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PLANETES
La formation des planètes
La formation des planètes est un processus complexe qui s’étend sur plusieurs millions d’années et qui se déroule à partir d’un nuage de gaz et de poussières appelé nébuleuse protosolaire.
Formation du Soleil et du disque protoplanétaire
Une nébuleuse s’effondre sous l’effet de la gravité, formant au centre une protoétoile — le futur Soleil. Autour de cette étoile en formation, la matière restante s’aplatit en un disque protoplanétaire composé de gaz et de poussières.
Accrétion des particules
Dans ce disque, les particules de poussière s’entrechoquent et s’agglutinent pour former des planétésimaux, de petits corps rocheux ou glacés de quelques kilomètres de diamètre.
Formation des embryons planétaires
Les planétésimaux continuent de fusionner sous l’effet de la gravité, donnant naissance à des protoplanètes. Ces corps deviennent de plus en plus massifs et commencent à attirer la matière environnante.
Différenciation des planètes.
Près du Soleil, la chaleur empêche les gaz légers de se condenser : seules les roches et les métaux forment des planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars).
Plus loin, les températures plus basses permettent la condensation des glaces et des gaz, donnant naissance aux géantes gazeuses (Jupiter, Saturne) et aux géantes glacées (Uranus, Neptune).
Nettoyage du disque
Le vent solaire du jeune Soleil souffle le gaz restant, laissant un système planétaire stable composé de planètes, de lunes, d’astéroïdes et de comètes.
Biblographie
Armitage, P. J. (2010). Astrophysics of Planet Formation. Cambridge University Press.
Lissauer, J. J., & de Pater, I. (2019). Fundamental Planetary Science: Physics, Chemistry, and Habitability. Cambridge University Press.
Morbidelli, A. (2002). Modern Celestial Mechanics: Aspects of Solar System Dynamics. Taylor & Francis.
Safronov, V. S. (1972). Evolution of the Protoplanetary Cloud and Formation of the Earth and the Planets. NASA Technical Translation.
Raymond, S. N. (2021). Planet Formation: Theory, Observations, and Experiments. Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 59, 1–42.
Un mot à propos des orbites des planètes du système solaire
Les orbites des planètes du système solaire sont les trajectoires que suivent les planètes autour du Soleil sous l’effet de la gravité.
Forme des orbites
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Elles sont elliptiques, comme l’a démontré Kepler, avec le Soleil situé en l’un des foyers.
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L’excentricité varie : presque circulaire pour Vénus et Terre, plus allongée pour Mercure et Pluton.
Plan des orbites
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La plupart des planètes orbitent dans un plan proche de l’écliptique (le plan de l’orbite terrestre).
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Les inclinaisons sont faibles (ex. : Terre ≈ 0°, Mercure ≈ 7°).
Sens et vitesse
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Toutes les planètes tournent dans le même sens : direct (anti-horaire vu du pôle Nord du Soleil).
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La vitesse dépend de la distance au Soleil : plus proche → plus rapide (loi des aires de Kepler).
Distances approximatives
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Mercure : 58 millions km
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Terre : 150 millions km
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Neptune : 4,5 milliards km
Lois fondamentales
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Kepler : trois lois (orbites elliptiques, loi des aires, loi des périodes).
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Newton : gravité explique la stabilité des orbites.
Bibliographie
Kepler, J. (1609). Astronomia Nova. Heidelberg.
Newton, I. (1687). Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica. Londres.
Laplace, P.-S. (1799). Traité de mécanique céleste. Paris.
Murray, C. D., & Dermott, S. F. (1999). Solar System Dynamics. Cambridge University Press.
Roy, A. E. (2005). Orbital Motion. CRC Press.
Carroll, B. W., & Ostlie, D. A. (2017). An Introduction to Modern Astrophysics. Pearson.
NASA. (n.d.). Planetary Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/
ESA. (n.d.). Solar System Exploration. https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_System
Ouvrages en français à consulter
Luminet, J.-P. (2019). L’Univers expliqué à mes petits-enfants. Éditions du Seuil.
