leur gravité les transforme en sphères : ce furent les planètes, les planètes naines et les lunes. Les morceaux restants sont devenus les astéroïdes, les comètes et les petites lunes qui composent notre système solaire actuel.
Le Soleil
Le Soleil est de loin l’objet le plus massif de notre système solaire, contenant 99,86% de la masse totale du système. Il fournit la majeure partie de la chaleur et de la lumière qui rendent la vie possible sur Terre et peut-être ailleurs. Les planètes orbitent autour du Soleil suivant des trajectoires ovales appelées ellipses, le Soleil se situant légèrement en dehors du centre de chaque ellipse.
Le Soleil est une étoile de type naine jaune composée d’environ 98% d’hydrogène et d’hélium. Au cœur du Soleil, la température et la densité sont suffisamment élevées pour que se produisent des réactions de fusion nucléaire transformant l’hydrogène en hélium et libérant d’énormes quantités d’énergie, principalement sous forme de rayonnement électromagnétique avec un pic dans le domaine visible.
On estime que le Soleil est âgé d’environ 4,6 milliards d’années et qu’il lui reste environ 5 milliards d’années avant d’épuiser son hydrogène. À ce moment-là, son noyau se contractera et la température augmentera, déclenchant la fusion de l’hélium. Le Soleil gonflera alors pour devenir une géante rouge, engloutissant très probablement Mercure et Vénus dans le processus.
Les planètes intérieures
Les quatre planètes les plus proches du Soleil (Mercure, Vénus, la Terre et Mars) sont souvent appelées « planètes telluriques » car leurs surfaces sont rocheuses. Contrairement aux planètes géantes gazeuses, elles sont de taille relativement modeste, ont peu ou pas de lunes, et n’ont pas d’anneaux. Leur composition est principalement constituée de silicates réfractaires et de métaux tels que le fer et le nickel.
Mercure
Mercure est la planète la plus proche du Soleil et aussi la plus petite, à peine plus grande que la Lune. Du fait de sa proximité avec le Soleil, elle connaît des variations de température extrêmes entre le jour (environ 450°C) et la nuit (environ -180°C). Son atmosphère est très ténue, essentiellement composée d’oxygène et d’hydrogène. Sa surface craterisée rappelle celle de la Lune.
La sonde MESSENGER a révélé que Mercure possède de la glace d’eau et des composés organiques gelés près de ses pôles, et que le volcanisme a joué un rôle majeur dans sa formation.
Vénus
Vénus est une planète tellurique de taille et de composition similaires à la Terre. Sous son épaisse atmosphère toxique composée de nuages d’acide sulfurique se cachent des montagnes et des volcans, vestiges d’une activité géologique passée. En raison de l’important effet de serre provoqué par son atmosphère, Vénus est la planète la plus chaude du système solaire avec une température de surface d’environ 465°C.
La Terre
La Terre est la plus grande des planètes telluriques et la seule où la vie soit connue. Près des deux tiers de sa surface sont recouverts d’eau liquide, et son atmosphère riche en oxygène est unique parmi les planètes telluriques. Contrairement à Vénus, la Terre bénéficie d’un effet de serre modéré qui permet de maintenir la température à des niveaux compatibles avec la vie. Son activité géologique (tectonique des plaques, volcanisme) participe au recyclage des éléments nécessaires au développement du monde vivant.
Mars
Mars est une planète aride couverte de poussières de fer donnant sa couleur rouge caractéristique à la planète. Sa fine atmosphère est insuffisante pour maintenir de l’eau liquide à sa surface, mais de nombreux indices géologiques suggèrent que Mars a connu des rivières et peut-être même des océans il y a plusieurs milliards d’années, lorsque son atmosphère était plus dense. Aujourd’hui, d’énormes réserves de glace d’eau existent sous la surface martienne et aux pôles.
De nombreuses sondes comme Vikings, Pathfinder, Opportunity, Curiosity et Perseverance explorent ou ont exploré la surface de Mars à la recherche d’indices de vie passée et pour préparer de futures missions avec équipage.
La ceinture d’astéroïdes
Située entre les orbites de Mars et de Jupiter se trouve la ceinture d’astéroïdes. Elle contient des centaines de milliers, voire des millions de corps rocheux de petite taille. Le plus grand astéroïde, Cérès, a un diamètre d’environ 950 km et est considéré comme une planète naine. Certains astéroïdes dont les orbites croisent celles des planètes intérieures représentent un danger de collision avec la Terre.
Jupiter
Jupiter est la plus grande planète du système solaire et la première des géantes gazeuses. Avec une masse 2,5 fois supérieure à celle de toutes les autres planètes réunies, elle est composée principalement d’hydrogène et d’hélium.
Jupiter possède une atmosphère agitée par d’importantes tempêtes comme la Grande Tache Rouge, un anticyclone persistant depuis plus de 300 ans. Sa magnétosphère, la plus puissante du système solaire, s’étend bien au-delà de l’orbite de Jupiter. Le nombre de ses lunes connues dépasse aujourd’hui 80, les 4 principales (Europe, Io, Ganymède et Callisto) étant presque de la taille de la planète Mercure.
