I- Le système solaire
2) Structure du système solaire
a- Les planètes
Une planète est un astre suffisamment gros pour que la gravitation le rende sphérique (au moins 300 km de diamètre), froid, tournant autour d'une étoile, suffisamment gros pour influencer gravitationnellement son voisinage (nettoyer le voisinage de tout matière ou la retenir sous forme de satellites). Pluton et les astéroïdes entre Mars et Jupiter sont trop petits pour cela, et ne sont donc pas des planètes. La Lune qui tourne autour de la Terre n'est donc pas une planète. Les étoiles sont des sources primaires de lumière, les planètes des sources secondaires. Elles ont besoin d'être éclairées par une étoile pour être vue;
La taille respective du Soleil et des planètes est indiquée par la photo ci-dessus à droite. On peut retenir, qu'en gros, le Soleil est dix fois plus gros que Jupiter, la plus grande planète du système solaire. Jupiter est lui-même dix fois plus gros que la Terre. Le lien ci-joint donne un tableau des différentes caractéristiques des planètes.
Le système solaire est plan, comme nous l'indique sa formation. Toutes les planètes tournent à peu près dans le même plan, et dans le même sens, autour du Soleil, et sur elles-mêmes pour la majorité. Cela a une conséquence pour l'observation des planètes. Elles sont forcément sur l'écliptique, comme on le voit sur l'animation "planétarium" (et dans ce fichier joint). On peut changer la date à heure constante, et voir que les planètes se déplacent par rapport aux étoiles (voir aussi ce lien et ce lien) à cause de leur rotation autour du Soleil. D'où le nom de planète : nom formé à partir du mot latin "planeta", qui vient lui-même du grec "planêtês" qui veut dire "errant vagabond".
Lorsque la Terre est au plus près de Mars, ce dernier pendant un certain temps, inverse son déplacement par rapport aux étoiles, la Terre tournant plus vite que Mars (rétrogradation de Mars, voir animation ci-contre à droite et maquette de ce lien). On voit ce phénomène sur l'animation "planétarium" à partir du 13 novembre 2007 par exemple (changer la date lentement pour le voir). C'est le premier succès du modèle héliocentrique de Copernic, de permettre de comprendre simplement ce phénomène et non pas d'une manière ad hoc, comme dans le modèle de Ptolémée. En cliquant sur le bouton Syst sol, puis en déplaçant le curseur en bas à gauche vers la droite, on visualise les vitesses de rotation relatives des planètes. Jupiter par exemple,fait un tour autour du Soleil en environ 12 ans, donc il change d'une constellation du Zodiaque tous les ans.
On distingue, près du Soleil, les planètes rocheuses, ou terrestres, assez petites : Mercure, Vénus, la Terre et Mars, et au-delà, les planètes géantes, les plus grosses : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Mercure étant trop petite, n'a pas pu retenir d'atmosphère.
Vénus qui a une taille voisine de celle de la Terre, est trop près du Soleil pour que le peu d'eau qu'elle ait jamais reçu puisse avoir été à l'état liquide. Sur Terre, les roches du fond des océans sont hydratées, ce qui les rend fluides et facilement fusibles, permettant à la tectonique des plaques de fonctionner. Cette tectonique amène à la surface le silicate de calcium CaSiO3 qui réagit en présence d'eau avec le gaz carbonique pour produire du carbonate de calcium (calcaire) : CaSiO3 + CO2
CaCO3 + SiO2.
Ainsi, sur la Terre, le gaz carbonique a été maintenu à une quantité très faible, permettant à l'effet de serre de ne pas s'emballer.
Sur Vénus, la vie inexistante, n'a pas non plus pu
éliminer le CO2 en fabriquant du carbone ou du calcaire (corail etc). Il en résulte sur Vénus une atmosphère très épaisse de CO2
qui crée une chaleur torride par effet de serre. Cette atmosphère a pratiquement arrêté la rotation
de la planète sur elle-même par frottement par effet de marée. Il reste une rotation résiduelle en sens inverse (à cause d'un impact?) du sens usuel due à
la marée
thermique.
L'absence de rotation sur elle-même
(absence d'effet dynamo)
fait que le champ magnétique est absent. Mais de toute façon, l'absence de tectonique des plaques, fait que la base du manteau est plus chaude
(pas de convection dans le manteau),
et la convection dans le fer liquide nécessaire pour que l'effet dynamo fonctionne, est certainement beaucoup plus faible, voir inexistante.
La distance de la Terre au Soleil est à peu près de 100 fois le diamètre du Soleil.
Si la vie n'existe pas sur Mars, c'est parce qu'elle est trop petite pour avoir retenu par la gravitation une atmosphère suffisante, et non pas parce qu'elle est trop loin. Pour Mars, l'absence de champ magnétique fort, vient de l'absence de noyau de fer liquide (Mars s'est refroidie trop vite).
