L'HISTOIRE DU SYSTÈME SOLAIRE

En observant le ciel à l’œil nu, l’Homme a mis longtemps à percer les mystères du Soleil et de son voisinage, s’imaginant être au centre de l’univers, trompé par l’apparente routine d’un soleil qui se lève et se couche 30.000 fois en moyenne au cours de notre vie. De la découverte de l’héliocentrisme à la déclassification de Pluton, nous vous proposons aujourd’hui un voyage dans le temps et l’espace pour tenter de comprendre l’histoire de notre système solaire.

En observant le ciel à l’œil nu, l’Homme a mis longtemps à percer les mystères du Soleil et de son voisinage, s’imaginant être au centre de l’univers, trompé par l’apparente routine d’un soleil qui se lève et se couche 30.000 fois en moyenne au cours de notre vie. De la découverte de l’héliocentrisme à la déclassification de Pluton, nous vous proposons aujourd’hui un voyage dans le temps et l’espace pour tenter de comprendre l’histoire de notre système solaire.

Comprendre le cosmos: le géocentrisme

Notre voyage commence en Egypte ancienne, lorsque l’astronome grec Ptolémée étudie la voûte céleste depuis la ville d’Alexandrie. C’est à cette époque qu’est défini pour la première fois le système dit géocentrique, c’est-à-dire selon lequel les planètes, le soleil et les étoiles tournent autour de notre Terre. Cette vision du cosmos, aussi appelée système Ptoléméen, sera partagée pendant plus de 1500 ans malgré plusieurs remises en question, notamment quand Copernic développe la théorie de l’héliocentrisme. L’astronome polonais explique alors dans son ouvrage “Révolutions des sphères célestes” que la Terre tourne en fait autour du Soleil.

Modèle géocentrique du système solaire
Modèle géocentrique du système solaire de Ptolémée, d'après le cosmographe et cartographe portugais Bartolomeu Velho. La carte est extraite de son livre, Cosmographia, fait en France en 1568.(Exposé à la bibliothèque nationale de France, Paris)
Portrait de Johannes Kepler
Copie d’un portrait perdu de Johannes Kepler (1571-1630). Le tableau date de 1610.

Comprendre le cosmos: l'héliocentrisme

Mais il faudra attendre l’apparition des premières lunettes astronomiques développées par l’italien Galilée pour que le modèle héliocentrique commence à se répandre, malgré les nombreuses tentatives de censure de l’Eglise catholique. A l’aube du siècle des lumières, Johannes Kepler identifie le mouvement elliptique des planètes autour du Soleil, défini par les fameuses lois de Kepler. Grâce à sa théorie de la gravitation universelle, le britannique Isaac Newton résume les travaux de l’astronome allemand, en définissant les forces d’attraction entre deux corps en fonction de leur masse, de l’accélération et de la distance qui les sépare.

Le télescope Hooker
Le télescope Hooker de 2,5 m, avec lequel Edwin Hubble fit la plupart des observations ayant conduit à la découverte de l'expansion de l'Univers.

Le soleil, centre de notre galaxie?

Malgré ces découvertes, la communauté scientifique pense toujours que l’univers est une seule et unique galaxie dont le centre serait notre Soleil. Jusqu’en 1910, les données expérimentales se contredisent, et c’est finalement sur le continent américain que le débat prendra fin. En effet, c’est aux Etats-Unis que se trouve à l’époque le plus grand télescope du monde, achevé en 1917 au sommet du Mont Wilson, en Californie. Grâce à son miroir de 2,5 mètres, Edwin Hubble découvre la galaxie Barnard en 1925, démontrant ainsi l’existence de la multiplicité des galaxies.

Andromède
La galaxie d'Andromède (M31) entourée de deux satellites : M32 (disque nébuleux au bord supérieur droit), et M110 (petite galaxie elliptique en dessous de M31), "orbitent" autour d'Andromède. ©Adam Evans (Flickr)

200 milliards d'étoiles

Après avoir identifié deux autres galaxies (celle du Triangle en 1926, puis Andromède en 1929), l’astrophysicien américain entame même une classification de leur morphologie. Grâce aux progrès de la télescopie moderne, on sait aujourd’hui que la voie lactée forme en fait un gigantesque disque de 100 à 200 milliards d’astres brillants. Parmi toutes ces étoiles, notre système solaire évolue à 1,6 milliards d’unités astronomiques du cœur de notre galaxie: l’Homme n’est plus le centre du monde.

