SYSTÈME SOLAIRE
Formation du système solaire
Si les grandes lignes de la formation du système solaire sont désormais relativement bien cernées, les processus physico-chimiques à l’œuvre à chacune des étapes sont quant à eux fortement sujets à débats, au point qu’il existe de nombreuses variantes dans les modèles qui sont explorés. Au milieu des années 1990, les découvertes des premières exoplanètes (planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil) ont révélé une très grande diversité de configurations possibles de systèmes planétaires, entraînant un bouleversement profond des idées sur les mécanismes impliqués lors de leur formation. L’impact de ces détections (désormais plusieurs milliers) a été immense : en particulier, il a fallu remettre en cause les paradigmes concernant la naissance et l’évolution de notre propre système solaire – et il n’est pas exagéré de parler à ce propos de « révolution des exoplanètes ».
La nébuleuse primitive
La théorie héliocentrique de Copernic (1473-1543), qui place le Soleil au centre du monde et publiée quelques jours avant sa mort, s’impose progressivement au xviie siècle, sous l’impulsion notable de Johannes Kepler (1571-1630) et de Galilée. En 1755, Emmanuel Kant (1724-1804) propose que la matière composant le futur système solaire se serait détachée d’un chaos primitif, avant de se contracter en s’aplatissant pour donner une sorte de galette, dans laquelle Soleil et planètes seraient nés. Mais ses arguments sont essentiellement philosophiques, et les premières théories de formation des planètes, confortées par des calculs, ne sont avancées qu’à la toute fin du xviiie siècle. De fait, Pierre Simon de Laplace (1749-1827) reprend ce scénario en 1796, avec cette fois des arguments mathématiques, et propose ce qui deviendra la théorie de la « nébuleuse primitive » : un immense nuage de gaz et de poussières s’effondre sur lui-même, en raison de sa propre gravité, et s’aplatit pour donner forme à un disque protosolaire épais ; au centre, la contraction de la matière donne naissance au Soleil, et le disque qui l’entoure s’amincit considérablement pour devenir un disque protoplanétaire, dans lequel se forment finalement les planètes. Selon la loi de la gravitation universelle établie par Isaac Newton (1642-1727) en 1687, les planètes doivent alors décrire des trajectoires elliptiques pour ne pas chuter vers le Soleil.
Les étapes de la formation planétaire
Longtemps, les hypothèses les plus diverses ont été avancées pour expliquer la formation des planètes. Dans la « théorie des tourbillons » proposée par René Descartes (1596-1650) en 1644, le fluide d’éther censé remplir l’espace serait en permanence animé de tourbillons, dont les centres de rotation donneraient peu à peu naissance aux planètes. Cette théorie souffre cependant d’un criant manque de formalisation mathématique et, malgré une certaine popularité (notamment en France), elle est rapidement mise de côté. Vers le milieu du xviiie siècle, le naturaliste Buffon (1707-1788) fait quant à lui l’hypothèse qu’une comète, en passant près du Soleil, lui aurait arraché de la matière qui se serait ensuite coagulée en plusieurs planètes, à différentes distances du Soleil. Mais cette théorie est à son tour abandonnée, comme plusieurs autres à sa suite.
On admet désormais que des processus d’accrétion des poussières et des glaces présentes dans le disque protoplanétaire conduisent à la formation de gros blocs solides, les planétésimaux, dont le concept a été introduit en 1905 par l’astronome Forest Ray Moulton (1872-1952) et le géologue Thomas Chrowder Chamberlin (1843-1928).
L’étude précise de cette phase requiert l’utilisation d’une physique complexe doublée de simulations numériques poussées. Ces planétésimaux ne sont rien d’autre que les briques élémentaires à l’origine[...]
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Écrit par
- Arnaud CASSAN : maître de conférences habilité à diriger des recherches, Sorbonne université, Institut d'astrophysique de Paris
Classification
Médias
Cartographie du système solaire
Encyclopædia Universalis France
Planètes telluriques du système solaire
NASA ; NASA/ JPL-Caltech ; NASA/ Visible Earth/ Blue Marble ; NASA/ JPL
Caractéristiques des planètes du système solaire
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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