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SYSTÈME SOLAIRE
GÉNÉRALITÉS
On entend par « Système solaire » une famille de corps célestes formée par l'étoile
Soleil et par une multitude de corps distribués autour d'elle.
Dans le Soleil, qui a un diamètre de 1 390 000 km environ (plus de cent fois
supérieur à celui de la Terre), se concentre 99,95 % de la matière de tout le
système. C'est pourquoi il exerce une force de gravité prépondérante sur tous les
corps qui l'environnent. Ces derniers tournent autour de lui suivant des orbites
elliptiques. Parmi tous ces corps, les plus grands sont les 9 planètes. Elles se
trouvent dans un rayon de 6 milliards de kilomètres, soit 39 UA environ, de l'astre
central.
Un ou plusieurs satellites tournent autour de la plupart des planètes. Les satellites
connus jusqu'ici sont une cinquantaine.
Il est d'usage de subdiviser les planètes en deux catégories : les planètes internes
ou telluriques (ainsi nommées parce que leur constitution est semblable à celle de
la Terre), qui se trouvent de 0,38 à 1,52 UA du Soleil ; et les planètes externes, ou
joviennes (ainsi nommées parce qu'elles ressemblent à Jupiter), qui se trouvent
entre 5,20 et 39,44 UA du Soleil. Entre ces deux familles de planètes, il y a un
espace occupé par une grande quantité de corps mineurs : les astéroïdes ou
petites planètes.
Les planètes internes sont au nombre de quatre. Ce sont, par ordre de distance
croissante du Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Elles se caractérisent par
leurs dimensions modestes, de 5 000 à 13 000 km de diamètre, une croûte solide,
un noyau central métallique, et une atmosphère plus ou moins raréfiée. La masse
volumique (densité) de ces planètes est comprise entre 3,9 et 5,5 g/cm3. Leurs
périodes de révolution autour du Soleil varient de 88 jours (Mercure) à 687 jours
(Mars).
Les planètes externes elles aussi sont au nombre de quatre. Ce sont, par ordre de
distance croissante du Soleil, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Elles se
caractérisent toutes par leur grande dimension, de 50 000 à 140 000 km de
diamètre, par une composition généralement gazeuse et par l'absence de croûte
solide en surface. Leur masse volumique (densité) est comprise entre 0,7 et
1,7 g/cm3.
La période de révolution autour du Soleil de ce deuxième groupe de planètes varie
de 11,86 années (Jupiter) à 164,77 années (Neptune).
Pluton, la neuvième planète et la plus éloignée, bien qu'elle se trouve dans la zone
des planètes externes, a des dimensions assez modestes, comparables à celles de
la Lune. Son orbite aussi est anormale à cause de sa forte excentricité et de son
inclinaison importante par rapport à celle des autres planètes. D'après certains
astronomes, Pluton pourrait être un satellite s'étant échappé de l'attraction
gravitationnelle de Neptune. Cependant, depuis la découverte de Charon, en 1978,
gros satellite de Pluton, cette hypothèse est tombée dans l'oubli car il paraît
désormais difficile que deux corps se soient échappés en même temps de
l'attraction plutonienne. La période de révolution de Pluton est de 247,7 années.
Quoique le Soleil fasse sentir sa force gravitationnelle jusqu'à 166 000 UA, les
planètes connues sont concentrées à des distances très inférieures. On se
demande par conséquent s'il existe d'autres corps de grandes dimensions, qui
auraient échappé jusqu'ici à nos observations. La génération actuelle d'instruments

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astronomiques n'est pas en mesure d'identifier des corps de dimensions
planétaires aux confins du domaine gravitationnel du Soleil. Les astronomes
pensent que, s'il y avait une autre planète au-delà des orbites de Neptune et de
Pluton, celle-ci pourrait être découverte grâce aux perturbations induites par sa
force d'attraction. Vers la fin des années 80, analysant les trajectoires des sondes
interplanétaires Pioneer-10 et 11, un groupe de chercheurs de la NASA crut avoir
découvert les indices de l'existence d'une dixième planète. On formula l'hypothèse
d'un corps cinq fois plus grand que la Terre, tournant autour du Soleil suivant une
orbite très elliptique, avec une période de révolution de mille ans environ. Mais
jusqu'à présent, on n'a pas réuni d'éléments propres à conforter cette hypothèse.
