La Sag’Astrale – Épisode 1 : Le Système Solaire

Dans l’Antiquité et jusqu’à la fin du XVI° siècle, les philosophes, astronomes et autres scientifiques plaçaient la Terre au centre de l’Univers, ce qu’on appelle le géocentrisme. Puis Kepler, Copernic et Galilée (XVI – XVII° siècle) proposèrent à leur tour des modèles plaçant le Soleil au centre du Système Solaire, ce fut le début de l’héliocentrisme. Actuellement, bien que cette théorie soit largement admise, une grande partie de la population pense que le Soleil tourne autour de la Terre ! (Blague à part, certains sont encore persuadés que la Terre est plate !). Voilà une excellente raison pour présenter notre étoile, à qui nous devons beaucoup de choses. Étudié depuis l’Antiquité et malgré toutes les sondes, les satellites et les télescopes qui l’observent, le Soleil reste un objet céleste mystérieux dont l’Homme ne parvient pas encore à expliquer tous les mécanismes. Une fois n’est pas coutume, nous partons pour un voyage spatial en plusieurs étapes. Cette fois il s’agit de la Sag’Astrale, pour tout connaître sur le Soleil et le Système Solaire. Dans un premier article les mystères du Système Solaire seront élucidés. Puis dans une deuxième partie vous apprendrez tout sur la longue et mouvementée vie du Soleil. Et enfin la dernière partie révèlera les interactions entre le Soleil et la Terre.

Commençons par le commencement. Question légitime: qu’est ce que le système solaire? Situé dans la galaxie appelée la Voie lactée, c’est un ensemble composé d’une étoile, le Soleil, et de huit planètes gravitant autour.

Localisaton du Système Solaire au sein de la Voie Lactée

Le Système Solaire

Mercure, Vénus, Terre et Mars sont des petites planètes rocheuses (appelées telluriques), situées au plus près du Soleil. Puis après la ceinture d’astéroïdes, viennent Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, les quatres grandes planètes gazeuses. Plus loin, au milieu de la ceinture de Kuiper se trouve Pluton, la fameuse planète naine. Aujourd’hui elle n’est plus considérée comme une planète au sens stricte puisqu’elle diffère des autres planètes selon trois critères:

– son diamètre est beaucoup trop petit, les astrophysiciens suppose qu’elle va continuer de grossir en s’agglomèrant aux objets présents dans la ceinture de Kuiper.

– son orbite autour du Soleil est inclinée par rapport aux huit autres planètes.

– elle possède un satellite particulier nommé Charon. Ils forment un duo particulier s’entraînant dans une danse rotationnelle, très différente des systèmes planète-satellite que nous connaissons (par exemple la Lune qui tourne autour de la Terre).

La taille du Système Solaire est difficilement quantifiable mais la distance Soleil – Pluton est de 5 900 millions de km ou 40 UA. Pour faciliter la mesure des distances dans l’Espace, les scientifiques utilisent l’unité astronomique (UA) qui représente la distance Soleil – Terre (150 millions de km). Plus parlant encore, on peut utiliser les années lumières (al). Il s’agit du temps que met le lumière pour traverser une distance (pour rappelle la vitesse de la lumière est de 3.10^8 m/s). Ainsi à partir du Soleil:

  • Pluton est à 5 900 millions de km, 40 UA et 5 heures lumières
  • Terre est à 150 millions de km, 1 UA et 8 minutes lumières. Et oui lorsque nous observons le Soleil, ce n’est pas en direct. Nous le voyons tel qu’il était 8 minutes avant. Petite anecdote, si l’Homme voudrait se rendre sur le Soleil en voiture, en roulant à 130 km/h comme sur l’autoroute, il lui faudrait pas loin de 143 ans… Bon courage !

Et au passage, la distance Terre – Lune est de 140 000 km.

Le diamètre de la Voie Lactée serait entre 100 000 et 120 000 années lumières !

L’étoile la plus proche du Système Solaire (autre que le Soleil bien évidemment) est Proxima du Centaure, située à 4,4 années lumières ou si vous préférez 39 734 100 000 000 km !

Point d’informations: il apparaît important de préciser certaines choses avant de continuer avec le Système Solaire.

