Disque protoplanétaire. Formation du système solaire. Formation des planétésimaux. Planétésimaux

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1 Formation du système solaire Comme nous l avons déjà vu, c est à l intérieur des étoiles que se forment les éléments dont nous et la Terre sommes composés (à part l hydrogène et la majorité de l hélium). Il a donc fallu que plusieurs générations d étoiles existent puis éjectent leur matière dans l espace (recyclage cosmique) avant que le système solaire se forme. Disque protoplanétaire En se contractant, le nuage de gaz s aplatit et sa rotation augmente. Pensez encore une fois à un patineur qui ramène ses bras en tournant: sa vitesse de rotation augmente. La même chose se produit ici: la rotation s intensifie et devient plus définie dans un plan. La forme aplatie vient du fait que les objets qui ne sont pas dans le plan de rotation finissent pas s effondrer dans le centre, alors que les objets dans le plan peuvent continuer à orbiter le centre. Puis il y a environ 5 milliards d années, un nuage de gaz et de poussières a commencé à se contracter. Plus le nuage se contracte, plus la gravité est forte au centre et c est là que se retrouve le plus de gaz. Bientôt un étoile naîtra, notre Soleil. Mais tout le gaz ne se retrouve pas au centre. Certains endroits dans le nuage sont plus denses et commencent à attirer plus de gaz et poussières. Formation des planétésimaux Au début, les poussières s accrochent l une l autre et forment des plus gros flocons de poussière. Ce processus continue jusqu à ce qu on se retrouve avec des petites roches, puis des plus grosses. Éventuellement, lorsque les roches sont rendues assez grosses, la gravité commence à avoir un effet important et permet d attirer encore plus de poussières et d autres roches. Ce processus se fait tranquillement. Certaines roches sont complètement détruites lorsqu elles entrent en collision avec d autres. Certaines ne rencontreront pas beaucoup d autre matière et resteront assez petites. Planétésimaux Ces planétésimaux continuent à ramasser les poussières autour d eux et leur gravité font que certains entrent en collision. On se retrouve alors avec moins de planétésimaux, mais ceux-ci deviennent plus gros. Au fur et à mesure que les planétésimaux grossissent, l espace autour d eux se vide. Au départ, la matière était répartie un peu partout, maintenant, elle est concentrée à certains endroits et le reste est plus vide. Animation Mais éventuellement, on se retrouve avec des roches assez importantes, que l on nomme planétésimaux (petites planètes).

2 Formation des planètes Il est difficile de modéliser parfaitement la formation d un système planétaire mais les meilleurs modèles montrent qu on se retrouve avec des objets de quelques centaines de kilomètres de grosseur en quelques millions d années. Les planètes Nous comptons 8 planètes officielles dans le système solaire. Elles sont très différentes les unes des autres et nous les étudierons en détails plus loin. Bien que cela semble long, c est en fait un intervalle de temps assez court au niveau astronomique. De plus, il faut considérer que le système solaire est très grand et que la chance que deux objets entrent en collision est relativement faible. Mais avec assez de temps, les planètes se forment et l espace entre les planètes se vide. Une fois que le Soleil est allumé, c est-à-dire une fois que la fusion nucléaire a commencé, sa radiation fait évacuer le gaz qui reste du nuage initial. Le Soleil émet un vent solaire, qui n est pas un vent fait d air comme sur Terre, mais bien un flot de gaz ionisé et de radiation. C est ce vent solaire qui pousse le gaz vers l extérieur et aide à vider l espace interplanétaire. Mais le système solaire ne contient pas uniquement les planètes et le soleil. On y retrouve des milliers de roches de toutes les grosseurs, les plus grandes étant nommées astéroïdes. En fait, la différence entre un gros astéroïde et une petite planète peut être difficile à définir Collisions Il est facile d imaginer qu il y avait beaucoup plus de collisions au début de la formation du système solaire, quand il y avait beaucoup plus de roches et de planétésimaux. D ailleurs, quand la Terre s est formée, il y a eu au début ce qu on appelle la période de grand bombardement. Des roches entraient en collision avec la Terre tellement fréquemment que la surface de la Terre était extrêmement chaude (les roches étaient en fusion). La Terre continuait donc à accumuler de la matière et sa masse augmentait. En fait, ce processus est toujours en cours, mais à un rythme beaucoup moins rapide qu avant. L espace entre les planètes n est pas complètement vide et il reste encore des millions de petites roches, ainsi que des plus grosses (astéroïdes). Grâce à leur plus grande gravité, les planètes continuent à attirer des roches vers elles. On estime qu à chaque jour, des centaines de tonnes de matériel s ajoute à la Terre! Mouvement des planètes Cette théorie de la formation des planètes explique bien pourquoi presque tout dans le système solaire est en rotation dans le même sens. Cela vient de la rotation initiale dans le disque protoplanétaire. Les planètes tournent autour du Soleil dans le sens anti-horaire, vu du pôle nord de la Terre. Et les planètes tournent sur elles-mêmes dans le même sens, sauf deux: Vénus, qui tourne complètement à l envers et Uranus, qui «roule» sur le côté. Des collisions très violentes semblent être la cause de ces rotations inverses. Imaginez la force d impact nécessaire pour arrêter la rotation d un sens et faire tourner la planète dans le sens inverse!

