Les Planètes extrasolaires – O.Guérin, B. Mauguin

« ....L'Univers est infini. Les mondes de même sont en nombre infini, aussi bien ceux qui
ressemblent au nôtre que ceux qui en diffèrent. En effet, les atomes étant en nombre infini,
comme il vient d'être démontré, ils sont aussi emportés extrêmement loin. Car ces atomes
qui donnent naissance à un monde, ou qui le constituent, ne sont pas épuisés par la formation
d'un seul monde ou de plusieurs en nombre fini, ni par tous ceux qui diffèrent de ces derniers.
Rien, par conséquent, ne s'oppose à l'existence d'une infinité de mondes. »
Épicure (-341, -270), Lettre à Hérodote
Document 1 : « Si nous estimons Pluton comme étant la limite des planètes principales de notre système
planétaire, le Système Solaire aurait alors la taille d’une pièce d’un centime d’euro par rapport à la dimension de
la France, qui à la même échelle, représenterait la taille de notre propre galaxie (soit 1 000 km de diamètre
environ).
Une galaxie est en moyenne constituée d’environ 100 milliards d’étoiles. On estime que la Voie Lactée contient
entre 200 et 400 milliards d’étoiles, ce qui fait que le Soleil n’est qu’une étoile parmi tant d’autres…
On dénombre aujourd’hui environ 100 milliards de galaxies qui peuplent l’Univers … Les probabilités de
découvrir d’autres systèmes planétaires augmentent elles-aussi. »
Les Planètes extrasolaires – O.Guérin, B. Mauguin - Espace des sciences – Éditions Apogée
1- Qu’est-ce qu’une galaxie ?
2- Qu’appelle-t-on la Voie Lactée ?
3- Quelle peut être l’origine de ce nom ?
4- Donner un ordre de grandeur de la taille de notre galaxie en km
et en a.l.
5- Évaluer le nombre d’étoiles dans l’Univers.
Document 2 : « … Le Soleil est la seule et unique étoile du Système
Solaire. Puisque c’est une étoile, cela signifie que cet astre brille par
lui-même. Il crée sa propre lumière selon le principe de la fusion
thermonucléaire. …Tous les autres astres du Système Solaire sont des
objets lumineux, c’est à dire qu’ils ne brillent pas par eux-mêmes. »
6- Quelle est la différence entre une étoile et une planète ?
7- Pourquoi peut-on voir les autres planètes de la Terre ?
8- Qu’est-ce que la fusion thermonucléaire ?
Document 3 : « …Notre étoile, à elle seule, représente 99,87 % de la
masse de l’ensemble du Système Solaire, autrement dit, pratiquement tout. La planète Jupiter constitue 0,1 % de
la masse du Système Solaire. Cela signifie que tout le reste peut être considéré comme n’étant rien d’autre que
des résidus tournant autour de notre étoile. Face à une telle constatation, nous nous rendons compte rapidement
qu’après la sélection d’étoiles susceptibles d’abriter un cortège planétaire, la deuxième étape, la plus logique, est
de détecter la présence de planètes de même gabarit que celui de Jupiter…»
9- Quelle est la masse représentée par les autres corps du Système Solaire ?
10- Pourquoi faut-il rechercher des planètes du gabarit de Jupiter ?
Document 4 : « …Nous pensions qu’il pouvait y avoir des planètes autour de toutes les étoiles. Mais avec
l’amélioration des techniques d’observation, on a découvert que les étoiles ne sont pas toutes solitaires comme
l’est le Soleil. Bien au contraire, les ¾ des étoiles dans l’Univers sont des étoiles dites doubles, voire multiples…
Certains systèmes stellaires complexes appelés étoiles multiples, peuvent aller jusqu’à 7 étoiles en interaction les
unes par rapport aux autres. Or les calculs ont montré que les forces des marées exercées entre ces étoiles
doubles ou multiples sont telles qu’il n’y a pas de place pour l’existence d’un système planétaire stable. Si des
planètes pouvaient se mettre en place autour de tels systèmes stellaires, elles finiraient par être absorbées par
l’une ou l’autre de ces étoiles. » exoplanètes08-09
ACTIVITÉ C : LES EXOPLANÈTES
OU LES NOUVEAUX MONDES

11- Qu’est-ce qu’une interaction entre deux corps ?
12- Que sont les forces de marées citées dans le document 4 ?