Uranus a son axe de rotation pratiquement dans le plan de l'écliptique (voir photographie ci-contre à droite); peut-être à la suite d'une collision.
b- La loi de Titius-Bode
En ce qui concerne les distances, on a la loi très approximative de Titius-Bode (tableau ci-contre à droite). Les distances des planètes sont mesurées en U.A. (Unité astronomique), distance de la Terre au Soleil, c'est à dire 150 millions de km. On obtient la loi : dn = 0,387 kn où k est à peu près une constante égale à 1,5 . Autrement dit, connaissant la distance d'une planète, on a un ordre de grandeur de la distance de la planète suivante en multipliant cette distance par 1,5. Les astéroïdes sont la multitude de petits corps célestes qui orbitent entre Mars et Jupiter, et qui ne méritent pas le nom de planète, car ils sont trop petits pour influencer gravitationnellement leur voisinage (nettoyer le voisinage ou retenir des satellites, comme nous l'avons vu ci-dessus). Le plus gros astéroïde, Cérès, est un rocher d'un diamètre d'environ 1000 km (voir photographie ci-contre un peu au dessus). Toute la matière de la ceinture d'astéroïdes ne s'est pas condensée sur Cérès, à cause des perturbations gravitationnelles de Jupiter. Donc Cérès n'est pas une planète
Une telle régularité dans les distances des planètes est très improbable. La loi de Titius-Bode résulte peut-être d'une migration des planètes, par interactions mutuelles, après leurs formations, vers des zones régulièrement espacées, assurant ainsi une stabilité au système solaire; par exemple, quand les rapports des périodes sont voisins de fractions de nombres entiers petits (résonances).
c- Les comètes
Les comètes sont des débris contenant de la glace d'eau, résidus de la nébuleuse ayant donné naissance au système solaire, qui traînent à grande distance du Soleil :
On distingue la ceinture de Edgeworth-Kuiper, dans le plan du système solaire, localisée au-delà de Neptune, et qui s'étend de 35 à 1000 U.A. . La partie interne de cette ceinture, très peuplée, et proche de l'orbite de Neptune, est appelée plus précisément ceinture des objets de Kuiper. Au-delà, le réservoir est le nuage de Oort (du nom de son découvreur) interne, encore dans le plan du sytème solaire, entre 5000 et 50 000 U.A.; le nuage de Oort externe est sphérique et va de 50 000 U.A., jusqu'à la limite de stabilité par influence gravitationnelle du Soleil, à 100 000 U.A. .
Des collisions, ou des interactions gravitationnelles entre objets voisins, peuvent lancer une comète vers le Soleil.
À l'approche du Soleil, la glace s'évapore et entraîne des gaz et des poussières qui forment la chevelure qui se prolonge par la queue :
La chevelure ou coma, c’est une nébulosité plus ou moins circulaire engendrée par la libération des gaz et des poussières du noyau à l’approche du Soleil. La glace se sublime à cause du rayonnement solaire et les gaz s’échappent en entraînant dans l’espace des poussières et des petits fragments solides, comme on le voit sur l'animation à droite, pour la comète Hale Bopp. Un noyau peut perdre ainsi quotidiennement plusieurs milliers de tonnes de vapeur d’eau. (En 1986, la comète de Halley éjectait 25 tonnes de H20 et 5 à 10 tonnes de poussières par seconde.)
La queue, c'est la partie la plus spectaculaire de la comète, mais ce n’est qu’une émanation de la chevelure. Elle est en fait composée de 2 parties :
- la queue de plasma : elle est repoussée par le vent solaire, les ions formés (ionisation) dans la chevelure engendrent dans la direction opposée au soleil une longue queue dite: "queue de plasma". Celle-ci est rectiligne car elle se déplace très rapidement (400 km/s).
- la queue de poussières : les poussières éjectées par le noyau, repoussées par la pression du rayonnement solaire forment une queue jaunâtre, plus large et incurvée. La courbure s’explique par le fait que la comète se déplace sur son orbite pendant que les poussières se déplacent dans la queue plus lentement (de 0.1 à quelques km/s). Dans les 2 cas, la queue est toujours opposée au Soleil. Différentes photos ou animations sur la comète Hale Bopp sont présentées ci-contre à droite.
d- Les étoiles filantes
Ce sont de petits débris rocheux appelés météorites tombant sur la Terre, provenant de la ceinture d'astéroïdes ou de débris de comètes (Léonides, Perséides). En traversant l'atmosphère, ils deviennent incandescents. Lorsqu'ils sont gros comme dans la vidéo ci-dessous, on parle de bolides.
Un météorite de 10 km de diamètre est à l'origine de la disparition des dinosaures il y a 65 millions d'années.
e- Enseignement du système solaire au cycle 3
Nous renvoyons au document joint. Maquette, voir sciav.fr/video824. Suite : observation des planètes