  • Dans l’Univers, tous les objets célestes (étoiles, planètes, astéroïdes, comètes, galaxies, trous noirs…) sont en rotation mais pas forcément dans le même sens, par exemple Vénus, Uranus et Neptune tournent dans le sens horaire alors que les autres planètes dans le sens anti-horaire. Ce mouvement de rotation est la somme des mouvements de tous les gazs, rochers et poussières qui se sont agglomérés pour former une étoile ou planète (ou autre). Par exemple, quand une météorite vient s’écraser sur Terre, elle lui communique son énergie cinétique. Si la météorite tombe dans le même sens que la Terre, sa rotation devient plus rapide et inversement, si la météorite tombe dans le sens inverse, la Terre va tourner un peu moins vite. En sachant que la Terre reçoit en moyenne et quotidiennement 100 tonnes de roches et poussières célestes (beaucoup de poussières mais parfois une météorite plus ou moins grosse et dangereuse), elle est pas prete de s’arreter de tourner ! Puis sous l’effet de l’attraction gravitationnelle, la plupart des objets dans l’univers tourne autour de quelque chose! La Lune tourne autour de la Terre et les planètes autour du Soleil.
  • Toutes les étoiles présentent dans l’Univers sont situées dans des galaxies. Toutes les étoiles que nous pouvons observer la nuit sont dans la Voie Lactée. Plus ou moins lumineuses selon leurs distances et leurs tailles. N’imaginez pas que des étoiles se baladent toutes seules dans l’Univers ! En revanche on peut observer des galaxies la nuit, même si c’est beaucoup mieux avec un super télescope comme Hubble (un télescope spatial placé en orbite par la NASA et l’Agence Européenne Spatiale (ESA)  autour de la Terre en 1990 et qui depuis nous envoi les plus beaux clichés de l’Univers !). Sachez qu’il y aurait entre 200 et 400 milliards d’étoiles dans la Voie Lactée.

Tout ça c’est sympa mais il serait intéressant de comprendre comment s’est formé le Système Solaire au sein de l’Univers ! La théorie actuelle, admise par la communauté scientifique, s’appelle la théorie du Big Bang. Cela n’explique pas la naissance de l’Univers, puisqu’on ne sait pas ce qu’il y avait avant mais plutôt l’initialisation de l’expansion l’Univers il y a 13,7 milliards d’années. Le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) explique très bien la confusion autour de cette théorie: “Depuis le début il y a eu une ambiguïté, un malentendu, entre les scientifiques et le grand public concernant le modèle du Big Bang. Le grand public comprend « Big Bang » comme une description de l’origine de l’Univers. Les scientifiques au contraire appellent « Big Bang » la suite des étapes de l’évolution de l’Univers, depuis un état chaud, dense et très concentré jusqu’à aujourd’hui. Cet état est suffisamment proche de l’origine mais N’EST pas l’origine. La quête pour l’origine de l’Univers se fait de proche en proche, en améliorant avec le temps nos connaissances théoriques et la sensibilité de nos instruments : télescopes et accélérateurs.”.

Le Big Bang s’est déroulé en plusieurs étapes, présentée par l’image suivante:

Evolution de l’Univers, modifié d’après Rianovosti 2009
  1. L’ère de Planck : le temps de Planck est la limite théorique en-deçà de laquelle le temps perd toute sa signification. De manière plus générale, la limite de Planck représente la limite au-delà de laquelle les notions (matière, énergie, espace et temps) perdent la signification qu’on leur donne usuellement. On ne sait pas ce qu’il s’est passé en-deçà de cette limite ! De plus, personne n’a encore trouvé comment ni pourquoi, mais les astronomes savent aujourd’hui que l’Univers est en expansion. Donc, il a bien fallu qu’à un moment donné, tout ce qui le compose soit rapproché dans un état infiniment dense et infiniment chaud (autour de 10^32°C), c’est l’ère de Planck.
  2. L’inflation : le volume de l’Univers se multiplie par 1050 en une fraction de seconde telle une dilatation prodigieuse et violente de l’espace dans toutes les directions.
  3.  À partir de cette période se forme les premiers protons, électrons et neutrons.
  4. La nucléosynthèse primordiale : les protons et neutrons se combine pour former les noyaux des futurs éléments chimiques. A ce stade, seul les noyaux d’hydrogène (dont le deutérium et le tritium) et d’hélium sont assemblés. Pour rappel un élément chimique (Oxygène, Fer, Hydrogène, Calcium….) est composé d’un noyau et d’éléctrons qui gravitent autour. Cependant à cette période, l’Univers est encore trop chaud pour permettre aux électrons de se lier aux noyaux.
  5. Rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique : la température de l’Univers avoisine maintenant les 3 000°C, les électrons peuvent alors s’assembler aux noyaux pour former des atomes. Les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium apparaissent. Jusqu’à ce moment, les photons (particules qui transportent la lumière) étaient continuellement absorbés et dispersés par le brouillard d’électrons libres, donc la lumière ne voyageait pas bien loin. Lorsque les noyaux ont absorbé les électrons, la lumière fut soudain libérée. C’est la même lumière que nous voyons aujourd’hui, étirée par l’expansion de l’Univers et appelé rayonnement fossile ou fond diffus cosmologique. Il s’agit de la plus ancienne image que nous pouvons obtenir de l’Univers. La plus récente image a été prise par le telescope spatial Planck en 2013.
Fond diffus cosmologique, ca vous parle ? Pour les scientifiques en tout cas c’est une mine d’or. On peut y observer d’infimes variations de température et d’intensité qui permettent de recueillir quantité d’informations sur la structure, l’âge et l’évolution de l’Univers.
  1. La formation des galaxies et donc de la Voie Lactée : à partir d’1 milliard d’années, la matière s’organise et, malgré les distances toujours plus grandes de l’univers, la force de gravitation est suffisante pour rapprocher les grains de matières entre eux et former des grumeaux au milieu du «vide». Cela s’apparente à des nuages de gaz (d’hydrogène et d’hélium) massifs. Ces nuages de gaz sont destinés à devenir des galaxies. Dans ces régions de l’Univers légèrement plus denses, l’expansion ralentit, freinée par l’attraction gravitationnelle du gaz devenue plus forte. Ceci entraîne localement l’arrêt de l’expansion et des instabilités gravitationnelles. Les embryons de galaxies s’effondrent alors sous l’effet de la gravité et se fractionnent en des centaines de milliards de petits nuages gazeux. La photo ci dessous présente les étapes de la formation des galaxies, d’abord se sont formées des petites galaxies qui ont ensuite fusionné en plus grandes.
Différentes étapes de la formation d’une galaxie
  1. La formation des étoiles et donc du Système Solaire : ce sont les nuages gazeux,, ou nébuleuses, au sein des galaxies qui vont par la suite former les étoiles et les planètes. Eux même poussés par la gravité, les petits nuages prennent une forme sphérique et s’effondrent sur eux même à leur tour. La matière est triée, le gaz se retrouve au centre du nuage. L’effondrement gravitationnel des nuages de gaz entraîne l’augmentation de la densité et de la température. La température dépasse les dizaines de millions de degrés, les atomes d’hydrogène et d’hélium s’entrechoquent au coeur du nuage, le gaz s’agglomère, l’étoile prend forme. Cependant il reste de la matière autour, repartit dans un disque dit disque protoplanétaire ou disque d’accrétion. Ce disque va se fractionner en différents anneaux, et la matière va s’agglomérer, on parle alors d’accrétion de la matière ce qui va aboutir aux planètes. Chaque étoiles que nous observons possèdent un système avec 1 ou plusieurs planètes. L’image suivante présente les différentes étapes de la formation d’un système.
Différentes étapes de la formation d’un système étoile-planètes.

