Le système solaire

Le système solaire

Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit planètes et leurs 165 satellites naturels connus[1] (appelés usuellement des « lunes »), les cinq planètes naines, et les milliards de petits corps (astéroïdes, objets glacés, comètes, météorites, poussière interplanétaire, etc.).

De façon schématique, le système solaire est composé du Soleil, de quatre planètes telluriques internes, d'une ceinture d'astéroïdes composée de petits corps rocheux, quatre géantes gazeuses externes et une seconde ceinture appelée ceinture de Kuiper, composée d’objets glacés. Au-delà de cette ceinture se trouve un disque d’objets épars, nommé suivant la théorie avancée par Jan Oort, le nuage d'Oort. Ensuite vient l'héliopause, limite du système solaire définie par l'arrêt des vents solaires (ils deviennent plus faibles que le vent galactique).

De la plus proche à la plus éloignée (du Soleil), les planètes du système se nomment Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Six de ces planètes possèdent des satellites en orbite et chacune des planètes externes est entourée d’un anneau planétaire de poussière et d’autres particules. Toutes les planètes, la Terre exceptée, portent les noms de dieux et déesses de la mythologie romaine et de la mythologie grecque.

Les cinq planètes naines, portant des noms de divinités diverses, sont Pluton, le plus ancien objet connu de la ceinture de Kuiper, Cérès, le plus grand objet de la ceinture d’astéroïdes, Éris, la plus grosse des planètes naines qui se trouve dans le disque des objets épars, et Makemake et Haumea objets de la ceinture de Kuiper. Les planètes naines orbitant au-delà de Neptune, ce qui est le cas de quatre d'entre-elles, sont également classifiées comme plutoïdes.

Par extension, le terme « système solaire » est employé pour désigner d’autres systèmes planétaires.




Terminologie

Planètes normales et naines du système solaire ; les dimensions du Soleil et des planètes sont à l’échelle, mais aucune de leurs distances.

Les objets ou corps orbitant autour du Soleil sont divisés en trois classes : planètes, planètes naines et petits corps.

* Une planète est un corps en orbite autour du Soleil. Ce corps est suffisamment massif pour constituer une forme sphérique et avoir nettoyé son voisinage immédiat de tous les objets plus petits. On connaît huit planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Un moyen mnémotechnique de se souvenir de leur ordre, est la phrase : « Mon Vieux, Tu M’as Jeté Sur Une Nappe. » ou bien encore « Me Voici Toute Mouillée, Je Suis Une Nuée. »
* Une planète naine est, selon la définition officielle (décision du 24 août 2006 de l’Union astronomique internationale), un corps en orbite autour du Soleil. Ce corps, bien que suffisamment massif pour constituer une forme sphérique, n’a pas fait place nette dans son voisinage. En septembre 2008, cinq corps étaient officiellement désignés de la sorte : Pluton, Éris, Makemake, Haumea et Cérès. D’autres corps pourraient l’être dans le futur, tels Sedna, Orcus ou Quaoar.
* Tous les autres objets en orbite autour du Soleil sont définis comme petits corps du système solaire[2].

Les satellites naturels, ou lunes, sont les objets en orbite autour des planètes, des planètes naines et des petits corps plutôt qu’autour du Soleil.


Structure

Généralités



L’écliptique vu par la mission Clementine, alors que le Soleil était partiellement masqué par la Lune. Trois planètes sont visibles dans la partie gauche de l’image. De gauche à droite : Mercure, Mars et Saturne.
Comparaison à l'échelle des diamètres du Soleil, de ses planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) et de Pluton.

Le principal corps céleste du système solaire est le Soleil, une étoile naine jaune de la séquence principale de type G2 qui contient 99,86 % de toute la masse connue du système solaire et le domine gravitationnellement[3]. Jupiter et Saturne, les deux plus massifs objets orbitant autour du Soleil, regroupent à eux deux plus de 90 % de la masse restante.

La plupart des grands objets en orbite autour du Soleil le sont dans un plan proche de celui de l’orbite terrestre, nommé écliptique. Typiquement, le plan d’orbite des planètes est très proche de celui de l’écliptique tandis que les comètes et les objets de la ceinture de Kuiper ont pour la plupart une orbite qui forme un angle significativement plus grand par rapport à lui.

Toutes les planètes et la plupart des autres objets orbitent dans le même sens que la rotation du Soleil, c’est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d’une montre du point de vue d’un observateur situé au-dessus du pôle nord solaire. Certains objets orbitent dans un sens rétrograde, comme la comète de Halley.
Les orbites des principaux corps du système solaire, à l’échelle.

Les trajectoires des objets gravitant autour du Soleil suivent les lois de Kepler. Ce sont approximativement des ellipses dont l'un des foyers est le Soleil. Les orbites des planètes sont quasiment circulaires. Celles des corps plus petits présentent des excentricités diverses et peuvent être fortement elliptiques. C'est notamment le cas des comètes et de certains autres petits corps, de certaines planètes naines et plus généralement des objets transneptuniens y compris ceux de la ceinture de Kuiper et du Nuage d'Oort.

