Généralités

Le Système solaire

Montage présentant les composants principaux du système solaire (échelle non respectée), de gauche à droite : Pluton, Neptune, Uranus, Saturne, Jupiter, la ceinture d'astéroïdes, le Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et sa Lune, et Mars. Une comète est également représentée sur la gauche.Le système solaire est le système planétaire composé du Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit planètes, leurs 165 satellites naturels connus (appelés usuellement des « lunes »), les cinq planètes naines, et les milliards de petits corps (astéroïdes, objets glacés, comètes, météoroïdes, poussière interplanétaire, etc.).

De façon schématique, le système solaire est composé du Soleil, de quatre planètes telluriques internes, d'une ceinture d'astéroïdes composée de petits corps rocheux, quatre géantes gazeuses externes et une seconde ceinture appelée ceinture de Kuiper, composée d’objets glacés. Au-delà de cette ceinture se trouve un disque d’objets épars, nommé suivant la théorie avancée par Jan Oort, le nuage d'Oort.

De la plus proche à la plus éloignée (du Soleil), les planètes du système se nomment Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Six de ces planètes possèdent des satellites en orbite et chacune des planètes externes est entourée d’un anneau planétaire de poussière et d’autres particules.

Toutes les planètes, excepté la Terre, portent les noms de dieux et déesses de la mythologie romaine.
Les planètes naines portent les noms de divinités diverses. On en dénombre cinq au 17 septembre 2008. Ce sont : Pluton, le plus ancien objet connu de la ceinture de Kuiper, Cérès, le plus grand objet de la ceinture d’astéroïdes, Éris la plus grosse des planètes naines, qui se trouve dans le disque des objets épars, Makemake et Haumea objets de la ceinture de Kuiper. Les planètes orbitant au-delà de Neptune (ce qui est le cas de quatre d'entre-elles) sont également classifiées comme plutoïdes.

Par extension, le terme « système solaire » est employé pour désigner d’autres systèmes planétaires ; on parle plutôt de « système stellaire ».

Le principal corps céleste du système solaire est le Soleil, une étoile de la séquence principale de type G2 qui contient 99,86 % de toute la masse connue du système solaire et le domine gravitationnellement. Jupiter et Saturne, les deux plus massifs objets orbitant autour du Soleil, regroupent à eux deux plus de 90 % de la masse restante.

La plupart des grands objets en orbite autour du Soleil le sont dans un plan proche de celui de l’orbite terrestre, nommé écliptique. Typiquement, le plan d’orbite des planètes est très proche de celui de l’écliptique tandis que les comètes et les objets de la ceinture de Kuiper ont pour la plupart une orbite qui forme un angle significativement plus grand par rapport à lui.

Toutes les planètes et la plupart des autres objets orbitent dans le même sens que la rotation du Soleil, c’est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d’une montre du point de vue d’un observateur situé au-dessus du pôle nord solaire. Certains objets orbitent dans un sens rétrograde, comme la comète de Halley.

 
Les orbites des principaux corps du système solaire, à l’échelle.Les trajectoires des objets gravitant autour du soleil suivent les lois de Kepler. Ce sont approximativement des ellipses dont l'un des foyers est le Soleil. Les orbites des planètes sont quasiment circulaires. Celles des corps plus petits présentent des excentricités diverses et peuvent être fortement elliptiques.

La distance d'un corps au Soleil varie au cours de sa rotation autour du Soleil. On appelle le point le plus proche du Soleil de l'orbite d'un corps sa périhélie, le plus éloigné étant son aphélie.

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 gazeuses.

La majorité des planètes du système solaire possède leur propre système secondaire. Les corps planétaires en rotation autour d'une planète sont appelés satellites naturels ou lunes. La plupart des plus grands satellites naturels évoluent sur une orbite synchrone, présentant toujours la même face à la planète autour de laquelle ils gravitent. Les quatre plus grandes planètes ont également un anneau planétaire.

