Le système solaire

Le système solaire
Nous abordons maintenant l'étude des propriétés générales de notre système
solaire. Dans les prochaines sections, nous discuterons de la dynamique ainsi que
des caractéristiques physiques globales des différentes planètes. Mais dressons tout
d'abord un inventaire des éléments qui composent notre environnement immédiat.
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Introduction 8
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Objectifs du chapitre 8
Comprendre les causes du mouvement rétrograde des planètes
Décrire les configurations et aspects des planètes inférieures
Décrire les configurations et aspects des planètes supérieures
Comprendre la signification des 3 lois de Kepler
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Yannick Dupont
V2.0, été 2001
Objectifs du Chapitre 8
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Les composantes
Tel que nous le connaissons actuellement, notre système solaire comprend:
le Soleil, une étoile ordinaire, qui est la seule source de lumière et de chaleur
(nous y reviendrons plus en détails dans les chapitres consacrés aux étoiles).
les 9 planètes (incluant la Terre) qui sont des objets relativement froids,
généralement sans source d'énergie propre; bien que les planètes géantes
libèrent un peu d'énergie thermique, elles brillent principalement par réflexion
de la lumière solaire.
plus de 80 satellites naturels en orbite autour de sept des planètes.
des milliers de corps plus petits tels les astéroïdes, les comètes, et les
météoroides.
le milieu interplanétaire constitué de gaz et de fines poussières.
Toutes ces familles forment le système solaire et nous présentons au Tableau 8.1 la
fraction de la masse totale contenue dans chacune d'elles. Le Soleil apparaît
immédiatement comme l'objet le plus important et imposant du système, le reste
(planètes, satellites, etc...) ne renferme qu'une petite quantité de la masse de
l'ensemble. Le système solaire est donc presque vide!
Pour un observateur externe, le système solaire prendrait l'aspect montré à la
Figure 8.1. On y distingue deux groupes de planètes: les planètes inférieures,
Mercure et Vénus, situées plus près du Soleil que la Terre, et les planètes
supérieures, Mars jusqu'à Pluton, plus éloignées que nous du Soleil. Ces deux
groupes ne correspondent pas à des différences physiques intrinsèques des
planètes, mais plutôt à des positions et des aspects particuliers de ces astres tels
que vus de la Terre. Le nombre de satellites naturels des planètes Jupiter, Saturne,
Uranus et Neptune est une limite inférieure puisqu'on en découvre parfois de
nouveaux en analysant les observations des sondes spatiales (Voyager, Galiléo) ou
sur des clichés du télescope spatial Hubble. Le nombre d'anneaux autour de Saturne
est difficile à estimer car ils sont très rapprochés les uns des autres; il y en a plus
d'une centaine.
Table 8.1: Inventaire du système solaire
Composante Fraction de la masse (en %)
Soleil 99.86
Planètes 0.14
Satellites 4 x 10-5
Comètes 3 x 10-4(?)
Astéroïdes 3 x 10-7 (?)
Météoroïdes 3 x 10-7(?)
Milieu interplanétaire 1 x 10-7(?)
Cha
p
itre 8
Pa
g
e 1 sur 14

Figure 8.1: Dimensions relatives des objets du système solaire
Afin d'avoir une vue d'ensemble de notre système solaire, les pages qui suivent
présentent les caractéristiques globales des planètes et de leurs principaux satellites
naturels sous forme de tableaux. On pourra s'y référer au cours des prochaines
sections ou des prochains chapitres.
Le Tableau 8.2 résume la liste des éléments orbitaux des 9 planètes autour du
Soleil. Les principaux paramètres sont:
le demi grand axe (exprimé en Unités Astronomiques et en millions de
kilomètres) qui représente une mesure de la distance moyenne entre le Soleil
et la planète.
la période sidérale, mesurée en année terrestre (ou en jours), correspond à
l'intervalle de temps qui s'écoule pendant une révolution complète de la
planète autour du Soleil.
la période synodique représente la période de révolution apparente d'une
planète autour du Soleil telle que perçue par un observateur terrestre. Il s'agit
de l'intervalle de temps qui s'écoule pour qu'une configuration Soleil - planète
- Terre donnée se reproduise (voir la section sur les phases et les aspects des
planètes).
l'excentricité est une mesure de l'applatissement de l'ellipse décrivant
l'orbite d'une planète (une valeur de 0 correspond à un cercle parfait, une
valeur de 1 représente une ligne droite).
l'inclinaison du plan orbital par rapport à l'écliptique indique l'angle
d'inclinaison entre le plan orbital d'une planète et celui de la Terre.
Table 8.2: Eléments orbitaux des planètes
Demi
g
rand axe
(U.A.)
Demi
g
rand axe
(106 km)
Période
sidérale
(années)
Période
sidérale
(jours)
Période
s
y
nodi
q
ue
(jours)
Excentricité Inclinaison du
plan orbital
( o )
Mercure 0.387 57.9 0.241 87.96 115.9 0.206 7.00
Vénus 0.723 108.2 0.615 224.70 583.9 0.007 3.39
Terre 1.000 149.6 1.000 365.26 - 0.017 0.00
Mars 1.524 228.0 1.88 686.98 779.9 0.093 1.85
Jupiter 5.203 778.3 11.86 4333 398.9 0.048 1.31
Cha
p
itre 8
Pa
g
e 2 sur 14

