Planétologie

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L'essentiel

Le système solaire comprend huit planètes qui gravitent autour du Soleil ; certaines d'entre elles sont gazeuses, d'autres, à la croûte rigide, sont appelées planètes telluriques. Lorsqu'une planète s'interpose entre le soleil et une autre planète, elle plonge cette dernière dans son ombre ce qui provoque une éclipse. C'est le cas pour notre Terre lors de l'alignement Terre, Lune, Soleil, responsable des éclipses de Lune ou de Soleil. Notre connaissance de l'Univers passe par l'analyse des rayonnements émis par de lointaines étoiles, mais aussi par le recours à des satellites d'observation toujours plus performants.

La fiche

La planétologie est la science des planètes. La discipline recouvre en fait de nombreuses autres branches de la science, comme la physique ou la chimie, et son domaine traite aussi bien de particules microscopiques spatiales que de planètes géantes gazeuses. La recherche combine des observations faites depuis la Terre et d'autres, plus récentes, réalisées par des engins spatiaux. C'est le mathématicien et géographe grec Ératosthène (276-194 av. J.-C.) qui, le premier, a réalisé une évaluation relativement exacte de la circonférence de la Terre, en exploitant l'ombre projetée au sol par un bâton vertical, le gnomon.
Classification
Selon la planète étudiée, la planétologie peut avoir différentes nominations : géologie, étude de la Terre ; héliologie, étude du Soleil ; sélénologie, étude de la Lune.
Les planètes
Selon la définition de l'Union astronomique internationale (UAI), une planète est un corps céleste :
  • qui est en orbite autour du Soleil ;
  • qui possède une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique (forme sphérique) ;
  • qui a éliminé tout corps se déplaçant sur une orbite proche.
Selon cette définition, le système solaire contient 8 planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Jusqu'au mois d'août 2006, Pluton était encore considérée comme la neuvième planète du système solaire.
De manière complémentaire, on parle aussi de planètes naines. Par extension, tout objet céleste qui répond aux critères de la définition et qui gravite autour d'une autre étoile est appelé « exoplanète ».
Le mot planète vient du latin planeta, qui signifie « astre en mouvement », contrairement aux étoiles qui semblent immobiles dans le ciel.
Principe de nomination des planètes : les planètes du système solaires ont pour noms les noms des dieux de la mythologie grecque, avec une certaine cohérence : par exemple, en raison de sa couleur rouge, couleur du sang, Mars, la 4e planète du système solaire, fait référence au dieu romain de la guerre.
Les étoiles
Bien que d'apparence semblable dans le ciel nocturne, planètes et étoiles sont différentes en ceci que l'énergie visible rayonnée par une planète provient de la réflexion de la lumière émise par l'étoile autour de laquelle elle gravite. Contrairement aux planètes, une étoile émet sa propre lumière, grâce à des réactions thermonucléaires internes.
Cependant, les planètes produisent un rayonnement infrarouge non visible (c'est-à-dire à une longueur d'onde supérieure à 800 nanomètres). Sur Terre, son existence explique l'effet de serre. Exemple : les planètes du système solaire sont visibles la nuit dans le ciel parce qu'elles réfléchissent la lumière du Soleil.
La définition de planète fait toujours régulièrement l'objet de grandes discussions scientifiques de la part des astrophysiciens. Leur mode de formation permet aussi de distinguer une planète d'une étoile : la formation d'une étoile résulte de l'effondrement sur elle-même d'une boule de gaz, tandis que celle d'une planète correspond à l'accumulation (on parle d'accrétion) de poussières, suivie ou non de la formation d'un noyau gazeux.
Les planètes extra-solaires
Depuis 1995, année de la découverte de la première planète extrasolaire (ou « exoplanète »), on sait qu'il existe des planètes autour d'autres étoiles. Près de 200 exoplanètes ont été découvertes. Il est même probable que leur présence soit très courante étant donné le nombre de planètes identifiées depuis 10 ans. Cependant, les techniques actuelles ne permettent de détecter que les planètes massives et proches de leur étoile ; les astronomes ne désespèrent pas de mettre en évidence des planètes similaires à la Terre, ce qui pourrait justifier les recherches d'une vie extraterrestre. La mise en évidence est réalisée soit par l'observation de la lumière reflétée par la planète (rare et délicate en raison de l'étoile voisine), soit indirectement en mesurant une baisse de luminosité lors d'une éclipse.
Cas du système solaire et de la Terre
Bref historique des découvertes
