Système Solaire

Formation (il y a 4,6 milliards d’années)§

Nébuleuse Solaire

• Nuage gaz et poussières (H, He + éléments lourds supernovae antérieures)
• Effondrement gravitationnel (onde choc supernova voisine ?)
• Rotation → disque protoplanétaire

Protoétoile

• Concentration masse au centre
• Température ↑ → fusion nucléaire → naissance Soleil
• T Tauri phase : vents stellaires violents

Planètes

• Accrétion poussières → planétésimaux → protoplanètes → planètes
• Ligne de glace (~4-5 UA) : au-delà, volatils (H₂O, CH₄, NH₃) se condensent
  • Intérieur : planètes rocheuses (telluriques)
  • Extérieur : géantes gazeuses/glacées
• Bombardement intense (cratérisation)

Le Soleil§

Caractéristiques

• Type spectral : G2V (naine jaune, séquence principale)
• Masse : 1,989 × 10³⁰ kg (99,86% système solaire)
• Rayon : 696 000 km (109× Terre)
• Température :
  • Surface (photosphère) : 5 778 K
  • Cœur : 15 millions K
  • Couronne : 1-2 millions K (paradoxe chauffage coronal)
• Luminosité : 3,828 × 10²⁶ W
• Composition : 73% H, 25% He, 2% autres

Structure

• Cœur (0-0,25 R☉) : fusion H → He (cycle proton-proton)
• Zone radiative (0,25-0,7 R☉) : transport énergie par radiation (photons)
• Zone convective (0,7-1 R☉) : cellules convection (granulation visible)
• Photosphère : surface visible, taches solaires
• Chromosphère : atmosphère basse, éruptions
• Couronne : atmosphère externe, vent solaire
• Héliosphère : bulle magnétique, jusqu’à ~100 UA (héliopause)

Activité Solaire

• Taches solaires : régions plus froides (3500-4000 K), champ magnétique intense
• Cycle 11 ans : minimum → maximum activité
• Éruptions solaires, éjections masse coronale (CME) : impact Terre (aurores, orages géomagnétiques)
• Vent solaire : flux particules chargées

Évolution Future

• Dans ~5 milliards d’années : épuisement H cœur → géante rouge
• Engloutira Mercure, Vénus, peut-être Terre
• Noyau He → fusion He → C, O
• Éjection enveloppe → nébuleuse planétaire
• Cœur résiduel → naine blanche (carbone-oxygène)

Planètes Telluriques (Rocheuses)§

Mercure

• Distance : 0,39 UA (57,9 millions km)
• Rayon : 0,38 R⊕
• Masse : 0,055 M⊕
• Température : -173°C (nuit) à +427°C (jour) (amplitude maximale système)
• Atmosphère : quasi-inexistante (exosphère : Na, K)
• Surface : cratérisée (Bassin Caloris 1550 km), falaises (contraction refroidissement)
• Particularités :
  • Excentricité orbitale élevée (0,206)
  • Résonance 3:2 rotation-révolution
  • Noyau fer massif (75% rayon)
  • Glace eau cratères polaires (zones ombre permanente)
• Missions : Mariner 10, MESSENGER, BepiColombo (en cours)

Vénus

• Distance : 0,72 UA
• Rayon : 0,95 R⊕
• Masse : 0,82 M⊕ (“jumelle Terre” en taille)
• Rotation : rétrograde, 243 jours (jour > année!)
• Atmosphère :
  • 96,5% CO₂ (effet de serre extrême)
  • Pression surface : 92 bars (équivalent 900 m sous eau Terre)
  • Nuages acide sulfurique
  • Température surface : 462°C (plus chaude que Mercure!)
• Surface : volcans (Maat Mons), plaines lave, cratères
• Particularités :
  • Super-rotation atmosphérique (vents 300 km/h altitude)
  • Volcanisme possiblement actif
  • Pas de champ magnétique intrinsèque
• Missions : Venera (URSS, atterrissages), Magellan (radar), Venus Express, Akatsuki

Terre

• Distance : 1 UA (149,6 millions km, unité de mesure)
• Rayon : 6 371 km
• Masse : 5,972 × 10²⁴ kg
• Âge : 4,54 milliards années
• Atmosphère : 78% N₂, 21% O₂, 1% Ar + traces (CO₂, H₂O)
• Température moyenne : 15°C
• Particularités :
  • Seule planète avec vie connue
  • Eau liquide surface (70% océans)
  • Tectonique plaques
  • Champ magnétique (protection vent solaire)
  • 1 satellite : Lune
• Lune :
  • Rayon : 0,27 R⊕ (grand satellite relatif à planète)
  • Formation : impact géant (Theia, 4,5 Ga)
  • Synchronisation rotation : face cachée
  • Influence : marées, stabilisation axe Terre
  • Éloignement : 3,8 cm/an
  • Exploration : Apollo (1969-1972, 12 humains), missions robotiques

Mars

• Distance : 1,52 UA
• Rayon : 0,53 R⊕
• Masse : 0,11 M⊕
• Rotation : 24,6 h (similaire Terre)
• Inclinaison : 25° → saisons
• Atmosphère :
  • Très ténue : 0,6% pression Terre
  • 95% CO₂
  • Tempêtes de poussière globales
• Température : -140°C (pôles hiver) à +20°C (équateur été)
• Surface :
  • Olympus Mons : plus grand volcan système solaire (25 km haut, 600 km large)
  • Valles Marineris : canyon 4000 km long, 7 km profond
  • Calottes polaires : H₂O + CO₂ gelés
  • Traces lits rivières asséchés, deltas
• Eau : glace sous-surface, saumures saisonnières possible
• 2 Lunes : Phobos, Deimos (astéroïdes capturés)
• Missions : Viking, Pathfinder, Spirit & Opportunity, Curiosity, Perseverance (recherche vie passée), InSight (sismologie)
• Future : colonisation envisagée (SpaceX, NASA)