Photographie d'Edwin Hubble, datée de 1931.
Photographie d'Edwin Hubble, datée de 1931.
Andromède
La galaxie d'Andromède (M31) entourée de deux satellites : M32 (disque nébuleux au bord supérieur droit), et M110 (petite galaxie elliptique en dessous de M31), "orbitent" autour d'Andromède. ©Adam Evans (Flickr)
Amas de galaxies PLCK G004.5-19.5
Amas de galaxies photographié par le télescope Hubble. Sur cette image, les galaxies apparaissent comme des étoiles, une vision vertigineuse qui nous laisse à peine imaginer la taille de l'univers. ©NASA / ESA / Hubble / RELICS / D. Coe et al.

La naissance du système solaire

La naissance du soleil

Comme on vient de le voir, il nous a fallu longtemps pour définir et comprendre le concept de système solaire, et cette expression n’est d’ailleurs apparue qu’en 1704 chez nos voisins britanniques. Comme son nom l’indique, l’élément central du système solaire est bien évidemment notre étoile. Formé il y a environ 4,5 milliards d’années en périphérie de la voie lactée, le Soleil est si massif (1000 fois la masse de Jupiter) qu’il équivaut à 99,86% de toute la matière connue dans notre système.

Selon les scientifiques, la naissance de notre étoile serait la conséquence de l’effondrement d’une nébuleuse de gaz et de poussières qui en se refroidissant se seraient condensés sous l’effet de l’attraction gravitationnelle pour former une boule gigantesque: le Soleil.

Photo de la nébuleuse NGC 604
NGC 604, une nébuleuse en émission, pouponnière d'étoiles, dans la constellation du Triangle. Photo prise par le télescope Hubble en 1995. ©NASA
La structure du système solaire
Schéma des différentes couches du Soleil. ©ESA
Image du soleil capturée par la sonde Proba-2
Sur cette image, les zones sombres dans la couronne du Soleil ont été photographiées par l'instrument SWAP de la mission européenne Proba-2. Ces taches correspondent à des "trous coronaux", c'est-à-dire des zones où le champ magnétique traverse la couronne pour émettre des particules chargées: les vent solaires.

La structure du Soleil

Aujourd’hui, on sait que le Soleil est constitué de trois couches distinctes: le cœur, la zone de radiation et la couche de convection. Ces couches sont principalement composées de deux éléments chimiques: 73% d’hydrogène (le “carburant” de notre étoile) et 25% d’hélium. Dans son noyau, la température atteint environ 15 millions de degrés, une chaleur extrême qui maintient la matière de notre étoile sous forme de plasma.

Photo des taches solaires
Photo capturée en 2015 depuis le site du Centre Européen d'Astronomie Spatiale (ESAC) situé à Madrid, en Espagne. La partie du Soleil représentée ici est connue sous le nom de chromosphère (littéralement «sphère de couleur»). Les taches solaires ne sont pas permanentes: elles fluctuent selon les jours en fonction du champ magnétiques du Soleil.

Parfois défini comme le quatrième état de la matière, le plasma peut être comparé à une sorte de “bouillon d’électrons” dans lequel les noyaux d’atomes “baignent”. C’est notamment le mouvement de cette matière ionisée qui est à l’origine du vaste champ magnétique qui entoure notre Soleil, dont l’existence est trahie par les taches noires qui ponctuent sa surface.

Le Soleil, source d'énergie

Au cœur de cette fournaise, la gravité est telle que les atomes d’hydrogène fusionnent entre eux pour former de l’hélium: une réaction que l’on appelle aussi la fusion thermonucléaire. C’est ce processus qui libère une quantité d’énergie phénoménale, notamment sous forme de rayonnement et de chaleur essentiels à l’apparition de la vie sur notre planète. Le champ gravitationnel de notre soleil est aussi à l’origine de sa structure, en retenant les planètes dans son “voisinage”: une sphère dont le rayon mesure environ une année lumière.

Les planètes du système solaire

Les planètes du système solaire

En partant du soleil, on trouve d’abord les planètes internes: Mercure, Vénus, la Terre puis Mars, qui sont aussi appelées planètes rocheuses du fait de leur composition. Au delà de la ceinture d’astéroïdes, on trouve les planètes dites gazeuses: Jupiter (la plus grande planète de notre système), Saturne (reconnaissable à ses grands anneaux), Uranus et enfin Neptune. 

