Le système solaire

Formation et évolution du système solaire et de ses objets

Image de Saturne prise avec le système d'optique adaptative NACO installé sur un des télescopes du VLT de l'ESO. © LESIA - OP. LAOG - OSUG. ESO. CNRS. Il y a plus de 4,5 milliards d'années, un grand nuage moléculaire contenant des poussières et du gaz s'effondre sur lui-même : c'est la naissance du système solaire. Au centre, une étoile voit le jour : le Soleil. Autour de ce jeune soleil, un disque protoplanétaire en rotation se forme constitué de gaz et de poussière. C'est par l'accrétion de ces éléments que 9 planètes se génèrent : 4 planètes internes qui sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars, dites planètes telluriques, et 4 planètes externes : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune dites planètes géantes. Celles-ci ne possèdent pas de surface à proprement parlé. Dans le même laps de temps, les astéroïdes se forment en grande partie entre Mars et Jupiter, tandis que d'autres astéroïdes et des noyaux cométaires (les petits corps) sont repoussés vers les confins du système solaire pour constituer le nuage de Oort et la ceinture de Kuiper.

Pluton qui était considérée comme une planète jusqu'à présent a perdu ce statut depuis la décision de l'Union Astronomique Internationale en août 2006. L'UAI considère Pluton comme une planète naine qui est le prototype d'une nouvelle classe d'objets : les objets plutoniens, nouvelle catégorie des objets trans-Neptuniens.

Schéma illustrant la position et le diamètre des planètes du système soalire. © CNRS. INSU.

Pourquoi étudier les objets du système solaire

Photo du sol de Titan obtenue avec la sonde Huygens sur son lieu d'atterrissage. © ESA. L'objectif final est de comprendre comment se sont formés ces objets et comment ils ont évolué au cours du temps, permettant, par exemple, à la vie d'apparaître sur Terre.

La démarche s'inscrit dans le cadre d'une planétologie comparée s'appuyant, d'une part sur la diversité des objets du système solaire et de leurs constituants (structure interne, surface, atmosphère et environnement) qui sont autant de modèles permettant les inter-comparaisons, d'autre part sur l'interdisciplinarité avec l'apport des mathématiques, de la physique, de la chimie, de la géologie, ...

L'observation et l'analyse des objets du système solaire ont pour principaux objectifs d'étudier :

le rôle de l'irradiation provenant des étoiles proches et du Soleil jeune dans l'évolution de la matière primitive du système solaire,
le mode de formation du système solaire et l'origine de la différence entre planètes externes et internes par exemple,
les modes de formation des croûtes des planètes telluriques et de leur intérieur,
les atmosphères des planètes comme celle de Mars, Vénus ou de Titan, satellite de Saturne, et leurs évolutions en comparaison avec celle de la Terre,
le scénario de formation des planètes géantes, à partir de l'étude de leur composition chimique,
les circulations atmosphériques des planètes géantes,
la structure et la dynamique des magnétosphères entourant certaines planètes,
les modes d'évolution des astéroïdes et de leurs regroupements en famille,
les zones de formation des noyaux cométaires et les transferts éventuels vers les deux réservoirs que sont la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort.

Des observations depuis le sol, jusqu'aux analyses in situ

Image d'une simulation de collision entre astéroïdes. Elle montre la phase de destruction d'un astéroide de 25 km de diamètre suite à l'impact d'un projectile. Les zones en rouge sont les zones endommagées par l'impact et les zones en bleu sont les fractures initiales dans le corps (car celui-ci n'était pas monolithique mais initialement pré-fragmenté). © OCA. CNRS. INSU. Pour comprendre la formation et l'évolution des objets du système solaire, il est nécessaire de disposer de moyens d'observation très performants. Au sol, les télescopes, des petits aux très grands comme le VLT sont utilisés, que ce soit en imagerie ou en spectroscopie. Les radiotélescopes permettent d'obtenir des informations, notamment sur les atmosphères planétaires avec la détection des molécules présentes. Mais c'est l'avènement des observations spatiales qui a changé en profondeur notre vision des objets du système solaire. Il s'agit tout d'abord des satellites tels le Télescope Spatial Hubble ou le satellite infrarouge ISO, mais surtout des sondes spatiales effectuant des analyses in situ. Mars Express de l'ESA est en orbite autour de la planète rouge pour l'étude de son sol et de son atmosphère. Cassini (ESA-NASA) en orbite autour de Saturne étudie l'atmosphère, ses anneaux et satellites. Elle a largué la sonde Huygens (ESA) sur le sol de Titan pour y étudier son atmosphère et sa suface. Venus Express (ESA) est en orbite autour de Vénus depuis avril 2006. Rosetta (ESA) va à la rencontre de la comète Churyumov Gerasimenko, qu'elle atteindra en 2014 pour étudier sa coma et son noyau. De plus, ces observations nécessitent l'apport de modèles théoriques, de simulations numériques et d'expériences en laboratoire.

L'organisation des recherches

Intégration d'une expérience spatiale. © LESIA - OP. CNRS. INSU. Pour développer ce domaine, l'INSU structure les recherches et les finance en grande partie dans le cadre du Programme national de planétologie, et de facon ponctuelle dans le cadre des programmes Physique et chimie du milieu interstellaire, Programme national de physique stellaire, Programme national soleil-Terre, mais également avec l'Action spécifique pour la simulation numérique en astronomie.

L'INSU finance le développement de l'instrumentation des moyens d'observation au sol et dans l'espace élaborée dans les laboratoires d'astronomie associés au CNRS (département MPPU) et dans les Observatoires. Il gère les grands et très grands équipements en astronomie. De plus, au niveau de l'instrumentation, l'Action Spécifique Haute Résolution Angulaire prépare les futurs moyens d'observation en soutenant la Recherche & Développement dans ces laboratoires et ces Observatoires.

Ce domaine connait une nouvelle évolution avec la découverte de planètes extrasolaires. Ces découvertes, dans le cadre d'une planétologie comparée, devraient permettre de mieux connaître les modes de formation des systèmes planétaires et par là même le mode de formation du système solaire et de ses objets.

Les moyens d'observation internationaux dans ce domaine

Dans l'espace :

En cours : Mars Express, Cassini-Huygens, Venus Express, Rosetta, Télescope spatial Hubble, FUSE.
Dans le futur : BepiColombo, Herschel, GAIA.

Au sol :

En cours : CFHT, VLT, VLTI, IRAM.
Dans le futur : ALMA.