3 Écliptique Le système solaire est très plat, tout comme l était le disque protoplanétaire. Imaginez le plan que fait la Terre dans son orbite autour du Soleil, c est ce qu on appelle l écliptique. Les autres planètes orbitent le Soleil presque dans le même plan, certaines planètes déviant d à peine quelques degrés. Vu de la Terre, l écliptique est le chemin que suit le Soleil dans le ciel. Par définition, le Soleil est toujours sur l écliptique dans le ciel et les planètes ne sont jamais très loin. Animation 1 Animation 2 Quand nous parlons du système solaire, nous imaginons habituellement les planètes en orbite autour du soleil. La distance de Pluton au Soleil peut s exprimer de différentes façons: - 5,9 x 10 9 km - 39,5 unités astronomiques - 5,4 heures-lumières - 0,00062 années-lumière Mais le système solaire s étend beaucoup plus loin. Nous pouvons le séparer en 5 régions principales 1) Région solaire: Cette région est en fait, constituée seulement du Soleil, la source d énergie principale de notre système solaire. Sur cette image, on peut voir une gigantesque éruption solaire ainsi que plusieurs autres plus petites éruptions. Cette image montre bien la taille de ces éruptions solaires comparativement à la taille de la Terre. Cette éruption, est beaucoup plus petite que la grosse de l image précédente. Heureusement, nous sommes assez loin du Soleil et avons un champ magnétique suffisamment puissant pour ne pas subir l effet total d une telle éruption.

4 2) Planètes terrestres: Cette région est constituée de toutes les planètes qui ont une surface solide visible. Ces planètes sont les planètes les plus proches du Soleil et sont vues en ordre de distance, avec leurs tailles à l échelle, sur l image ci-dessous. 3) Planètes gazeuses: Cette région est constituée de toutes les planètes pour lesquelles on ne voit pas de surface visible. Ces planètes sont les planètes les plus éloignées du Soleil et sont vues ici en ordre de distance, avec leurs tailles à l échelle. Ces planètes gazeuses sont toutes géantes comparativement à la Terre. 4) La ceinture de Kuiper: Cette région est en fait une seconde ceinture d astéroïde située au-delà de toutes les planètes de notre système solaire. Elle est très similaire à la ceinture d astéroïde séparant les planètes terrestres des planètes gazeuses, mais environ 20 fois plus large et de 20 à 200 fois plus massive. Toutes les planètes naines découvertes dans notre système se situent dans cette ceinture d astéroïdes, incluant pluton et possiblement Triton, la plus grosse lune de Neptune qui orbite dans le sens inverse de tous les autre objets dans le système solaire.

