Le système solaire

Les différentes régions du système solaire

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; d'autres séparent la région au-delà de Neptune des quatre géantes gazeuse.

Le Soleil

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 coeur 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.

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Le 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, 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. 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.

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. Sur Terre, l'interaction du vent solaire et du champ magnétique terrestre cause les aurores polaires.

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.

Le milieu interplanétaire héberge au moins deux régions de poussières cosmiques 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 intéractions avec les planètes. La deuxième s'étend de 10 à 40 UA et fut probablement créée lors de collisions similaires dans la ceinture de Kuiper.

Le 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.

Les planète internes

Les planètes internes, appelées aussi planètes telluriques.

Les planètes internes, appelées aussi planètes telluriques.


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.

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Ceinture d'astéroïdes

La Ceinture d'astéroïdes.

La ceinture d'astérïdes.


Les astéroïdes sont principalement de petits corps du système solaire composés de roches et de minéraux métalliques non-volatils. La ceinture d'astéroïdes occupe une orbite située entre Mars et Jupiter, à une distance comprise entre 2,3 et 3,3 UA du Soleil. On pense qu'il s'agit de restes du système solaire en formation qui n'ont pas pu s'accréter en un corps plus gros à cause des interférences gravitationnelles de Jupiter.

Les astéroïdes varient en taille de plusieurs centaines de kilomètres à des poussières microscopiques. Tous les astéroïdes, sauf le plus grand, Cérès, sont considérés comme des petits corps, bien que certains tels Vesta ou Hygie pourraient être reclassés comme planètes naines s'il est démontré qu'ils ont atteint un équilibre hydrostatique.

La ceinture d'astéroïdes contient des dizaines de milliers, éventuellement des millions, d'objets de plus d'un kilomètre de diamètre. Malgré ceci, la masse totale de la ceinture ne dépasse probablement pas un millième de celle de la Terre. La ceinture est très peu densément peuplée ; les sondes spatiales l'ont traversée régulièrement sans incident. Les astéroïdes d'un diamètre compris entre 10 et 10-4 m sont appelés météoroïdes.

Le système solaire externe

Au-delà de la ceinture d'astéroïdes s'étend une région dominée par les géantes gazeuses. De nombreuses comètes à courte période, y compris les centaures, y résident également. La zone ne possède pas de nom traditionnel correctement défini. Il est fait souvent mention du système solaire externe, par opposition au système solaire interne, mais le terme a récemment commencé à être utilisé exclusivement pour la zone située après l'orbite de Neptune. Les objets solides de cette région sont composés d'une plus grande proportion de "glaces" (eau, ammoniac, méthane) que leurs correspondants du système solaire interne.

Les planètes externes

Les planètes géantes gazeuses.

Les planètes géantes gazeuses.


Les quatre planètes externes sont des géantes gazeuses et regroupent à elles quatre 99% de la masse qui orbite autour du Soleil. L'atmosphère de Jupiter et Saturne est principalement constituée d'hydrogène et d'hélium ; celle d'Uranus et de Neptune contient un plus grand pourcentage de glaces. Il a été suggéré qu'elles appartiennent à une catégorie distincte, les "géantes glacées". Les quatre géantes gazeuses possèdent des systèmes d'anneaux, mais seuls ceux de Saturne peuvent être facilement observés depuis la Terre.

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Les comètes

La comète Hale-Bopp en 1997.

La comète Hale-Bopp en 1997.


Les comètes sont de petits corps du système solaire, généralement de quelques kilomètres de diamètre, principalement composès de glaces volatiles. Elles possèdent des orbites hautement excentriques, avec un périhélie souvent situé dans le système solaire interne et un aphélie au-delà de Pluton. Lorsqu'une comète entre dans le système solaire interne, la proximité du Soleil provoque la sublimation et l'ionisation de sa surface, créant une queue : une longue traînée de gaz et de poussière.

