Avant-propos. A PREMIÈRE version de cet ouvrage (Le Système Solaire, par Thérèse Encrenaz,

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1 Avant-propos L A PREMIÈRE version de cet ouvrage (Le Système Solaire, par Thérèse Encrenaz, Jean-Pierre Bibring et Michel Blanc) est parue en 1987, en co-édition InterÉditions/Éditions du CNRS. Cette version a été traduite et publiée par Springer-Verlag en 1990, puis remise à jour en Comme l indiquaient les préfaces des différentes éditions, ce livre était dédié à l analyse du système solaire dans son ensemble, notamment par l étude des processus physico-chimiques responsables de la formation et de l évolution de ses objets. Depuis la première parution de l ouvrage, la planétologie a connu, dans tous ses aspects, un développement considérable, qui a fait apparaître encore davantage l extrême diversité des objets explorés. De nouvelles missions spatiales planétaires sont venues enrichir nos bases de données : citons en particulier Magellan sur Vénus, Galileo sur Jupiter, Ulysse sur l héliosphère, Mars Global Surveyor sur Mars, Soho et Cluster sur les relations Soleil-Terre. Les observatoires spatiaux HST et ISO ainsi que les grands télescopes au sol ont fourni des observations à très haute résolution spatiale ou spectrale et ont permis la photométrie d objets de plus en plus faibles ; c est ainsi qu ont pu être détectés les premiers objets transneptuniens qui peuplent la ceinture de Kuiper. Parallèlement, le développement d outils de calcul numérique de plus en plus puissants ont permis des avancées spectaculaires dans la modélisation de l évolution dynamique du système solaire. La collision de la comète Shoemaker- Levy 9 avec Jupiter en 1994, et les apparitions des comètes Hyakutake et Hale-Bopp en 1996 et 1997, ont permis de nouveaux développements dans le domaine de la physique cométaire et de la physique des impacts. Enfin, la détection, en nombre rapidement croissant, de planètes extrasolaires aux propriétés très différentes des nôtres, ouvre de nouvelles interrogations sur les scénarios de formation des systèmes planétaires et du système solaire luimême.

2 xvi Avant-propos La planétologie d aujourd hui peut se définir autour de deux grands axes : d une part, l étude de l origine et de l évolution du système solaire (notamment à partir de l étude du système solaire extérieur et de la matière extraterrestre) et, d autre part, l étude comparative des objets du système solaire (qu il s agisse de leur intérieur, de leur surface, de leur atmosphère ou de leur magnétosphère). Ces deux aspects vont largement bénéficier des missions spatiales à venir, avec en particulier Cassini et Rosetta vers le système solaire extérieur, Mars Sample Return et Bepi-Colombo pour la planétologie comparée, sans oublier les futurs observatoires spatiaux, NGST et Herschel. On voit que, par ses deux axes, la planétologie entretient des liens de plus en plus étroits avec les disciplines connexes : l astronomie, pour ce qui concerne l étude de la physique solaire, de la formation stellaire, du milieu interstellaire et des exoplanètes ; les sciences de la terre, les sciences de l environnement et les sciences de la vie pour la planétologie comparative et l exobiologie. Plus que jamais, la planétologie est une science pluridisciplinaire. Comme lors de sa première parution, ce livre est dédié àl analyse de la planétologie sous tous ses aspects, y compris pluridisciplinaires, avec pour objectif la compréhension des mécanismes physico-chimiques rencontrés. Le plan de l ouvrage reprend celui de la première édition, avec une première partie consacrée aux notions générales concernant le système solaire et une deuxième partie consacrée à une étude classe par classe des objets. De nouveaux chapitres ont été introduits sur la place du système solaire dans l Univers, la ceinture de Kuiper et les exoplanètes. D autres, concernant la formation du système solaire et les astéroïdes, ont été profondément remaniés. Enfin, l analyse des magnétosphères planétaires a été plus largement développée. Nous espérons que cette nouvelle édition, ainsi remaniée, pourra servir d ouvrage de référence pour les étudiants comme pour les chercheurs désireux d appronfondir leurs connaissances.

3 Chapitre 1 Présentation générale du système solaire LE SYSTÈME solaire peut être défini comme étant l ensemble des objets soumis au champ de gravitation du Soleil. D autres effets dus à la proximité du Soleil peuvent également être considérés, comme la pression de radiation ou l interaction avec le vent solaire ; selon toutes ces définitions le système solaire s étend jusqu à une distance de deux années-lumière environ, l étoile la plus proche, Proxima du Centaure, étant elle-même située à un peu plus de quatre annéeslumière. Cependant, notre connaissance de ce milieu est bien loin d atteindre cette limite, puisque les objets du système solaire les plus lointains que nous connaissons, les comètes, semblent provenir d une distance n excédant pas unités astronomiques 1 (ua), soit moins du tiers de la dimension totale ; quant aux autres corps du système solaire que nous connaissons, ils sont tous situés à une distance inférieure à quelques centaines d ua. Nous limitons donc notre étude à larégion quasi centrale du système solaire. Remarquons d abord que la masse de l ensemble des objets du système solaire représente une fraction négligeable de la masse du Soleil lui-même (moins de 0,15 %) ; par ailleurs, la plupart de ces objets se déplacent toujours à proximité du plan de l équateur du Soleil. Le système solaire se présente donc comme un disque essentiellement vide, dans lequel se déplacent, à de très grandes distances les uns des autres, les planètes et leurs satellites, les astéroïdes et les comètes. Les planètes constituent les objets les plus massifs du système solaire. Dès l Antiquité, le déplacement de ces objets par rapport à la sphère des étoiles fixes avait été remarqué par les Grecs qui leur avaient donné le nom d «astres errants» (planètes). Les planètes ont des orbites quasi circulaires autour du Soleil et se situent à des distances héliocentriques variant d un corps à l autre, de 0,4 ua à plus de 30 ua ; leur diamètre varie de quelques milliers de kilomètres à plus de 1. L unité astronomique est la distance moyenne Soleil-Terre, soit 149,6 millions de km. L année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, soit 9, m.