À part les neuf planètes, les autres sujets importants de notre Système solaire sont
les satellites. On pense que certains de ces corps se sont formés en même temps
que la planète autour de laquelle ils gravitent, tandis que d'autres auraient été
piégés dans un deuxième temps. Les planètes ayant le plus de satellites sont
Saturne, 18 satellites, et Jupiter, 16. La Terre n'en possède qu'un, la Lune. Mercure
et Vénus n'en possèdent aucun.
Certaines planètes, comme Saturne et Uranus, ne sont pas entourées seulement
de satellites, mais aussi d'un système d'anneaux constitué d'une multitude de
fragments solides de petite dimension : il s'agit peut-être de résidus de la matière
originelle à partir de laquelle s'est formée la planète, ou bien de résidus d'un
satellite qui s'est trop approché de la planète, et qui a été détruit par les forces de
marée.
Enfin, il existe une classe, assez nombreuse, de corps mineurs du Système solaire,
qui orbitent dans l'espace compris entre les planètes ou au-delà de l'orbite de la
dernière planète connue. Suivant leur nature, ces corps sont appelés astéroïdes
(ou petites planètes), comètes ou météorites.
Les astéroïdes sont des corps solides de petite dimension, 1 000 km au maximum,
qui occupent généralement l'espace compris entre les orbites de Mars et de
Jupiter.
Les comètes sont des conglomérats de roches et de glace « sale » (glace d'eau,
d'ammoniac, de méthane...) ; leur diamètre n'est que de quelques kilomètres. Elles
sont disséminées un peu partout dans le Système solaire, mais il existe des
preuves importantes touchant l'existence d'une zone de comètes située aux confins
du domaine gravitationnel du Soleil, contenant 100 milliards environ de ces corps et
appelée « nuage de Oort », du nom de l'astronome qui a formulé l'hypothèse de
son existence.
Les météorites sont de petits fragments pierreux ou métalliques, dont les
dimensions peuvent aller de plusieurs dizaines de mètres à quelques millimètres,
qui se trouvent un peu partout au sein de l'espace interplanétaire. Elles sont
attirées par les planètes, sur lesquelles elles tombent souvent, creusant des
cratères quand elles percutent une croûte solide. Dans le cas de la Terre et des
autres planètes entourées d'une atmosphère, les météorites se consument
partiellement ou totalement par suite du frottement dû à la résistance de
l'atmosphère.
ORIGINE ET ÉVOLUTION
Les observations disponibles à l'heure actuelle, bien qu'elles aient été accrues
grâce à l'exploration directe des sondes spatiales, ne permettent pas encore de
formuler une théorie universellement admise sur l'origine et l'évolution du Système
solaire. Cependant, parmi les nombreuses théories avancées, il en est une qui

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recueille la plupart des suffrages : il s'agit de la théorie qui associe la formation des
planètes à la condensation de la nébuleuse de gaz et de poussières qui a donné
naissance au Soleil.
En voici une explication schématique :
Les observations astronomiques ont montré que les étoiles se forment par suite de
l'effondrement d'un nuage de matière interstellaire, formé essentiellement
d'hydrogène (90 %) et d'hélium (10 %) et des traces d'autres éléments chimiques.
Une contraction associée à une augmentation de la température, peut être
provoquée par des instabilités internes au nuage ou bien par l'onde de choc due à
l'explosion d'une supernova voisine.
La formation des étoiles réside dans les bras spiraux des galaxies, régions où se
concentrent les gaz et les poussières interstellaires. Là, il y a 4,6 milliards d'années
environ, d'après l'âge estimé du Soleil, se seraient produites les instabilités qui ont
conduit à l'effondrement gravitationnel du nuage qui a donné naissance à notre
Soleil.
Ce nuage de gaz et de poussières commença à se concentrer autour d'un centre
de gravité. Dans la zone centrale, en raison de l'augmentation rapide de la pression
et de la température, les conditions nécessaires pour l'amorce des réactions
thermonucléaires furent réunies : le Soleil démarra son évolution.
Les poussières du nuage, mêlées aux gaz résiduels, formèrent un disque de faible
densité autour du centre : le disque planétaire. Par un processus de condensation
et de coagulation des particules, se formèrent les planétoïdes, c'est-à-dire les
ébauches des planètes actuelles.