C’est ainsi qu’il y a 4,568 milliards d’années le Soleil est né, puis les planètes. Mercure, Venus, Terre et Mars se sont formées avec les éléments rocheux en majorité et Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune avec les éléments gazeux. La ceinture d’astéroïdes et la ceinture de Kuiper (où se trouve Pluton) sont constitué des éléments qui n’ont pas été agglomérés des planètes ! Les comètes et les astéroïdes que la Terre croisent de temps temps sont en quelque sorte des « fossiles ». En effet, ces petits corps, de par leur taille, n’ont pas été modifiés (ou très peu) par des processus observés ailleurs, tels que le volcanisme, les collisions… Ils sont restés figés, hors du temps. Pour cette raison, ils recèlent de nombreux indices sur les premiers instants du Système solaire et sur son histoire qui conduit jusqu’à la configuration actuelle .

Petit rappel, entre comète, astéroïde et météorite.

  • Comète: petit astre brillant constitué de glace, roches et de poussière du système solaire, souvent accompagné d’une longue traînée lumineuse. Le mot comète vient du grec komêtês qui signifie « chevelu » ; il est dû à l’immense queue faite de gaz et de poussières d’environ 30 à 80 millions de kilomètres.
Comète la plus brillante observée en 2018, baptisée 46P/Wirtanen
  • Astéroïde: objet de petite taille (quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres de diamètre) qui tournent autour du Soleil. À ce jour, les astronomes hésitent encore sur les critères qui permettraient d’établir définitivement la distinction entre planète et astéroïde. Certains objets, qui ont des tailles comprises entre 1 300 km et 2 600 km, sont à la frontière entre les astéroïdes et les petites planètes (dites « planètes naines »).

Actuellement, plus de 100 000 astéroïdes ont été découverts, en particulier entre Mars et Jupiter (d’où le nom de « ceinture d’astéroïdes » donnée à cette région du ciel). Certains astéroïdes seraient peut être des comètes « éteintes », c’est-à-dire des comètes déviées de leur trajectoire par une grosse planète, et qui ne s’approchent plus du Soleil.

L’astéroïde baptisé 243 Ida
  • Météorite: objets qui heurtent la Terre. Il s’agit souvent de débris rocheux d’objets ayant éclaté (comètes, astéroïdes). Un astéroïde qui s’écrase sur Terre devient une météorite. Les plus petits, quand ils atteignent la Terre, brûlent rapidement dans la haute atmosphère sous l’effet des frottements. Ils sont appelés des « étoiles filantes« . Certaines météorites sont les poussières dispersées par les comètes. Lorsque l’orbite de la Terre rencontre ces poussières, on assiste à une « pluie d’étoiles filantes » ou à une « nuit des étoiles filantes ».
Météorite trouvée au Maroc

Puisqu’on parle des petits objets célestes du Système Solaire, on ne peut pas oublier de parler de la Lune. Selon l’hypothèse actuelle, la formation de la Lune serait due à la collision de la Terre (ou proto-Terre) avec un astéroïde de la taille de Mars, nommé Théia.

Différentes étapes de la formation de la Lune

La première partie de la Sag’Astrale touche à sa fin, la suite dans l’épisode 2 pour découvrir tous les secrets du Soleil !

Julia

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