Saturne
Saturne est reconnaissable à ses magnifiques anneaux, composés essentiellement de glace et de roches. Bien que moins massive que Jupiter, Saturne partage une atmosphère et une composition principalement constituées d’hydrogène et d’hélium. Sa densité étant inférieure à celle de l’eau, Saturne pourrait flotter dans un océan assez grand pour la contenir !
Avec plus de 80 lunes confirmées, Saturne possède le deuxième plus grand système de satellites du système solaire après Jupiter. Titan, sa plus grande lune, fait même jeu égal avec Mercure en termes de taille et dispose d’une atmosphère substantielle.
Uranus
Uranus se distingue par l’inclinaison extrême de son axe de rotation, orienté à plus de 90° par rapport au plan de son orbite, ce qui lui vaut de voyager couchée sur le flanc. Cette inclination extrême serait due à la collision d’Uranus avec un objet de la taille de la Terre il y a environ 4 milliards d’années.
Uranus orbite à près de 3 milliards de kilomètres du Soleil. À ces distances, les températures glaciales ont figé les gaz présents lors de sa formation en manteaux de glaces autour d’un petit noyau rocheux. Son atmosphère bleutée est agitée par des vents violents pouvant dépasser 800 km/h.
Neptune
Neptune est la planète la plus éloignée que l’on puisse observer à l’œil nu depuis la Terre. Bien qu’un peu plus petite qu’Uranus, elle est légèrement plus massive. Comme sa voisine glacée, elle orbite loin du Soleil dans un environnement très froid hostile à toute forme de vie connue.
Son atmosphère, dont les vents dépassent les 1500 km/h, est la plus active du système solaire avec de violentes tempêtes comme la Grande Tache Sombre. Neptune possède 14 lunes connues, la plus importante étant Triton qui présente des signes d’activité géologique et pourrait être une ancienne planète naine capturée par Neptune.
Au-delà de Neptune
Ceinture de Kuiper
La ceinture de Kuiper s’étend au-delà de l’orbite de Neptune, entre 30 et 50 unités astronomiques du Soleil. Comme la ceinture d’astéroïdes, il s’agit d’une région peuplée de centaines de milliers de petits corps glacés, vestiges de la formation du système solaire. Parmi eux, entre autres, Pluton, considéré comme une planète naine et visité par la sonde New Horizons en 2015.
Nuage d’Oort
Le nuage d’Oort est une région sphérique et hypothétique entourant le système solaire et s’étendant de 2 000 à 100 000 unités astronomiques du Soleil (1/5ème de la distance jusqu’à l’étoile la plus proche). Ce nuage contiendrait des milliards, voire des trillions de comètes et autres petits objets glacés. Perturbées gravitationnellement, certaines de ces comètes du nuage d’Oort peuvent se diriger vers le Soleil, devenant visibles depuis la Terre lors de leur passage dans le système solaire interne.
Les mystères du système solaire
Malgré les très nombreuses avancées des 60 dernières années dans l’exploration du système solaire, de nombreux mystères subsistent. En voici quelques-uns :
Une neuvième planète ?
Selon certains astronomes, les objets de la ceinture de Kuiper suivraient des orbites influencées par la gravité d’une planète inconnue et non-détectée, qui ferait jusqu’à 10 fois la masse de la Terre. Surnommée pour l’instant « Planète 9 » ou « Planète X », elle orbiterait à des centaines d’unités astronomiques du Soleil. Mais malgré les recherches, aucune preuve observationnelle de son existence n’a encore été apportée.
De l’eau dans tout le système solaire
L’eau est omniprésente dans le système solaire. En plus des océans terrestres, on la trouve sous forme de glace à la surface ou dans le sous-sol de nombreuses lunes et planètes. Mais d’où vient toute cette eau ? Ce pourrait être des comètes ou astéroïdes primitifs, mais leur composition exacte reste mal connue. Plusieurs sondes comme New Horizons ou OSIRIS-REx rapporteront bientôt de précieux échantillons.
Des signes de vie passée sur Mars ?
Selon de nombreux scientifiques, il y a 3 ou 4 milliards d’années, Mars présentait des conditions de température et de pression compatibles avec l’émergence de la vie, au moins sous une forme microbienne. Reste à déterminer si effectivement la vie est apparue sur la planète rouge, peut-être pour disparaître ensuite lorsque le climat est devenu trop froid et sec. Plusieurs missions en cours ou à venir tenteront de le découvrir en étudiant des échantillons du sol martien.
Des traces de vie dans les océans souterrains des lunes glacées ?
De nombreuses lunes comme Europe, Encelade ou Titan abritent sous leur surface glacée de vastes océans liquides au contact de leur cœur de roches chauffées par les forces de marée. Là encore, malgré des conditions a priori hostiles, des formes de vie pourraient avoir trouvé refuge. La mission Europa Clipper de la NASA tentera d’en savoir plus en survolant le pôle sud d’Europe à partir de 2030.
Bibliographie
- Freedman, Roger A.; Kaufmann, William J. III (2002). Universe: The Solar System. W.H Freeman and Company.
- Morrison, David (2018). The Solar System: A Guide to the Planets and their Moons. National Geographic.
- Lunine, Jonathan (2017). Astrobiology: A Very Short Introduction. Oxford University Press.
- Arnett, Bill (2017). The Nine Planets: A History of the Solar System. Supercluster Science Publishers.
- Kaufmann, William J. (2011). Universe. W.H. Freeman and Co.