Les comètes à courte période (comme la comète de Halley) parcourent leur orbite en moins de deux cents ans et proviendraient de la ceinture de Kuiper ; les comètes à longue période (comme la comète Hale-Bopp) ont une périodicité de plusieurs milliers d'années et tiendraient leur origine du nuage d'Oort. D'autres enfin ont une trajectoire hyperbolique et proviendraient de l'extérieur du système solaire, mais la détermination de leur orbite est difficile. Les vieilles comètes qui ont perdu la plupart de leurs composés volatiles sont souvent considérées comme des astéroïdes.

Région transneptunienne

La zone au-delà de Neptune, souvent appelée région transneptunienne, est toujours largement inexplorée. Il semble qu'elle consiste essentiellement en de petits corps (le plus grand ayant le cinquième du diamètre de la Terre et une masse bien inférieure à celle de la Lune) composés de roche et de glace.

Ceinture de Kuiper

Représentation de la ceinture de Kuiper.

Représentation de la ceinture de Kuiper.


La ceinture de Kuiper, la principale structure de la région, est un grand anneau de débris similaire à la ceinture d'astéroïdes, mais composée principalement de glace. Elle s'étend entre 30 et 50 UA du Soleil. On pense que la région est la source des comètes de courte-période.

Elle est principalement composée de petits corps, mais plusieurs des plus gros objets, comme Quaoar, Varuna, (136108) 2003 EL61, (136472) 2005 FY9 ou Orcus, pourraient être reclassifiés comme planètes naines. On estime à 100 000 le nombre d'objets de la ceinture de Kuiper d'un diamètre supérieur à 50 km, mais sa masse totale est estimée à un dixième, voire un centième de celle de la Terre. Plusieurs objets de la ceinture possèdent des satellites multiples et la plupart sont situés sur des orbites qui les emmènent en dehors du plan de l'écliptique.

La ceinture de Kuiper peut être grossièrement divisée entre les objets "classiques" et ceux en résonance avec Neptune (par exemple les plutinos, qui parcourent deux orbites quand Neptune en parcourt trois, mais il existe d'autres rapports).

La ceinture en résonance débute à l'intérieur même de l'orbite de Neptune. La ceinture classique des objets n'ayant aucune résonance avec Neptune s'étend entre 39,4 et 47,7 UA[46]. Les membres de cette ceinture classique sont appelés cubewanos, d'après le premier objet de ce genre à avoir été découvert, (15760) 1992 QB1s.

Pluton et Charon

Pluton et son cortège de satellites: Charon, Nix et Hydra.

Pluton et son cortège de satellites: Charon, Nix et Hydra.


Pluton (39 UA en moyenne), une planète naine, est le plus grand objet connu de la ceinture de Kuiper. Découvert en 1930 et considéré comme une planète, il fut reclassifié en 2006 lors de l'adoption d'une définition formelle de ces différents corps. Pluton possède une orbite excentrique inclinée de 17o sur le plan de l'écliptique et qui s'étend de 29,7 UA au périhélie à 49,5 UA à l'aphélie.

La plus grande lune de Pluton, Charon, est suffisamment grande pour que l'ensemble gravite autour d'un centre de gravité situé au-dessus de la surface de chacune des planètes. Deux autres petites lunes, Nix et Hydra, orbitent le couple Pluton-Charon. Pluton est en résonance orbitale 3:2 avec Neptune (la planète orbite deux fois autour du Soleil quand Neptune orbite trois fois). Les objets de la ceinture de Kuiper qui partagent cette résonance sont nommés plutinos.

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Les objets épars

Les objets épars s'étendent bien au-delà de la ceinture de Kuiper. On pense qu'ils proviennent de cette ceinture mais en ont été éjectés par l'influence gravitationnelle de Neptune lors de sa formation. La plupart des objets épars possèdent un périhélie dans la ceinture de Kuiper et un aphélie pouvant atteindre 150 UA Soleil. De façon typique, leur orbite est fortement inclinée, souvent presque perpendiculaire à l'écliptique. Certains astronomes les considèrent comme d'autres éléments de la ceinture de Kuiper et les appellent d'ailleurs des objets épars de la ceinture de Kuiper.