Ceinture d’Astéroïdes (2-4 UA)§

• Millions objets rocheux
• Cérès : planète naine, 940 km, 30% masse totale ceinture
• Vesta, Pallas, Hygiea
• Restes formation système solaire (Jupiter empêché accrétion planète)
• Classes : C (carbonés), S (silicatés), M (métalliques)
• Missions : Dawn (Vesta, Cérès), Hayabusa (Itokawa), OSIRIS-REx (Bennu)

Planètes Géantes§

Jupiter

• Distance : 5,2 UA
• Rayon : 11,2 R⊕
• Masse : 318 M⊕ (2,5× toutes autres planètes combinées)
• Composition : 90% H, 10% He + traces CH₄, NH₃, H₂O
• Pas de surface solide : géante gazeuse, pression ↑ avec profondeur → H liquide → H métallique
• Rotation : 9,9 h (la plus rapide, aplatissement visible)
• Atmosphère :
  • Bandes nuageuses (zones claires, ceintures sombres)
  • Grande Tache Rouge : anticyclone géant, 3× Terre, >350 ans
  • Vents 600 km/h
• Champ magnétique : le plus intense (20 000× Terre)
• 79+ lunes :
  • Galiléennes (découvertes Galilée 1610) :
    • Io : volcanisme extrême (forces marée), 400+ volcans actifs
    • Europe : croûte glace, océan souterrain 100 km profondeur (cible astrobiologie)
    • Ganymède : plus grande lune système solaire (>Mercure), champ magnétique propre
    • Callisto : cratérisée, ancienne
• Anneaux : ténus (poussière)
• Missions : Pioneer, Voyager, Galileo, Juno (en orbite)
• Rôle : “aspirateur cosmique” (protège Terre impacts comètes/astéroïdes)

Saturne

• Distance : 9,5 UA
• Rayon : 9,4 R⊕
• Masse : 95 M⊕
• Densité : 0,687 g/cm³ (flotterait sur eau!)
• Composition : similaire Jupiter (H, He)
• Rotation : 10,7 h
• Anneaux : spectaculaires, système le plus étendu
  • Largeur : 282 000 km
  • Épaisseur : 10-100 m!
  • Composition : glace eau (90%) + roche
  • Divisions : Cassini (4 800 km), Encke
  • Âge débattu : récents (100 M ans) ou anciens?
• 83+ lunes :
  • Titan : 2e plus grande lune, atmosphère dense (1,5 bar, N₂ + CH₄)
    • Lacs et mers méthane/éthane liquides
    • Cycle hydrologique méthane (pluie, rivières, évaporation)
    • Atterrissage Huygens (2005)
  • Encelade : geysers glace eau (pôle sud), océan souterrain, molécules organiques
  • Mimas, Téthys, Dioné, Rhéa, Japet (deux faces contrastées)
• Missions : Pioneer, Voyager, Cassini-Huygens (2004-2017, extraordinaire succès)

Uranus

• Distance : 19,2 UA
• Rayon : 4 R⊕
• Masse : 14,5 M⊕
• Géante de glace : H₂O, CH₄, NH₃ (pas que H/He)
• Couleur : bleu-vert (méthane absorbe rouge)
• Particularité unique : axe rotation incliné 98° (roule sur orbite!)
  • Cause probable : impact géant
  • Saisons extrêmes : pôle 42 ans lumière, 42 ans obscurité
• Rotation : 17,2 h, rétrograde (à cause inclinaison)
• Anneaux : 13, sombres (découverts 1977)
• 27 lunes : Miranda (falaises 20 km!), Ariel, Umbriel, Titania, Oberon
• Champ magnétique : incliné 59° axe rotation, décentré
• Mission : Voyager 2 (1986, seule visite)

Neptune

• Distance : 30,1 UA
• Rayon : 3,9 R⊕
• Masse : 17,1 M⊕
• Géante de glace, composition similaire Uranus
• Couleur : bleu profond (méthane)
• Vents : les plus rapides système solaire (2 100 km/h!)
• Grande Tache Sombre : anticyclone (disparu, réapparu ailleurs)
• Chaleur interne : rayonne 2,6× énergie reçue Soleil
• Anneaux : 5, ténus
• 14 lunes :
  • Triton : grande lune, orbite rétrograde (capturé ceinture Kuiper?)
    • Geysers azote liquide
    • Surface jeune, active
    • Spirale vers Neptune (forces marée) → désintégration dans 3,6 Ga
• Mission : Voyager 2 (1989)

Régions Externes§

Ceinture de Kuiper (30-50 UA)

• Milliers objets glacés (H₂O, CH₄, NH₃)
• Planètes naines :
  • Pluton (2 377 km) : rétrogradé 2006, 5 lunes (Charon, Styx, Nix, Kerberos, Hydra)
    • New Horizons (2015) : montagnes glace, plaines azote, atmosphère ténue
  • Makemake, Haumea, Eris (plus massive que Pluton, causa reclassification)
• Objets classiques, résonants (Plutinos 2:3 avec Neptune)

Nuage d’Oort (2 000-100 000 UA)

• Sphère hypothétique comètes (milliards)
• Réservoir comètes longue période
• Limite gravitationnelle Soleil
• Jamais observé directement

Comètes

• “Boules neige sale” : glace + poussière + roche
• Origine : Kuiper (courte période) ou Oort (longue période)
• Approche Soleil → sublimation → coma + queue (ions, poussière)
• Célèbres : Halley (76 ans), Hale-Bopp, NEOWISE
• Missions : Rosetta/Philae (Tchourioumov-Guérassimenko, 2014)