Naturellement, les températures étaient différentes d'un point à l'autre : très
élevées près du Soleil naissant, et très basses dans les zones plus lointaines. Par
conséquent, près du Soleil, les substances volatiles s'évaporèrent, tandis que les
substances et les composés plus lourds se condensèrent ; tandis que dans les
zones les plus éloignées, au contraire, les substances volatiles restèrent en grande
quantité. Cela expliquerait la composition différente des planètes telluriques, qui
sont solides, et des planètes géantes (joviennes), qui sont à dominante gazeuse.
À l'intérieur de chaque planète, la chaleur développée par la contraction de la
matière et par la radioactivité naturelle des éléments entraîne des processus de
fusion et de différenciation chimiques : les matières les plus lourdes se rassemblent
dans le noyau ; les matières les plus légères dans les couches périphériques. Les
masses des planètes, beaucoup plus modestes que celles du Soleil, ne permettent
pas le développement de pressions et de températures assez élevées pour activer
des processus de fusion thermonucléaire. Seul Jupiter semble s'être approché de
cette condition critique : si sa masse avait été 100 fois plus grande, cette planète
aurait pu déclencher les réactions de fusion nucléaire comme le Soleil, et notre
système aurait aujourd'hui deux étoiles. Au demeurant, les étoiles doubles sont
assez répandues dans l'Univers.
Dans les premières phases de son évolution, le Soleil, comme d'autres étoiles du
même type, a traversé une période de turbulence pendant laquelle il a expulsé des
quantités considérables de particules ainsi qu'un rayonnement intense, à une
vitesse très élevée. Ce flux est appelé par les astronomes « vent de T-Tauri », du
nom d'une étoile qui est en train de vivre une enfance très semblable à celle du
Soleil. Le vent de T-Tauri, qui a duré des milliers d'années, a joué un rôle
fondamental dans la disposition actuelle du Système solaire, poussant vers
l'extérieur une bonne partie des résidus de matière, disséminés un peu partout.
L'ouragan s'est désormais calmé, mais il n'est pas encore terminé : est encore
présent dans le vent solaire, un flux de protons et d'électrons qui, au niveau de
l'orbite terrestre, a une vitesse moyenne de 400 km/s.

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L'élimination des principaux fragments restés dans le système planétaire nouveau-
né a été poursuivie par les mécanismes de capture gravitationnelle des différentes
planètes, qui ont attiré vers elles les corps errants. C'est ainsi qu'elles se sont
constituées.
Certains corps, plus grands ont échappé à cette capture, mais non pas au pouvoir
attracteur des planètes ; ils sont ainsi devenus des satellites (c'est de cette façon
que la Terre aurait capturé la Lune). Tous les corps du Système solaire possédant
une croûte rigide sont restés marqués pour toujours par ces événements : ils
présentent en effet de nombreux cratères, traces de l'ancien bombardement. Seule
la Terre, développant une atmosphère dense et un système complexe de
rajeunissement géologique de la croûte, a effacé la plupart de ces cicatrices.
On estime que, entre l'effondrement gravitationnel du nuage primordial et la
formation du Soleil et du cortège planétaire, environ 100 millions d' années se sont
écoulées.
Cette dynamique permettrait aussi d'expliquer l'existence des astéroïdes et des
comètes. En effet, après la fin des événements que nous venons de décrire,
certains des matériaux du Système solaire, non encore utilisés, sont restés
éparpillés dans l'espace. Du côté des planètes internes, entre les orbites de Mars
et de Jupiter, il y avait de nombreux blocs solides. Du côté des planètes externes,
au contraire, il y avait des conglomérats de glaces formés pour l'essentiel de gaz
mêlés à des particules solides. Jupiter aurait joué un rôle déterminant pour le destin
de ces deux groupes de résidus.
En ce qui concerne le premier groupe, que les astronomes appellent astéroïdes ou
petites planètes, les perturbations gravitationnelles de cette planète ont empêché le
processus de coagulation qui les aurait transformées en une planète solide,
gravitant entre Mars et Jupiter. En ce qui concerne le deuxième groupe, c'est-à-dire
les noyaux des futures comètes, Jupiter aurait joué le rôle d'un expulseur
gravitationnel, poussant peu à peu ce groupe loin des planètes, et l'isolant aux
marges du champ gravitationnel solaire, dans le nuage de Oort.
D'après une autre hypothèse, la formation des comètes n'a pas eu lieu à l'intérieur
du Système solaire, mais à l'extérieur, dans le nuage de Oort, où elles semblent
reléguées aujourd'hui. Suivant cette hypothèse, les comètes seraient constituées
des plus petits fragments dont était formée la grande nébuleuse protosolaire. Par la
suite, une grande quantité de ces fragments se serait coagulée sous l'effet de la
gravitation aux marges du Système solaire en formation.