Eris

Eris (68 UA en moyenne) est le plus gros objet épars connu et a d'ailleurs provoqué une clarification du statut de planète à sa découverte, puisqu'il est au moins 5% plus grand que Pluton (diamètre estimé de 2 400 km). Il possède une lune, Dysnomie. Comme Pluton, son orbite est fortement excentrique (périhélie à 38,2 UA, la distance moyenne de Pluton au Soleil, aphélie à 97,6 UA) et fortement inclinée.

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Régions lointaines

Héliopause

Représentation de l'héliosphère et l'héliopause.

Représentation de l'héliosphère et de l'héliopause.


L'héliosphère est divisée en deux régions distinctes. Le vent solaire voyage à sa vitesse maximale jusqu'à environ 95 UA, trois fois la distance moyenne entre Pluton et le Soleil. Ensuite, le vent solaire entre en collision avec les vents opposés en provenance du milieu interstellaire. Il ralentit, se condense et subit des turbulences, formant une grande structure ovale appelée l'héliogaine qui ressemble et se comporte de façon assez similaire à la queue d'une comète, s'étendant encore sur 40 UA dans un sens et sur plusieurs fois cette distance dans la direction opposée. La limite externe de l'héliosphère, l'héliopause, est le point où le vent solaire s'éteint et où débute l'espace interstellaire.

La forme de l'héliopause est affectée par les interactions avec le milieu interstellaire, ainsi que par les champs magnétiques solaires dominant au sud (l'hémisphère nord s'étend 9 UA plus loin que l'hémisphère sud). Au-delà de l'héliopause, à environ 230 UA du Soleil, s'étend une onde de choc, une zone de plasma laissée par le Soleil au cours de son trajet à travers la Voie lactée.

Aucune sonde spatiale n'a dépassé l'héliopause et les conditions dans l'espace interstellaire ne sont pas connues. On sait assez peu à quel point l'héliosphère protège le système solaire des rayons cosmiques. Une mission spécifique a été suggérée.

Nuage d'Oort

Représentation du nuage d'Oort.

Représentation du nuage d'Oort.


Le nuage d'Oort est une zone hypothétique regroupant jusqu'à un trillion d'objets glacés et dont on pense qu'il est la source des comètes à longue période. Il entourerait le système solaire vers 50 000 UA, peut-être même jusqu'à 100 000 UA. On pense qu'il serait composé de comètes qui ont été éjectées du système solaire interne après des interactions avec les géantes gazeuses. Les objets du nuage d'Oort se déplacent très lentement et peuvent être affectés par des événements peu fréquents comme des collisions, les effets gravitationnels d'une étoile proche ou une marée galactique.

Sedna et le nuage d'Oort interne

Sedna est un grand objet rougeâtre ressemblant à Pluton dont l'orbite très excentrique amène à 76 UA du Soleil au périhélie et à 928 UA à l'aphélie et qui prend 12 050 ans à être parcourue. Michael Brown, qui découvrit l'objet en 2003, a déclaré qu'il ne peut pas s'agir d'un objet épars car son périhélie est trop lointain pour avoir été affecté par Neptune. Il considère, avec d'autres astronomes, qu'il s'agit du premier membre connu d'une population nouvelle, qui pourrait inclure l'objet (148209) 2000 CR105, qui possède un périhélie de 45 UA, un aphélie de 415 UA et une période orbitale de 3 420 ans. Brown nomme cette population le nuage d'Oort interne car il se serait formé selon un procédé similaire, mais à une moins grande distance du Soleil. Sedna est très probablement une planète naine, même si sa forme n'est pas connue avec certitude.

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Les limites

La limite entre le système solaire et l'espace interstellaire n'est pas précisément définie. On pense que le vent solaire laisse la place au milieu interstellaire à quatre fois la distance entre Pluton et le Soleil. Cependant, la sphère de Hill du Soleil, c'est à dire, sa zone d'influence gravitationnelle, pourrait s'étendre jusqu'à mille fois plus loin, jusqu'à 2 années-lumière (125 000 UA). Malgré des découvertes récentes comme celle de Sedna, la zone située entre la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort est globalement inconnue. Par ailleurs, celle située entre le Soleil et Mercure fait toujours l'objet d'études.

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