Sa Formation

Selon l'hypothèse la plus couramment acceptée, le système solaire s'est formé à partir de la nébuleuse solaire, théorie proposée pour la première fois en 1755 par Emmanuel Kant et formulée indépendamment par Pierre-Simon Laplace[60]. Selon cette théorie, le système solaire s'est formé il y a 4,6 milliards d'années par effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire géant. Ce nuage était large de plusieurs années-lumière et a probablement donné naissance à plusieurs étoiles. Les études de météorites révèlent des traces d'éléments qui ne sont produits qu'au cœur d'explosions d'étoiles très grandes, indiquant que le Soleil s'est formé à l'intérieur d'un amas d'étoiles et à proximité d'un certain nombre de supernovas. L'onde de choc de ces supernovas a peut-être provoqué la formation du Soleil en créant des régions de surdensité dans la nébuleuse environnante, permettant à la gravité de prendre le dessus sur la pression interne du gaz et d'initier l'effondrement.

La région qui deviendra par la suite le système solaire, connue sous le nom de nébuleuse pré-solaire, avait un diamètre entre 7000 et 20 000 UA, et masse très légèrement supérieure à celle du Soleil (en excès de 0,001 à 0,1 masse solaire). Au fur et à mesure de son effondrement, la conservation du moment angulaire de la nébuleuse la fit tourner plus rapidement. Tandis que la matière s'y condensait, les atomes y rentrèrent en collision de plus en plus fréquemment. Le centre, où la plupart de la masse s'était accumulé, devint progressivement plus chaud que le disque qui l'entourait. L'action de la gravité, de la pression gazeuse, des champs magnétiques et de la rotation aplatirent la nébuleuse en un disque protoplanétaire en rotation d'un diamètre d'environ 200 UA entourant une proto-étoile dense et chaude.

Des études d'étoiles du type T Tauri — des masses stellaires jeunes n'ayant pas démarré les opérations de fusion nucléaire et dont on pense qu'elles sont similaires au Soleil à ce stade de son évolution — montrent qu'elles sont souvent accompagnées de disques pré-planétaires. Ces disques s'étendent sur plusieurs centaines d'UA et n'atteignent qu'au plus un millier de kelvins.

 
Image de disques protoplanétaires de la nébuleuse d'Orion prise par le télescope spatial Hubble ; cette « pépinière d'étoile » est probablement similaire à la nébuleuse primordiale à partir de laquelle s'est formé le Soleil.Après 100 millions d'années, la pression et la densité de l'hydrogène au centre de la nébuleuse devinrent suffisamment élevées pour que la proto-étoile initie la fusion nucléaire, accroissant sa taille jusqu'à ce qu'un équilibre hydrostatique soit atteint, l'énergie thermique contrebalançant la contraction gravitationnelle. À ce niveau, le Soleil devint une véritable étoile.

Les autres corps du système solaire se formèrent du reste du nuage de gaz et de poussière. Les modèles actuels les font se former par accrétion : initialement des grains de poussière en orbite autour de la proto-étoile centrale, puis des amas de quelques mètres de diamètre formés par contact direct, lesquels rentrèrent en collision pour constituer des planétésimaux d'environ cinq kilomètres de diamètre. À partir de là, leur taille augmenta par collisions successives au rythme moyen de 15 cm par an au cours des millions d'années suivants.

Le système solaire interne était trop chaud pour que les molécules volatiles telles que l'eau ou le méthane se condensent : les planétésimaux qui s'y sont formés étaient relativement petits (environ 0,6 % de la masse du disque) et principalement formés de composés à point de fusion élevé, tels les silicates et les métaux. Ces corps rocheux devinrent à terme les planètes telluriques. Plus loin, les effets gravitationnels de Jupiter empêchèrent l'accrétion des planétésimaux, formant la ceinture d'astéroïdes.