Le Tableau 8.2 ainsi que la Figure 8.1 nous révèlent trois caractéristiques
importantes de notre système solaire. La première est que toutes les planètes
tournent autour du Soleil dans le même sens. Ainsi, vu du dessus (c'est à dire dans
le prolongement nord de l'axe de rotation de la Terre), les planètes se déplacent
dans le sens anti-horaire autour du Soleil. La seconde est que les orbites sont
presques parfaitement circulaires; aucune des 9 planètes, incluant Mercure et
Pluton, ne possède une trajectoire qui soit très elliptique. En fait, seule Pluton croise
Neptune mais seulement sur une petite partie de son orbite. Pluton était plus près
du Soleil que Neptune entre 1979 et 1999. Le système solaire a depuis retrouvé son
ordre normal. Finalement, l'inclinaison du plan orbital de chacune des planètes par
rapport à celui de la Terre est petite. Les plans orbitaux des planètes sont quasi-
coplanaires comme l'illustre la Figure 8.2. Il n'y a, a priori, aucune raison physique
pour que des corps en orbite autour d'un objet central présentent un tel ordre. Ces
caractéristiques sont probablement la signature des mécanismes qui ont joué un
rôle important lors de la formation de notre système solaire. Nous reviendrons sur
ce sujet dans le chapitre consacré à l'origine du système solaire.
Par rapport à la Terre, le système solaire est immense. La distance entre le Soleil et
Pluton est 40 U.A., c'est-à-dire presqu'un million de fois le rayon de la Terre et 15
000 fois la distance Terre-Lune. Cependant, malgré ces grandes distances, les
planètes sont situées très près du Soleil, d'un point de vue astronomique. Même le
diamètre de l'orbite de la planète la plus éloignée, Pluton, est moins de 1/1000
d'année-lumière, alors que, comme nous allons le voir plus loin, l'étoile la plus
proche est à plusieurs années-lumière de nous. Donc, non seulement le système
solaire est presque vide, mais l'espace entre les étoiles le semble encore plus !
Figure 8.2: L'inclinaison des plans orbitaux des planètes par rapport à celui de la
Terre
Le Tableau 8.3 présente la période de rotation de chacune des planètes mesurée à
son équateur. Il est à noter que la rotation de Vénus et d'Uranus s'effectue dans le
sens rétrograde (c'est à dire dans la direction opposée à celle des autres planètes).
Ce tableau indique aussi l'inclinaison de l'équateur d'une planète par rapport à son
plan orbital (qui est équivalent à l'inclinaison de son axe de rotation par rapport à la
verticale de son plan orbital, voir Figure 8.3).
Saturne 9.54 1427 29.46 10759 378.1 0.056 2.49
Uranus 19.18 2871 84.01 30685 369.7 0.047 0.77
Ne
p
tune 30.06 4497 164.8 60188 367.5 0.009 1.77
Pluton 39.44 5913 248.6 90700 366.7 0.249 17.15
Table 8.3: Périodes de rotation et Inclinaison des
axes de rotation
Planète Période
de rotation
(équatoriale)
Inclinaison de l'é
q
uateur
p/r au plan orbital
Mercure 58.65 jours 0o
Cha
p
itre 8
Pa
g
e 3 sur 14