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Système solaire

Le Système solaire est l'ensemble formé par le Soleil et les objets qui gravitent autour de lui, liés par la gravité. Il s'est formé il y a 4,6 milliards d'années suite à l'effondrement gravitationnel d'un gigantesque nuage moléculaire interstellaire. La quasi-totalité (99,86 %) de la masse du système se trouve dans le Soleil, la majeure partie du reste étant concentrée dans la planète Jupiter. Le système planétaire autour du Soleil comprend huit planètes. Les quatre planètes telluriques – Mercure, Vénus, la Terre et Mars – sont composées principalement de roches et de métaux. Les quatre planètes géantes du système externe sont nettement plus grandes et plus massives que les planètes telluriques. Les deux plus grandes, Jupiter et Saturne, sont des géantes gazeuses, composées principalement d'hydrogène et d'hélium ; les deux suivantes, Uranus et Neptune, sont des géantes de glace, composées principalement de substances volatiles ayant des points de fusion relativement élevés comparés à ceux de l'hydrogène et de l'hélium, comme l'eau, l'ammoniac et le méthane. Les huit planètes décrivent des orbites quasi circulaires proches du plan de l'orbite terrestre, appelé écliptique.

Il existe un nombre inconnu de planètes naines et d'innombrables petits corps du Système solaire orbitant autour du Soleil. Six des planètes principales, les six plus grandes planètes naines connues et de nombreux petits corps sont entourés de satellites naturels, communément appelés « lunes », en référence à la Lune terrestre. Deux satellites naturels, Ganymède, lune de Jupiter, et Titan, lune de Saturne, sont plus grands que Mercure, la plus petite planète tellurique, bien que moins massifs, et Callisto, lune de Jupiter, est presque aussi grande. Chacune des planètes géantes et certains petits corps sont entourés d'anneaux planétaires de glace, de poussière et de petits satellites. La ceinture d'astéroïdes, située entre les orbites de Mars et de Jupiter, contient des objets composés de roche, de métal et de glace. Au-delà de l'orbite de Neptune se trouvent la ceinture de Kuiper et le disque diffus, qui sont des ensembles d'objets composés principalement de glace et de roche.

Aux confins du Système solaire se trouve une catégorie de planètes mineures appelées objets détachés. Leur nombre exact fait l'objet de nombreux débats. Certains de ces objets sont suffisamment massifs pour avoir atteint une forme sphérique sous l'effet de leur propre gravité et peuvent ainsi être classés comme planètes naines. Les astronomes reconnaissent généralement neuf objets comme planètes naines : l'astéroïde Cérès, les objets de la ceinture de Kuiper Pluton, Orcus, Hauméa, Quaoar et Makemake, ainsi que les objets du disque diffus Gonggong, Éris et Sedna. Diverses populations de petits corps, notamment des comètes, des centaures et des nuages de poussière interplanétaire, se déplacent librement entre les différentes régions du Système solaire.

Le vent solaire, un flux de particules chargées s'échappant du Soleil, crée une région de milieu interplanétaire en forme de bulle au sein du milieu interstellaire, appelée héliosphère. L'héliopause est le point où la pression du vent solaire est égale à la pression opposée du milieu interstellaire ; elle s'étend jusqu'au bord du disque diffus. Le nuage d'Oort, que l'on pense être à l'origine des comètes à longue période, pourrait également exister à une distance environ mille fois supérieure à celle de l'héliosphère. Le Système solaire est situé à 26 000 années-lumière du centre de la Voie lactée, dans le bras d'Orion, qui contient la plupart des étoiles visibles dans le ciel nocturne. Les étoiles les plus proches se trouvent dans la Bulle locale, la plus proche, Proxima Centauri, étant à 4,2441 années-lumière.

Structure et composition

Le mot « solaire » signifie « relatif au Soleil », dérivé du latin « sol », qui signifie Soleil. Le Soleil est l'astre dominant du Système solaire, et son système planétaire est maintenu dans un état relativement stable et évolutif grâce à des orbites isolées et liées gravitationnellement autour du Soleil.

Orbites

Les planètes et autres objets massifs en orbite autour du Soleil se situent près du plan de l'orbite terrestre, appelé écliptique. Les petits objets glacés, comme les comètes, orbitent souvent selon des angles bien plus importants par rapport à ce plan. La plupart des planètes du Système solaire possèdent des systèmes secondaires, autour desquels gravitent des satellites naturels appelés lunes. Nombre des plus grands satellites naturels sont en rotation synchrone, l'une de leurs faces étant constamment tournée vers leur planète mère. Les quatre planètes géantes possèdent des anneaux planétaires, de fins rubans de particules minuscules qui orbitent autour d'elles de manière synchronisée.