LA DYNAMIQUE
Les planètes du Système solaire et beaucoup de corps mineurs présentent, au
point de vue dynamique, des régularités surprenantes. En effet, elles tournent
autour du Soleil suivant des orbites elliptiques presque circulaires qui se trouvent
plus ou moins sur le même plan que l'équateur solaire. Cela veut dire qu'un
hypothétique observateur externe et lointain, placé sur ce plan, verrait les planètes
et les autres corps mineurs comme s'ils étaient posés sur un grand disque. De
surcroît, si on les observe d'un point éloigné au-dessus de l'hémisphère Nord de ce
disque, toutes les planètes paraissent se mouvoir autour du Soleil dans la direction
inverse des aiguilles d'une montre (ou directe, dans la terminologie astronomique).
Ce mouvement est appelé mouvement de révolution, qui correspond à l'année pour
la Terre (rotation complète autour du Soleil).

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Les satellites également tournent pour la plupart autour de leurs planètes suivant
des orbites qui coïncident avec les plans équatoriaux, et ils sont doués de
mouvements directs.
Les mouvements de rotation autour de leur axe de la plupart des planètes et de
beaucoup de corps mineurs sont directs eux aussi. Parmi les planètes, Vénus et
Uranus constituent une exception : elles tournent dans la direction des aiguilles
d'une montre. Le cas de Pluton, la planète la plus lointaine du Système solaire, est
controversé.
Puisque il est à exclure que toutes ces concordances soient fortuites, les
astronomes pensent en général que les régularités des mouvements sont l'héritage
de la dynamique du nuage solaire primordiale depuis l'époque de sa coagulation.
COSMOLOGIES ANCIENNES ET NOUVELLES
La théorie qui explique l'origine du Système solaire à partir d'un nuage se rattache
à des hypothèses scientifiques formulées pour la première fois aux XVIIe et
XVIIIe siècles. C'est le savant et philosophe René Descartes qui, vers le milieu du
XVIIe siècle, avança le premier l'hypothèse d'un disque tournant composé de gaz et
de poussières, à partir duquel se seraient formées les planètes. Plus d'un siècle
plus tard, cette idée fut reprise, moyennant quelques variantes, par le philosophe
allemand Emmanuel Kant et, de façon indépendante, par l'astronome et
mathématicien français Pierre Simon de Laplace.
Ces premières théories, appelées monistes ramenaient l'origine du Système solaire
à un seul élément, c'est-à-dire la nébuleuse protosolaire. Au cours du XIXe siècle,
la théorie de la nébuleuse fut abandonnée au profit de théories dualistes, selon
lesquelles le Système solaire provient de la collision du Soleil avec un autre corps
céleste. Dans la première moitié du XXe siècle, les travaux des américains Th.
Chamberlin et F. Moulton ainsi que des anglais H. Jeffreys et J. Jeans vinrent
conforter cette hypothèse. Selon eux, une étoile, en passant près du Soleil, aurait
causé d'énormes éruptions, accompagnées de l'expulsion de matière dans
l'espace, et suivies de la formation des planètes. Mais les hypothèses dualistes
n'ont pas résisté aux critiques. On a pu démontrer, en effet, que des fragments de
matière solaire à une température élevée, au lieu de se condenser en planétoïdes,
se disperseraient et tomberaient sur le Soleil. En outre, les probabilités d'une
collision entre le Soleil et une autre étoile sont aujourd'hui considérées comme très
faibles.
Dans la seconde moitié du XXe siècle, on a assisté à un regain de faveur de
l'hypothèse de la nébuleuse protosolaire, grâce aux nouvelles formulations qu'en
ont données des savants de grande renommée, tels que C. von Weizsäcker, G.
Kuiper, Hurey, Cameron, Safranov et d'autres. C'est devenu une théorie cohérente
et conforme aux données observationnelles. En fait, les détails du processus de la
formation des planètes ne sont pas clairs, mais les savants espèrent pouvoir
recueillir dans les prochaines années des indices fondamentaux à partir des
observations des planètes et des satellites réalisées avec des sondes spatiales, et
à partir de l'analyse directe des astéroïdes et des comètes, qui constituent des
résidus primordiaux restés inaltérés pendant plus de quatre milliards et demi
d'années (voir cosmologie).
SOLEIL