4 2 Chapitre 1 : Présentation générale du système solaire km. Elles sont au nombre de neuf : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune et Pluton. Les observations de la dernière décennie du XX e siècle ont montré que Pluton est le représentant d une classe d objets plus petits, situés au-delà de 30 ua, les objets transneptuniens, qui peuplent la ceinture de Kuiper (aussi appelée ceinture d Edgeworth-Kuiper). Entre les orbites de Mars et de Jupiter, on trouve une famille de corps plus petits, dont le diamètre est compris entre quelques mètres et quelques centaines de kilomètres, également en orbite quasi circulaire autour du Soleil : ce sont les astéroïdes. La plupart d entre eux sont regroupés au sein d un tore situé à 2-3,5 ua du Soleil, la ceinture principale astéroïdale. Les comètes, dont le noyau n excède pas quelques kilomètres de rayon, se déplacent sur des trajectoires elliptiques souvent très inclinées par rapport au plan de l orbite terrestre (plan de l écliptique). Une autre classe d objets est soumise en priorité à l action du champ de gravitation des planètes elles-mêmes : il s agit des satellites. Les plus gros d entre eux ont des dimensions comparables à celles des planètes les plus petites. Enfin, les planètes extérieures, au-delà de la ceinture principale des astéroïdes, sont également dotées de systèmes d anneaux, formés de particules de taille très variable pouvant aller de quelques microns à quelques mètres. Entre tous ces objets, le milieu interplanétaire n est pas complètement vide : on y trouve des particules de poussière, dont les dimensions peuvent se compter en microns ; on y trouve également un plasma d électrons et d ions qui, pour l essentiel, est originaire de la couronne solaire : c est le vent solaire. Le tableau 1-1 présente les caractéristiques orbitales des planètes, et le tableau 1-2 l ensemble des caractéristiques des satellites. Les propriétés physiques des planètes sont résumées dans le tableau 1-3. Nom Tableau 1-1 Caractéristiques orbitales des planètes Demi-grand axe (ua) Excentricité Inclinaison sur l écliptique ( o ) Période de révolution sidérale (année) Mercure 0, , ,0048 0,2408 Vénus 0, , ,3947 0,6152 Terre 1, , ,0000 1,0000 Mars 1, , ,8506 1,8807 Jupiter 5, , , ,856 Saturne 9, , , ,424 Uranus 19,1913 0, , ,747 Neptune 30,0690 0, , ,723 Pluton 39,4817 0, , ,02 J2000, époque : 1 er janvier 2000.

5 Présentation générale du système solaire 3 Tableau 1-2 Les satellites naturels des planètes Sat. a (km) e i (deg) P (days) R (km) r (g/cm 3 ) G.A. TERRE Lune ,0554 5,16 27, ,15 3,344 0,12 MARS Phobos ,0151 1,075 0,319 11,1 1,867 0,071 Deimos ,0002 1,793 1,262 6,2 2,247 0,068 JUPITER J1 Io ,0041 0,036 1, ,6 3,528 0,62 J2 Europe ,0094 0,469 3, ,8 3,014 0,68 J3 Ganymède ,0011 0,170 7, ,2 1,942 0,44 J4 Callisto ,0074 0,187 16, ,3 1,834 0,19 J5 Amalthée ,0031 0,388 0,498 83,5 3,1 0,09 J6 Thébé ,0177 1,070 0,675 49,3 3,0 0,047 J7 Adrastée ,0018 0,054 0,298 8,2 3,0 0,1 J8 Metis ,0012 0,019 0,295 21,5 3,0 0,061 J9 Himalia , , , ,6 0,04 J10 Elara , , , ,6 0,04 J11 Pasiphae , , , ,6 0,04 J12 Sinope , , , ,6 0,04 J13 Lysithea , , , ,6 0,04 J14 Carme , , , ,6 0,04 J15 Ananke , , , ,6 0,04 J16 Leda , , , ,6 0,04 J17 Callirrhoe , , ,77 4,3 2,6 0,04 J18 Themisto , , ,02 4,0 2,6 0,04 J19 Megaclite , , ,82 2,7 2,6 0,04 J20 Taygete , , ,24 2,5 2,6 0,04 J21 Chaldene , , ,78 1,9 2,6 0,04 J22 Harpalyke , , ,34 2,2 2,6 0,04 J23 Kalyke , , ,98 2,6 2,6 0,04

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