5 5) Le nuage d Oort: Cette région est sphérique et, jusqu à présent, encore théorique, car on n a pas de télescopes suffisamment puissants pour pouvoir observer les petits objets, comme des milliards de comètes, qui la compose. Les astronomes théorisent que cette région serait la source principale des comètes de notre système solaire. L image ci-dessus montre l apparence probable de notre système solaire vu de l extérieur du nuage d Oort. Ce nuage serait situé très loin, à environ une année-lumière du Soleil, ce qui correspond au quart de la distance du Soleil à Proxima du Centaure, l étoile la plus proche de nous. Pour vous donner une idée de cette distance, la ceinture de Kuiper est environ 40 fois plus loin du Soleil que la Terre et le nuage d Oort serait environ 1000 fois plus loin que la ceinture de Kuiper. Il délimiterait les frontières de notre système solaire. Les seules indications que nous avons qui sembleraient confirmer l existence de ce nuage, sont les comètes qui viennent nous visiter périodiquement et qui ont leur point de leur orbite le plus éloigné du Soleil situé à la distance théorique du Nuage de Oort et ne proviennent d aucune direction particulière. Selon vous, à l œil nu et à partir de la Terre, nous pouvons voir des objets provenant de combien de ces 5 régions, et quels sont ces objets? Cette image pourra peut-être vous aider à visualiser ce concept. Les planètes terrestres sont, bien sûr, visibles à l œil nu, bien que Mercure soit souvent difficile à voir à cause de sa constante proximité au Soleil. Pouvez-vous expliquer pourquoi on n aperçoit jamais Mercure ou Vénus très longtemps avant ou après le coucher du Soleil, mais que toutes les autres planètes peuvent être visible à n importe quel moment de la nuit? Ce phénomène est dû aux orbites de Mercure et Vénus qui sont plus près du Soleil que celle de la Terre, ce qui fait en sorte que, contrairement aux autres planètes situées plus loin que la Terre, elles ne peuvent jamais passer derrière la Terre dans leur orbite, donc dans notre ciel nocturne. À leur point le plus loin du Soleil par rapport à nous, Mercure et Vénus sont quand même situées entre nous et le Soleil, jamais derrière nous.

6 À l œil nu, nous pouvons aussi apercevoir 2 planètes gazeuses: Jupiter Saturne: Image prise par la sonde Cassini. On aperçoit très bien la zone d ombre créée par Saturne et qui bloque la vue d une partie des anneaux. Finalement, à certains moments très rares, nous pouvons apercevoir des objets du nuage d Oort à l œil nu: des comètes. Bien entendu, pour pouvoir voir ces petits objets à l œil nu. Leur orbite doit les amener près de l orbite de la Terre, mais comme il en existe des milliards, quelques unes d entre elles doivent avoir ce type d orbite. La plus connue des comètes est bien sûr la comète de Halley qui vient nous visiter à tous les ans. La plus spectaculaire observée récemment en est la comète Hale-Bopp qui était presque aussi brillante que Sirius, l étoile la plus brillante de notre ciel. Les comètes provenant du nuage d Oort on des orbites qui durent environ 4000 ans, beaucoup plus longues que celle de Halley. Quelques unes d entre elles ont des orbites qui croisent l orbite de la Terre. Comme ces comètes laissent des débris le long de leurs orbites, lorsque que la Terre arrive au croisement des 2 orbites, elle entre dans une portion de ces débris et on assiste à une pluie d étoile filantes lorsque ceux-ci entrent dans l atmosphère terrestre et brûlent. La plus connue des pluies d étoiles filantes s appelle «Perséides» car elle entrent l atmosphère dans la constellation de Persée vue de la Terre. La comète responsable des Perséides s appelle Swift-Tuttle et vient nous visiter tous les 130 ans. Pour ces comètes qui croisent l orbite de la Terre, ce n est qu une question de temps avant que l une d elles arrive à ce croisement en même temps que la Terre et vienne s écraser sur la Terre. Heureusement pour nous, la majorité des comètes ont plus de chances de s écraser sur le Soleil ou sur Jupiter et Saturne, car la gravité du Soleil et de ces planètes géantes attire plus fortement les comètes et donc, nous protège.