13- Quel est le type d’étoile qui peut avoir un système planétaire ?
Document 5 : « An commencement de l’Univers, ce dernier était principalement constitué de deux éléments
chimiques : l’hydrogène et l’hélium. Les étoiles dites de première génération n’avaient que ces deux éléments
pour exister. Grâce à la nucléosynthèse (1) de ces premières étoiles, les plus massives vont exploser et, peu à peu
enrichir en éléments lourds notre galaxie et ses nuages interstellaires (2), véritables nurseries stellaires. Or, pour
former des planètes, nous constatons qu’il faut des éléments chimiques lourds comme le carbone, l’azote, le fer,
etc. Nous savons que les planètes et leur étoile se forment dans une même nébuleuse, appelée nébuleuse
protoplanétaire. L’étoile toute neuve qui en résulte possède donc déjà des éléments lourds qu’elle n’a pas pu
produire par elle-même… On constate que plus il y a de fer dans une étoile, plus la probabilité de détecter des
planètes environnantes est grande… »
14- Donner les symboles chimiques des éléments contenus dans les étoiles de première génération et dans
celles de seconde génération.
15- Qu’est-ce qu’une nébuleuse ?
16- Quel est le type d’étoile ayant la probabilité la plus élevée d’avoir des planètes ?
Document 6 : « Une étoile solitaire de seconde génération, cela ne suffit pourtant pas… il faut tenir compte d’un
autre paramètre important : la masse de l’étoile. Plus l’étoile a une masse importante et plus son espérance de vie
est courte… or pour que des planètes puissent se former et qu’elles aient le temps d’évoluer jusqu’à l’apparition
de la vie par exemple, il faut des centaines de millions d’années voire des milliards d’années d’évolution… Les
étoiles massives finissent en supernovae(3). Au moment de leur mort précoce, elles détruisent tout ce qui pouvait
commencer à tourner autour d’elles… Le Soleil est une étoile de masse moyenne. Cela lui assure une vie
relativement calme et une bonne longévité (10 milliards d’années)…
Pour bien comprendre, on va raisonner à partir de 3 étoiles dont les masses sont respectivement 4 fois la masse
du Soleil, 1 fois la masse du Soleil et 6 fois plus petite que la masse du Soleil. Autour de ces étoiles, on dispose
la même quantité de poussières…
Une étoile massive a toute sa matière environnante dans la zone où les
températures sont supérieures à 2 000K(4). La matière ne peut rester à l’état solide
et passe à l’état gazeux. Les vents solaires (5) extrêmement puissants soufflent la
matière. Il ne peut donc pas exister de planètes dans de telles conditions…
Une étoile de masse voisine de celle du Soleil connaît au sein du nuage de
poussières une zone proche de l’étoile sans possibilité de formation de planètes…
Dans le cas des petites étoiles, la limite des 2 000 K est très vite atteinte, mais celle
des 250 K aussi. Donc, il y a très peu de place pour qu’il puisse y avoir des
planètes solides… »
17- Des planètes peuvent-elles se former dans la zone des 2 000 K ? Expliquer.
18- Pour les étoiles comme le Soleil, quel type de planètes se forme dans la
zone comprise entre 2 000 K et 250 K ?
19- Même question pour la zone située au-delà des 250 K ?
20- D’après la répartition des planètes en fonction de la masse de l’étoile, pour
quels types d’étoiles, la probabilité d’avoir des planètes est-elle la plus
élevée ?
21- Quels sont alors les trois critères importants pour qu’une étoile ait une forte
probabilité d’avoir un système planétaire ?
(1) Processus physique menant à des noyaux d’atomes plus lourds par fusion de noyaux plus légers.
(2) Accumulations de gaz et de poussières. Peu denses et s'étendant sur des centaines d'années-
lumière, ils contiennent principalement de l'hydrogène, de l'hélium et des traces d'éléments plus
lourds, tels le carbone, l'azote, et le fer.
(3) Stade d’évolution où l’étoile ne contient plus que du fer, elle implose et les couches externes sont projetées vers l’extérieur.
(4) Le kelvin est une unité de température tel que : T(K) = T(°C) + 273,16 (0°C = 273,16 K et 0 K = - 273,16 °C)
(5) Ensemble de particules énergétiques formées d’électrons et de protons, émises en permanence par les étoiles.