La distance d'un corps au Soleil varie au cours de sa rotation autour du Soleil. On appelle le point le plus proche du Soleil de l'orbite d'un corps sa périhélie, le plus éloigné étant son aphélie.

De façon informelle, le système solaire est souvent divisé en zones distinctes. Le système solaire interne inclut les quatre planètes telluriques et la ceinture d’astéroïdes. Le reste du système peut être considéré simplement comme système solaire externe[4] ; d’autres séparent la région au-delà de Neptune des quatre géantes gazeuses[5].

La majorité des planètes du système solaire possède leur propre système secondaire. Les corps planétaires en rotation autour d'une planète sont appelés satellites naturels ou lunes. La plupart des plus grands satellites naturels évoluent sur une orbite synchrone, présentant toujours la même face à la planète autour de laquelle ils gravitent. Les quatre plus grandes planètes ont également un anneau planétaire.

Soleil

Le Soleil, au sein de notre galaxie, est une étoile de type naine jaune parmi tant d'autres : la Voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d'étoiles, dont 20 à 40 milliards seraient des naines jaunes. Comme toute étoile selon les lois de la physique actuelle, sa masse permet à la densité en son cœur d’être suffisamment élevée pour provoquer des réactions de fusion thermonucléaire en continu, ce qui produit d’énormes quantités d’énergie, la majeure partie rayonnée dans l’espace sous forme de rayonnement électromagnétique comme la lumière visible.

Le Soleil est une naine jaune modérément grande, mais le nom est trompeur puisque le Soleil est plus large et plus lumineux que la majorité des étoiles de la Voie lactée (la plupart des étoiles de la Voie lactée étant des naines rouge, plus petites). Il se situe vers le milieu de la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell ; cependant, les étoiles plus brillantes et plus chaudes que le Soleil sont rares tandis que les étoiles moins lumineuses et plus froides sont courantes[6].
Le diagramme de Hertzsprung-Russell ; la séquence principale va du bas à droite au haut à gauche.

On pense que la position du Soleil sur la séquence principale indique qu’il est loin d’avoir épuisé ses réserves d’hydrogène pour la fusion nucléaire. Il devient progressivement plus brillant : au début de son histoire, sa luminosité était inférieure d'un bon tiers de celle d’aujourd’hui[7].

Le calcul du rapport entre l’hydrogène et l’hélium à l’intérieur du Soleil suggère qu’il est environ à mi-chemin de son cycle de vie. Dans plus de cinq milliards d’années, il quittera la séquence principale et deviendra plus grand, plus brillant, plus froid et plus rouge : une géante rouge[8]. À ce moment, sa luminosité sera plusieurs milliers de fois celle d’aujourd’hui.

Le Soleil est une étoile de population I ; il est né après une ou plusieurs « générations » d'étoiles. Il contient plus d’éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium (des « métaux » dans le langage astronomique) que les étoiles de population II[9]. Ces éléments métalliques ont été formés dans l’explosion des noyaux d’étoiles les plus massives, les supernovas. Les étoiles anciennes contiennent peu de métaux tandis que les étoiles ultérieures en contiennent ainsi plus. On pense que cette haute métallicité a été indispensable au développement du système planétaire, car les planètes se forment par accrétion de « métaux ».



Milieu interplanétaire

La couche de courant héliosphérique.

En plus de la lumière, le Soleil rayonne un flux continu de particules chargées (un plasma) appelé vent solaire. Ce flux s’étend à la vitesse approximative de 1,5 million de kilomètres par heure[11], créant une atmosphère ténue, l’héliosphère, qui baigne le système solaire jusqu’à environ 100 unités astronomiques (marquant l’héliopause). Le matériau composant l’héliosphère est connu sous le nom de milieu interplanétaire. Le cycle solaire de onze ans et les fréquentes éruptions solaires et éjections de masse coronale perturbent l’héliosphère et créent un climat spatial[12]. La rotation du champ magnétique solaire agit sur le milieu interplanétaire pour créer la couche de courant héliosphérique, la plus grande structure du système solaire[13].
Une aurore australe vue depuis l’orbite terrestre.

Le champ magnétique terrestre protège l’atmosphère du vent solaire. Vénus et Mars ne possèdent pas de champ magnétique et le vent solaire souffle graduellement leur atmosphère dans l’espace[14]. Sur Terre, l’interaction du vent solaire et du champ magnétique terrestre cause les aurores polaires.

L’héliosphère protège en partie le système solaire des rayons cosmiques, protection augmentée sur les planètes disposant de champ magnétique. La densité de rayons cosmiques dans le milieu interstellaire et l'intensité du champ magnétique solaire changent sur de très longues périodes, donc le niveau de rayonnement cosmique dans le système solaire varie, mais on ignore de combien[15].