Encore plus loin, là où les composés glacés volatiles pouvaient rester solides, Jupiter et Saturne devinrent des géantes gazeuses. Uranus et Neptune capturèrent moins de matière et on pense que leur noyau est principalement formé de glaces.

Dès que le Soleil produisit de l'énergie, le vent solaire souffla le gaz et les poussières du disque protoplanétaire, stoppant la croissance des planètes. Les étoiles de type T Tauri possèdent des vents stellaires nettement plus intenses que les étoiles plus anciennes et plus stables.

Contexte galactique
 
Schéma indiquant la structure générale de la Voie lactée, ses bras principaux et la localisation du système solaire.Le système solaire est situé dans la Voie lactée, une galaxie spirale barrée d'un diamètre d'environ 100 000 années-lumière contenant 200 milliards d'étoiles. Le Soleil réside dans l'un des bras spiraux externes de la galaxie, le bras d'Orion, à entre 25 000 et 28 000 années-lumière du centre galactique. Il y évolue à environ 220 km/s et effectue une révolution en 225 à 250 millions d'années, une année galactique.

La situation du système solaire dans la galaxie est probablement un facteur de l'évolution de la vie sur Terre. Son orbite est quasiment circulaire et est parcourue à peu près à la même vitesse que la rotation des bras spiraux, ce qui signifie qu'il ne les traverse que rarement. Les bras spiraux hébergeant nettement plus de supernovas potentiellement dangereuses, cette disposition a permis à la Terre de connaitre de longues périodes de stabilité interstellaire. Le système solaire réside également en dehors des zones riches en étoiles autour du centre galactique. Près du centre, l'influence gravitationnelle des étoiles proches perturberait plus souvent le nuage d'Oort et propulserait plus de comètes vers le système solaire interne, produisant des collisions aux conséquences potentiellement catastrophiques. Le rayonnement du centre galactique interférerait avec le développement de formes de vie complexes. Même à l'endroit actuel du système solaire, certains scientifiques ont émis l'hypothèse que des supernovas récentes ont affecté la vie dans les derniers 35 000 ans en émettant des morceaux de cœur stellaire vers le Soleil sous forme de poussières radioactives ou de corps ressemblant à des comètes.

Actuellement, le Soleil se déplace en direction de l'étoile Véga.

Voisinage

Le voisinage immédiat du système solaire est connu sous le nom de nuage interstellaire local, une zone relativement dense à l'intérieur d'une région qui l'est moins, la Bulle locale. Cette bulle est une cavité du milieu interstellaire, en forme de sablier d'environ 300 années-lumière de large. La bulle contient du plasma à haute-température de façon très diluée, ce qui suggère qu'elle est le produit de plusieurs supernovae récentes.

On compte relativement peu d'étoiles distantes de moins de 10 années-lumière du Soleil. Le système le plus proche est celui d'Alpha Centauri, un système triple distant de 4,4 années-lumière. Alpha Centauri A et B sont deux étoiles proches ressemblant au Soleil, Alpha Centauri C (ou Proxima Centauri) est une naine rouge orbitant la paire à 0,2 année-lumière d'elle. On trouve ensuite les naines rouges de l'étoile de Barnard (6 années-lumière), Wolf 359 (7,8 années-lumière) et Lalande 21185 (8,3 années-lumière). La plus grande étoile à moins de 10 années-lumière est Sirius, une étoile brillante deux fois plus massive que le Soleil autour de laquelle orbite une naine blanche nommée Sirius B ; elle est distante de 8,6 années-lumière. Les autres systèmes dans ces 10 années-lumière sont le système binaire de naines rouges Luyten 726-8 (8,7 années-lumière) et la naine rouge solitaire Ross 154 (9,7 années-lumière). La plus proche étoile simple analogue au Soleil est Tau Ceti, distante de 11,9 années-lumière ; elle possède 80 % de la masse du Soleil, mais seulement 60 % de sa luminosité. La plus proche exoplanète ressemblant à la Terre que l'on connait, Gliese 581 c, est située à 20,4 années-lumière.