Du fait de la formation du Système solaire, les planètes et la plupart des autres objets orbitent autour du Soleil dans le même sens que sa rotation, c'est-à-dire dans le sens antihoraire, vu du pôle Nord terrestre. Il existe des exceptions, comme la comète de Halley. La plupart des grandes lunes orbitent autour de leur planète dans le sens direct de la rotation planétaire ; Triton, lune de Neptune, est la plus grande à orbiter dans le sens inverse, rétrograde. La plupart des objets de grande taille tournent sur eux-mêmes dans le sens direct de leur orbite, bien que la rotation de Vénus soit rétrograde.

En première approximation, les lois de Kepler décrivent les orbites des objets autour du Soleil. Ces lois stipulent que chaque objet décrit une ellipse dont le Soleil occupe l'un des foyers, ce qui entraîne une variation de la distance entre l'objet et le Soleil au cours de son année. Le point le plus proche du Soleil auquel un corps s'approche est appelé son périhélie, tandis que son point le plus éloigné est appelé son aphélie. Les orbites des planètes sont quasi circulaires, mais de nombreuses comètes, astéroïdes et objets de la ceinture de Kuiper suivent des orbites très elliptiques. Les lois de Kepler ne prennent en compte que l'influence de la gravité du Soleil sur un corps en orbite, et non les interactions gravitationnelles entre les différents corps. À l'échelle humaine, ces perturbations supplémentaires peuvent être prises en compte par des modèles numériques, mais le système planétaire peut évoluer de manière chaotique sur des milliards d'années.

Le moment cinétique du Système solaire mesure la quantité totale de moment orbital et de rotation de tous ses corps en mouvement. Bien que le Soleil domine le système par sa masse, il ne représente qu'environ 2 % du moment cinétique. Les planètes, Jupiter en tête, représentent la majeure partie du reste du moment cinétique grâce à leur masse, leur orbite et leur distance au Soleil, avec une contribution potentiellement significative des comètes.

Composition

La structure générale des régions cartographiées du Système solaire comprend le Soleil, quatre planètes telluriques entourées d'une ceinture d'astéroïdes principalement rocheux, et quatre planètes géantes entourées par la ceinture de Kuiper, composée d'objets majoritairement glacés. Les astronomes divisent parfois, de manière informelle, cette structure en régions distinctes. Le Système solaire interne inclut les quatre planètes telluriques et la ceinture d'astéroïdes. Le Système solaire externe s'étend au-delà des astéroïdes et comprend les quatre planètes géantes. Depuis la découverte de la ceinture de Kuiper, les parties les plus éloignées du Système solaire sont considérées comme une région distincte, constituée des objets situés au-delà de Neptune.

Le principal composant du Système solaire est le Soleil, une étoile de faible masse qui représente 99,86 % de la masse connue du système et exerce une attraction gravitationnelle dominante. Les quatre plus grands corps orbitant autour du Soleil, les planètes géantes, représentent 99 % de la masse restante, Jupiter et Saturne en constituant à elles seules plus de 90 %. Les autres objets du Système solaire (notamment les quatre planètes telluriques, les planètes naines, les lunes, les astéroïdes et les comètes) représentent ensemble moins de 0,002 % de la masse totale du Système solaire.

Le Soleil est composé à environ 98 % d'hydrogène et d'hélium, tout comme Jupiter et Saturne. Un gradient de composition existe au sein du Système solaire, créé par la chaleur et la pression lumineuse du jeune Soleil ; les objets les plus proches du Soleil, donc plus soumis à ces pressions, sont composés d'éléments à point de fusion élevé. Les objets plus éloignés du Soleil sont composés en grande partie de matériaux à point de fusion plus bas. La limite, au sein du Système solaire, au-delà de laquelle ces substances volatiles pourraient se combiner est appelée la ligne de gel ; elle se situe à environ cinq fois la distance Terre-Soleil.

Les objets du système solaire interne sont principalement composés de matériaux rocheux, tels que les silicates, le fer ou le nickel. Jupiter et Saturne sont composés essentiellement de gaz à très bas point de fusion et à haute pression de vapeur, comme l'hydrogène, l'hélium et le néon. Les glaces, comme l'eau, le méthane, l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène et le dioxyde de carbone, ont des points de fusion pouvant atteindre quelques centaines de kelvins. On les trouve sous forme de glace, de liquide ou de gaz à divers endroits du système solaire. Les substances glacées constituent la majorité des satellites des planètes géantes, ainsi que la plus grande partie d'Uranus et de Neptune (les « géantes de glace ») et les nombreux petits objets situés au-delà de l'orbite de Neptune. L'ensemble des gaz et des glaces est appelé « substances volatiles ».