Le milieu interplanétaire héberge au moins deux régions de poussières cosmiques en forme de disque. La première, le nuage de poussière zodiacal, réside dans le système solaire interne et cause la lumière zodiacale. Il fut probablement formé par des collisions à l’intérieur de la ceinture d’astéroïdes causées par des interactions avec les planètes[16]. La deuxième s’étend de 10 à 40 UA et fut probablement créée lors de collisions similaires dans la ceinture de Kuiper

Système solaire interne

Le système solaire interne désigne traditionnellement la région située entre le Soleil et la ceinture d’astéroïdes. Composés principalement de silicates et de métaux, les objets du système solaire interne orbitent près du Soleil : le rayon de la région tout entière est plus petit que la distance entre Jupiter et Saturne.
Ceinture intra-mercurienne

Très récemment[Quand ?] des nuages de poussières intramercuriens ont été détectés entre le Soleil et Mercure. Des recherches sont toujours menées afin de trouver des corps plus gros: les Vulcanoïdes. Des comètes orbitent aussi dans cette zone : les astéroïdes apoheles.
Planètes internes
Article détaillé : Planète tellurique.
Les planètes internes. De gauche à droite : Mercure, Vénus, la Terre et Mars (dimensions à l’échelle).

Les quatre planètes internes possèdent une composition dense et rocheuse, peu ou pas de satellites naturels et aucun système d’anneaux. De taille modeste (la plus grande de ces planètes étant la Terre dont le diamètre est de 12 756 km), elles sont composées en grande partie de minéraux à point de fusion élevé, tels les silicates qui forment leur croûte solide et leur manteau semi-liquide, et de métaux comme le fer et le nickel qui composent leur noyau. Trois des quatre planètes (Vénus, la Terre et Mars) ont une atmosphère substantielle ; toutes présentent des cratères d’impact et des caractéristiques tectoniques de surface comme des rifts et des volcans.
Mercure

Mercure est la planète la plus proche du Soleil (0,4 UA de demi-grand axe soit 58 millions de km du soleil ), ainsi que la plus petite et la moins massive -4900 km de diamètre- juste plus du vingtième de la masse terrestre (0,055 masse terrestre). Elle est connue depuis l'antiquité et doit son nom au dieu Mercure, qui était chez les Romains le messager des dieux, et dieu du commerce et du voyage ; cela est du au fait quelle se déplace très vite. Mercure ne possède aucun satellite naturel et ses seules caractéristiques géologiques connues, en dehors des cratères d’impact, sont des dorsa, probablement produites par contraction thermique lors de la solidification interne, plus tôt dans son histoire[19]. L’atmosphère de Mercure, quasiment inexistante, est formée d’atomes arrachés à sa surface par le vent solaire[20], ou momentanément capturé à ce vent. L’origine de son grand noyau de fer liquide et son fin manteau, composée de différents métaux, n’a toujours pas été expliquée de manière adéquate. Parmi les scénarios hypothétiques, il est possible que ses couches externes aient été balayées par un impact géant ou qu’elle a été stoppée dans son accrétion par l’énergie solaire[21],[22]. Sa période de révolution est d'environ 88 jours et sa période de rotation est de 58 jours.
Vénus

Vénus (0,7 UA) est proche de la Terre en taille et en masse (0,815 masse terrestre) et, comme elle, possède un épais manteau de silicate entourant un noyau métallique, une atmosphère significative et une activité géologique interne. Cependant, elle est beaucoup plus sèche et la pression de son atmosphère (au sol) est 90 fois celle de la nôtre. Vénus ne possède aucun satellite. Il s’agit de la planète la plus chaude, avec une température de surface supérieure à 450°C, maintenue essentiellement par l’effet de serre causé par son atmosphère très riche en gaz carbonique[23]. Aucune activité géologique récente n’a été détectée sur Vénus ; son absence de champ magnétique ne permettant pas d’empêcher l'appauvrissement de son atmosphère, cela suggère cependant qu’elle est réalimentée régulièrement par des éruptions volcaniques[24]. Sa période de révolution est d'environ 225 jours.
Terre

La Terre (1 UA) est la plus grande, la plus massive et la plus dense des planètes internes, la seule dont on connaisse une activité géologique récente et qui abrite la vie. Son hydrosphère liquide est unique parmi les planètes telluriques et elle est la seule planète où une activité tectonique a été observée. L’atmosphère terrestre est radicalement différente de celle des autres planètes, ayant été altérée par la présence de formes de vie pour contenir 21 % d’oxygène[25]. La Terre possède un satellite, la Lune, le seul satellite significativement grand des planètes telluriques du système solaire. Sa période de révolution est d'environ 365 jours.
Mars

Mars (1,5 UA) est deux fois plus petite que la Terre et Vénus, et a seulement le dixième de la masse terrestre (0,107 masse terrestre). Elle possède une atmosphère ténue, principalement de dioxyde de carbone. Sa surface, constellée de vastes volcans comme Olympus Mons (le plus massif du système solaire), de vallées, de rifts comme Valles Marineris, montre des signes d’une activité géologique voire hydraulique qui a peut-être persisté jusqu’à récemment[26]. Mars possède deux petits satellites naturels (Déimos et Phobos), probablement des astéroïdes capturés[27]. Sa période de révolution est d'environ 687 jours.