Galileo Galilei, dit Galilée (1564 - 1642), est un physicien et un astronome italien. Il a jeté les fondements des sciences mécaniques, en énonçant notamment la loi relative à la chute des corps dans le vide (principe de l'inertie). S'intéressant aux planètes, il se construisit également une lunette afin de mener ses propres expériences. Mais, en 1633, il est condamné par l'Inquisition pour avoir soutenu les théories de Copernic et raillé le système astronomique ptoléméen en vigueur depuis l'Antiquité, selon lequel la Terre se trouverait au centre de neuf sphères concentriques portant les planètes et les étoiles. Le système ptoléméen était en effet géocentrique, contrairement au système réel héliocentrique (le soleil est au centre). On peut considérer que Galilée et son successeur Képler ont prouvé la réalité du système héliocentrique.
Plus tard, après les découvertes à la fin du xixe siècle des propriétés de la lumière, les connaissances relatives à notre univers vont vite s'enrichir, dans la mesure où l'on peut à distance prévoir la place ou la composition des planètes grâce à l'analyse des lumières reçues sur Terre.
Interaction Terre-Lune
La Terre tourne sur elle-même en un jour et décrit une orbite quasi circulaire autour du Soleil en une année. Cependant, son axe de rotation n'est pas exactement perpendiculaire au plan de son orbite, il est incliné.
La Lune tourne autour de la Terre : elle met environ 29,5 jours pour revenir à la même place par rapport au Soleil ; cette durée s'appelle une lunaison. Elle se lève à l'est et se couche à l'ouest. En raison du mouvement de la terre dans le même temps, les heures de lever ou de coucher de la Lune se décalent chaque jour.
Les aspects pris par la Lune au cours d'une lunaison s'appellent les phases de la Lune : nouvelle Lune, premier quartier, pleine Lune et dernier quartier.
En raison de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre sur elle-même (axe des pôles) par rapport à la perpendiculaire au plan de son orbite (appelé plan de l'écliptique), il existe une différence observable entre la longueur des jours et des nuits, et une alternance des saisons. Cependant, les jours et les nuits peuvent être exceptionnellement d'égale durée partout sur Terre, au moment de l'équinoxe. Exemple : l'équinoxe de printemps a lieu le 20 ou 21 mars.
La Terre : pesanteur et apesanteur
Les missions vers l'espace et vers la Lune en premier lieu ont fasciné l'Homme ; c'est en 1969 que les États-Unis ont pour la première fois réussi cet exploit d'envoyer des hommes sur la surface de la Lune. Par action à distance, on entend une force qui s'exerce sans nécessiter le contact entre les deux objets en interaction, par opposition à une action de contact. La planète Terre exerce sur tout corps placé en son voisinage une action à distance ; cette force d'attraction est appelée la pesanteur. Plus on s'éloigne de la Terre, plus cette action devient faible. Dans le cas où l'action n'est pratiquement plus ressentie, on parle d'apesanteur. La lune exerce aussi une action à distance sur les corps placés en son voisinage, mais plus faible que celle exercée par la Terre, tout simplement car la Lune est un astre plus petit. En pratique, on peut considérer que l'action de la Lune est 6 fois plus faible que celle de la Terre. Exemple : lorsque les astronautes gravitent dans l'espace autour de la station spatiale internationale en cours de construction, ou lorsque l'astronaute J.W. Young a effectué des sauts sur la Lune en 1972 (mission Apollo 16), ils donnaient l'impression de « flotter ». La Terre attire ainsi les objets approximativement vers son centre. La force d'attraction qu'elle exerce, lorsqu'on est tout près de sa surface, porte le nom de poids P. Cette force (dont l'unité est le newton N) est directement proportionnelle à la masse m (en kg) du corps attiré par la terre. On peut l'écrire P = m × g. g est l'intensité de la pesanteur et s'exprime en N/kg. Pour simplifier, on peut retenir que g = 10 N\,\cdot\,kg−1.

Zoom sur…

Soufre et méthane
Lors du survol de Titan, plus gros satellite de la planète Saturne, en juillet 2006, la sonde Cassini a détecté et mis en évidence l'existence de plus de 75 lacs de méthane liquide. De même que sur Terre il existe un cycle « hydrologique » pour l'eau (pluies, lacs, rivières, érosion, etc.), de même sur Titan, il existe un cycle « hydrologique  » où le méthane joue le rôle de l'eau.
Les grosses éruptions volcaniques projettent dans l'atmosphère du soufre en grande quantité, ce qui provoque à l'échelle planétaire une chute des températures. Ainsi, lors de l'éruption aux Philippines du Pinatubo en 1991, les températures moyennes ont chuté. On dispose depuis peu d'un outil pour reconstituer l'histoire du climat terrestre, à travers l'analyse des retombées de soufre dans les neiges polaires.
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