Système solaire : comment les planètes se sont-elles formées ?
Nuage qui s'effondre, disque protoplanétaire, ligne des glaces, impact géant : comment le Soleil et les planètes sont nés il y a 4,6 milliards d'années.
Sommaire
- Tout commence par un nuage qui s'effondre
- Comment le Soleil s'est-il allumé ?
- D'où viennent les planètes ?
- Pourquoi des planètes rocheuses et des planètes géantes ?
- Les planètes ont-elles toujours été à leur place ?
- Et la Lune ?
- Comment sait-on tout cela ?
- Où se trouve la ceinture d'astéroïdes ?
- Le système solaire est-il typique ?
Il y a environ 4,6 milliards d'années, à la place du Soleil et de ses planètes, il n'y avait qu'un nuage de gaz et de poussières. En quelques dizaines de millions d'années, ce nuage est devenu notre système solaire.
Personne n'a assisté à cette naissance. Les astronomes la reconstituent grâce aux météorites, à l'observation d'autres étoiles en formation et aux simulations numériques.
Tout commence par un nuage qui s'effondre
Le point de départ est une nébuleuse, un nuage froid de gaz, surtout de l'hydrogène et de l'hélium, mêlé de poussières. Sous l'effet de sa propre gravité, une partie de ce nuage se contracte.
Un événement extérieur a pu déclencher cet effondrement, par exemple l'onde de choc d'une étoile voisine qui explose. Certaines météorites contiennent des traces d'éléments radioactifs à vie courte qui vont dans ce sens.
Comment le Soleil s'est-il allumé ?
En se contractant, le nuage tourne de plus en plus vite, comme une patineuse qui ramène ses bras. La matière s'accumule au centre, où la température et la pression grimpent.
Quand la température atteint environ dix millions de degrés, la fusion de l'hydrogène en hélium démarre. Le Soleil est né, et il concentre aujourd'hui plus de 99,8 % de la masse du système solaire.
D'où viennent les planètes ?
Autour du jeune Soleil, le reste de la matière s'aplatit en un disque en rotation, appelé disque protoplanétaire. C'est dans ce disque que naissent les planètes.
Les poussières se collent les unes aux autres et forment des grains, puis des cailloux, puis des corps de plusieurs kilomètres, les planétésimaux. Par collisions successives, ces planétésimaux grossissent jusqu'à former des embryons de planètes.
Pourquoi des planètes rocheuses et des planètes géantes ?
Tout dépend de la distance au Soleil. Près de l'étoile, il fait trop chaud pour que l'eau et les autres composés volatils restent solides : seuls les roches et les métaux se condensent.
Plus loin, au-delà de la « ligne des glaces », l'eau gèle. Les embryons de planètes y grossissent plus vite et deviennent assez massifs pour capter d'énormes quantités de gaz.
| Famille | Planètes | Composition |
|---|---|---|
| Planètes telluriques | Mercure, Vénus, Terre, Mars | Roches et métaux |
| Géantes gazeuses | Jupiter, Saturne | Surtout hydrogène et hélium |
| Géantes de glaces | Uranus, Neptune | Eau, ammoniac, méthane, enveloppe gazeuse |
Les planètes ont-elles toujours été à leur place ?
Probablement pas. Les modèles actuels suggèrent que les planètes géantes ont migré au cours des premières centaines de millions d'années.
Selon le modèle dit de Nice, élaboré à l'Observatoire de la Côte d'Azur, ces déplacements auraient déstabilisé de nombreux petits corps. Certains auraient été projetés vers l'intérieur du système solaire, ou rejetés aux confins, dans la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort.
Et la Lune ?
L'hypothèse la plus admise est celle d'un impact géant. Une protoplanète de la taille de Mars, souvent appelée Théia, aurait percuté la jeune Terre.
Les débris éjectés se seraient rassemblés en orbite pour former la Lune. Cette hypothèse explique notamment sa composition proche de celle du manteau terrestre, même si certains détails restent discutés.
Comment sait-on tout cela ?
Les météorites les plus anciennes sont des témoins directs de cette époque. Leur datation fournit l'âge du système solaire, environ 4,57 milliards d'années.
Les télescopes observent aussi des disques protoplanétaires autour d'autres étoiles. Le radiotélescope ALMA, au Chili, en a photographié plusieurs avec des sillons où des planètes semblent en train de se former.
Où se trouve la ceinture d'astéroïdes ?
Entre Mars et Jupiter, une région contient des millions de petits corps rocheux : la ceinture principale d'astéroïdes. Ce ne sont pas les débris d'une planète détruite, comme on le pense parfois.
Ce sont plutôt des planétésimaux qui n'ont jamais pu s'assembler. La gravité de Jupiter, toute proche, a perturbé leurs orbites et empêché la formation d'une planète à cet endroit.
Leur masse totale est d'ailleurs faible, inférieure à celle de la Lune. Ces astéroïdes sont précieux pour les chercheurs, car beaucoup ont peu changé depuis les débuts du système solaire.
Le système solaire est-il typique ?
Depuis 1995 et la découverte de la première planète autour d'une étoile semblable au Soleil, des milliers d'exoplanètes ont été détectées. Elles montrent une diversité que les astronomes n'imaginaient pas.
On a trouvé des géantes gazeuses très proches de leur étoile, des « super-Terres » plus grandes que notre planète, et des systèmes compacts de plusieurs planètes. Notre système solaire apparaît comme une configuration possible parmi beaucoup d'autres.
À retenir. Le système solaire est né de l'effondrement d'un nuage de gaz et de poussières. Le Soleil s'est formé au centre, les planètes dans le disque qui l'entourait, rocheuses près de l'étoile et géantes plus loin.
