LE SYSTEME SOLAIRE

Montage présentant les composants principaux du système solaire (échelle non respectée), de gauche à droite : Pluton, Neptune, Uranus, Saturne, Jupiter, la ceinture d'astéroïdes, le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et sa Lune, et Mars. Une comète est également représentée sur la gauche.

Le système solaire, en astronomie, est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de lui : les huit planètes, leurs 165 satellites naturels connus ^[1] (appelés usuellement des « lunes »), les trois planètes naines, et les milliards de petits corps (astéroïdes, objets glacés, comètes, météoroïdes, poussière interplanétaire, etc.).

De façon schématique, le système solaire est divisé entre le Soleil, quatre planètes telluriques internes, 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, l’héliopause et, selon la théorie avancée par Jan Oort, le nuage d'Oort.

De la plus proche à la plus éloignée, les planètes du système se nomment Mercure, Vénus, 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, excepté la Terre, portent les noms de dieux et déesses de la mythologie romaine. Les trois planètes naines sont Pluton, le plus gros objet connu de la ceinture de Kuiper, Cérès, le plus grand objet connu de la ceinture d’astéroïdes, et enfin Éris qui se trouve dans le disque des objets épars.

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

TERMINOLOGIE

Les planètes et planètes naines du système solaire ; les dimensions respectives des planètes sont à l’échelle, mais pas leur distance au Soleil

Une planète est un corps en orbite autour du Soleil qui est suffisamment massif pour former une forme sphérique et a nettoyé son voisinage immédiat de tous les objets plus petits. On connaît huit planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune.

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 qui, s’il est suffisamment massif pour avoir une forme sphérique, n’a pas fait place nette dans son voisinage. En octobre 2007, trois corps étaient officiellement désignés de la sorte : Pluton, Éris 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

GENERALITES

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

Le principal composant du système solaire est le Soleil, une étoile 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 objets orbitant autour du Soleil les plus massifs, regroupent 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 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 orbites des planètes sont quasiment circulaires. Celles des corps plus petits présentent des excentricités diverses et peuvent être fortement elliptiques.

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].

LE SOLEIL

Le Soleil tel qu’il est vu depuis la Terre.

Le Soleil est l’étoile du système solaire et de loin son composant principal. Comme toute étoile, sa masse permet à la densité en son cœur d’être suffisamment élevée pour provoquer des réactions de fusion nucléaire 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 moyenne des étoiles de la Voie lactée. 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 : plus tôt dans son histoire, sa luminosité était inférieure des trois quarts à celle d’aujourd’hui^[7].

Le calcul du rapport entre l’hydrogène et l’hélium à l’intérieur du Soleil suggère qu’il est à mi-chemin de son cycle de vie. Dans cinq milliards d’année, 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 vers la fin de l'évolution de l’Univers. 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 ^[10] plus anciennes et plus lourdes. Les étoiles anciennes contiennent peu de métaux tandis que les étoiles ultérieures en contiennent plus. On pense que cette haute métallicité a été indispensable au développement du système planétaire, car les planètes se forment par accrétion de métaux^[11].

Milieu interplanétaire

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^[12], 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^[13]. 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.^[14].

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^[15]. Sur Terre, l’interaction du vent solaire et du champ magnétique terrestre cause les aurores polaires.

La couche de courant héliosphérique

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 la force 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^[16].

Une aurore australe vue depuis l’orbite terrestre.

Le milieu interplanétaire héberge au moins deux régions de poussièrcosmiques 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^[17]. 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 très près du Soleil : le rayon de la région toute entière est plus petit que la distance entre Jupiter et Saturne.

Planètes internes

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. 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) ainsi que la plus petite (0,055 masse terrestre). 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 plus tôt dans son histoire^[20]. L’atmosphère de Mercure, quasiment inexistante, est formée d’atomes arrachés à sa surface par le vent solaire^[21]. L’origine de son grand noyau de fer et son fin manteau 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^[22][23].

Vénus

Vénus (0,7 UA) est proche de la Terre en taille (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 son atmosphère est 90 fois plus dense. Venus ne possède aucun satellite. Il s’agit de la planète la plus chaude, avec une température de surface supérieure à 400 °C, très probablement à cause de l’effet de serre causé par son atmosphère^[24]. 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^[25].

Terre

La Terre (1 UA) est la plus grande 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^[26]. La Terre possède un satellite, la Lune, le seul satellite significativement grand des planètes telluriques du système solaire.

Mars

Mars (1,5 UA) est plus petite que la Terre et Vénus (0,107 masse terrestre). Elle possède une atmosphère tenue, principalement de dioxyde de carbone. Sa surface, constellée de vastes volcans comme Olympus Mons, de vallées, de rifts comme Valles Marineris, montre des signes d’une activité géologique qui a peut-être persisté jusqu’à récemment^[27]. Mars possède deux petits satellites naturels (Déimos et Phobos), probablement des astéroïdes capturés^[28].