Ces huit planètes tournent autour du soleil dans le plan de l’écliptique, c’est-à-dire un plan légèrement incliné par rapport à l’équateur de notre étoile. Leur vitesse de rotation varie en fonction de leur éloignement: il faudra par exemple 88 jours terrestre à Mercure pour accomplir une révolution complète, tandis que Pluton met mille fois plus longtemps à parcourir son orbite autour du soleil (environ 248 années terrestres).

Planètes telluriques
La Terre, Vénus, Mars et Mercure représentées à l'échelle.
Schéma des planètes du système solaire
Schéma des planètes et planètes naines du système solaire. Les tailles sont à l'échelle mais les distances sont extrêmement compressées. L'ordre est respecté pour les distances moyennes au Soleil. (Pluton peut se trouver plus près du Soleil que Neptune mais sa distance moyenne est plus grande).
Photo de Pluton
Photo de la planète naine Pluton, prise par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015, à environ 35.000 kilomètres de distance. Les détails de sa surface sont clairement visibles, y compris l'étendue lumineuse du «cœur» glacé, riche en azote et en méthane, appelée Sputnik Planitia. L'image a été traitée pour recréer les couleurs fidèles à la réalité. ©NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

Pluton, cinquième planète naine

Découverte en 1930, Pluton fait partie de la ceinture de Kuiper: un anneau de corps glacés large de 50 unités astronomiques situé au-delà de l’orbite de Neptune. Longtemps considérée comme la neuvième planète du système solaire, elle est requalifiée en planète naine il y a 15 ans par l’Union Astronomique Internationale (UAI). 

Dans cette catégorie, on retrouve par exemple Cérès, la seule planète naine gravitant au milieu de la ceinture d’astéroïdes, ou encore Eris, Haumea ou Makémaké qui comme Pluton font partie de la ceinture de Kuiper. Les planètes naines partagent donc toutes cette caractéristique: malgré leur forme sphérique, leur gravité est trop faible pour nettoyer leur orbite des autres corps qui évoluent sur la même trajectoire autour du Soleil.

Photo de Pluton
Photo de la planète naine Pluton, prise par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015, à environ 35.000 kilomètres de distance. Les détails de sa surface sont clairement visibles, y compris l'étendue lumineuse du «cœur» glacé, riche en azote et en méthane, appelée Sputnik Planitia. L'image a été traitée pour recréer les couleurs fidèles à la réalité. ©NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Alex Parker

La fin de vie du système solaire

La fin de vie du système solaire

Un carburant limité

Malgré la stabilité apparente du système solaire, plus de 4 millions de tonnes de matière fusionnent chaque seconde au cœur de notre étoile, et d’ici 5 à 6 milliards d’années, le Soleil manquera donc de carburant. A court d’hydrogène, les noyaux d’hélium finiront par fusionner à leur tour, entraînant une réaction encore plus intense.

Image de Sirius B, une naine blanche
Image d'artiste de Sirius B, une étoile de type naine blanche. Une équipe internationale a découvert que Sirius B avait une masse de 98% celle de notre propre Soleil. Pour l'anecdote, le champ gravitationnel de l'étoile est 350 000 fois plus grand que celui de la Terre: une personne de 68 kilogrammes pèserait 25 millions de kilogrammes si elle pouvait se tenir debout à sa surface! ©ESA/NASA

La fin du système solaire

On estime que le Soleil deviendra 30% plus brillant avant de devenir une géante rouge, engloutissant sur son passage Mercure, Vénus et probablement même la Terre, avant de s’effondrer sur lui-même pour devenir une naine blanche, à l’image de l’étoile Sirius B photographiée par le télescope Hubble.

Pour compléter cet article, le Journal De l’Espace proposera bientôt un dossier sur l’une de ces trois planètes telluriques: Mercure, Vénus ou Mars. Laquelle de ces trois planète vous intrigue le plus? Faites-le-nous savoir dans la section commentaire du blog sous cet article!

Pierre-Henri Le Besnerais

Image de Sirius B, une naine blanche
Image d'artiste de Sirius B, une étoile de type naine blanche. Une équipe internationale a découvert que Sirius B avait une masse de 98% celle de notre propre Soleil. Pour l'anecdote, le champ gravitationnel de l'étoile est 350 000 fois plus grand que celui de la Terre: une personne de 68 kilogrammes pèserait 25 millions de kilogrammes si elle pouvait se tenir debout à sa surface! ©ESA/NASA