Schatzman, E. (2005). Astrophysique : une introduction. Éditions de l’Observatoire.
Biraud, Y. (2012). Astronomie et astrophysique. Dunod.
Lecacheux, J. (2018). Le système solaire. CNRS Éditions.
Articles et ressources en ligne
CNRS – https://www.cnrs.fr/fr/le-systeme-solaire
Ciel & Espace – https://www.cieletespace.fr/
Observatoire de Paris – https://www.observatoiredeparis.psl.eu/
Une Vidéo sur l'intérieur des Planètes du Système Solaire
UN EXEMPLE : UN SYSTEME STELLAIRE EN COURS DE FORMATION
L’étoile HL Tauri, une usine à planètes située à 450 années-lumière de notre Terre...
"Une image du Very Large Telescope (VLT) montre une jeune étoile, HL Tauri entourée d’un nuage de poussières et de gaz qui fromeront de nouvelles planètes."
Image de 2014, HL Tauripar le radiointerféromètre ALMA
(Atacama Large Millimeter / submillimeter Array)
L’étoile HL Tauri, encore très jeune (son âge se situe entre 100 000 et 1 million d’années), est localisée à environ 450 années-lumière de notre planète. Elle fait partie de la classe spectrale K9 selon la classification de Harvard, qui associe un type spectral à une étoile. Dès 2014, le radiointerféromètre ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) avait fait une image de ce système planétaire en formation.
La jeune étoile “HL Tauri” , capturée par le VLT : les «grumeaux» représentent les
nouvelles planètes en formation.
Crédits : Carrasco-Gonzalez et AL / Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF.
Cette récente illustration, produite par l’instrument astronomique VLT (Very Large Telescope) situé dans l’État du Nouveau-Mexique, offre une résolution nettement supérieure à celle de la photo prise en 2014. Le VLT capture des longueurs d’onde qui permettent de pénétrer dans les poussières entourant l’étoile beaucoup plus profondément. Au centre on distingue parfaitement l’étoile en formation. On observe sur cette nouvelle image les premières phases de l’accrétion des planètes en formation dans le disque de poussières qui s’est aplatie autour de l’étoile.
« Un tel phénomène n’avait encore jamais été observé auparavant. On pensait que les planètes s’étaient formées au moins quelques dizaines de millions d’années après la naissance de leur étoile. Nous avons de nombreuses observations de naissance d’étoiles, mais jamais d’une phase aussi précoce de la formation de planètes”, commente Carlos Cattasco-Gonzalez, astronome.
Texte publié d’après une publication dans Astrophysical Journal Letters.
Un Cadeau du Télescope Spatial Huble
À environ 12 772 500 000 000 000 kilomètres de la Terre, soit près de 1 300 années-lumière, au cœur de la nébuleuse d’Orion — dont l’étendue atteint 240 000 000 000 000 kilomètres, soit 24 années-lumière — le télescope spatial Hubble nous offre une observation directe du processus de formation d’un système stellaire, analogue à notre Système solaire.
On y distingue une protoétoile en cours d’accrétion, enveloppée d’un disque protoplanétaire constitué de gaz et de poussières. La température au centre de cette protoétoile atteint plusieurs milliers de kelvins, tandis que le disque environnant présente des zones plus froides, de l’ordre de quelques dizaines à quelques centaines de kelvins.
La composition chimique de ce milieu est dominée par hydrogène moléculaire (H₂) et hélium, accompagnés de traces de oxygène, carbone, azote, ainsi que des silicates et glaces (eau, méthane, ammoniac) dans les régions les plus froides. Ces éléments et composés constituent la matière première pour la formation des planètes, des astéroïdes et des comètes.
Ce processus illustre les étapes clés de la formation stellaire, où la gravité provoque l’effondrement du nuage, la montée en température et, à terme, l’amorçage des réactions de fusion nucléaire au cœur de l’étoile.