Toutes les planètes du Système solaire à partir de la Terre possèdent dessatellites en orbite — certains, tels queGanymède etTitan, sont plus grands que Mercure —, tandis que chacune des quatre planètes externes est en outre entourée d’unsystème d'anneaux de poussières et d’autres particules, dont le plus proéminent estcelui de Saturne. Toutes les planètes, sauf la Terre, portent les noms dedieux et déesses de lamythologie romaine. La Terre, dotée d'uneépaisse atmosphère et recouverte à 71 % de sa surface d'eau liquide, est la seule planète du Système solaire à abriter lavie et uneespèce pensante qui agit sur son évolution. Dans l'état des connaissances humaines actuelles, cette planète du Système solaire ne connaît pas d'équivalent dans l'Univers.
Uneplanète est un corps en orbite autour du Soleil, suffisamment massif pour avoir une forme sphérique et avoirnettoyé son voisinage immédiat de tous les objets plus petits[9]. On connaît huit planètes :Mercure,Vénus, laTerre,Mars,Jupiter,Saturne,Uranus etNeptune qui sont toutes nommées d'après des divinités de lamythologie romaine[8],[10], y compris la Terre qui renvoie à la déesse Tellus (terra mater). La plupart de leurs satellites naturels sont, eux aussi, nommés d'après des personnages de lamythologie grecque ou romaine[11].
Uneplanète naine est un corps en orbite autour du Soleil qui, bien que suffisamment massif pour avoir une forme sphérique — concept appelééquilibre hydrostatique —, n’a pas fait place nette dans son voisinage[8],[9]. En 2021, cinq corps sont officiellement désignés de la sorte :Cérès,Pluton,Éris,Makémaké etHauméa[12]. D’autres corps pourraient l’être dans le futur, tels queGonggong,Quaoar,Sedna ouOrcus[13],[14].
Tous les autres objets en orbite directe autour du Soleil sont classés commepetits corps du Système solaire[8].
Les 214satellites naturels — en 2021, 158 sont confirmés et 56 sont non confirmés, donc sans nom —, ou lunes, sont les objets en orbite autour des planètes, des planètes naines et des petits corps du Système solaire plutôt qu'autour du Soleil[2]. Les statuts ambigus de laLune et surtout deCharon, qui pourraient former unsystème binaire avec respectivement la Terre et Pluton, ne sont pas encore définitivement tranchés, bien que ces corps soient toujours classés comme satellites[15],[16].
La classification proposée par l'Union astronomique internationale ne fait pas l'unanimité. À la suite du vote de 2006, une pétition réunissant les signatures de plus de300planétologues et astronomes majoritairement américains — Pluton étant alors la seule planète découverte par un Américain — est lancée pour contester la validité scientifique de la nouvelle définition d'une planète ainsi que son mode d'adoption[17],[18],[19]. Les responsables de l'UAI annoncent qu'aucun retour en arrière n'aura lieu et les astronomes jugent très improbable que Pluton puisse être à nouveau considérée comme une planète[20],[21].
Concernant lamajuscule au nom « Système solaire », la forme tout en minuscules est, au sens strict, suffisante, étant donné qu'il n'y a qu'un « système solaire » puisqu'il n'y a qu'un « Soleil ». Cependant, les autres étoiles étant parfois, par analogie, appelées des « soleils », le nom de « système solaire » est de la même façon parfois employé dans un sens général pour signifier « système planétaire » ; « Système solaire », écrit avec une majuscule, permet alors de distinguer notre système planétaire, par ellipse de « système planétaire solaire »[22],[23].
Vue d'ensemble du Système solaire. LeSoleil, lesplanètes, lesplanètes naines et lessatellites naturels sont à l'échelle pour leurs tailles relatives, et non pour les distances. Leslunes sont répertoriées près de leurs planètes par ordre croissant d'orbites ; seules les plus grandes lunes pour chaque planète sont indiquées.Échelle des distances des planètes du Système solaire, du Soleil (à gauche) jusqu'àNeptune (à droite), selon leurdemi-grand axe. Seules les distances au Soleil sont à l'échelle ; les tailles des objets ne le sont que relativement entre elles.
La plupart des grands objets en orbite autour du Soleil le sont dans un plan proche de celui de l’orbite terrestre, le plan de l'écliptique[20]. Le plan d’orbite des planètes est très proche de celui de l’écliptique, tandis que lescomètes et les objets de laceinture de Kuiper ont pour la plupart une orbite qui forme un angle significativement plus grand par rapport à lui[26],[27].
À la suite de laformation du Système solaire, les planètes — et la grande majorité des autres objets — gravitent autour de l'étoile dans la même direction que la rotation du Soleil, soit lesens antihoraire vu du dessus dupôle Nord de la Terre[28]. Il existe toutefois des exceptions, comme lacomète de Halley orbitant dans un sensrétrograde[29]. De même, la plupart des plus grandes lunes gravitent autour de leurs planètes dans cette direction prograde — Triton étant la plus grande exception rétrograde, autour deNeptune — et la plupart des grands objets ont un sens de rotation prograde — Vénus étant une exception rétrograde notable, commeUranusdans une certaine mesure[30].
Le plan de l’écliptique vu par la missionClementine, alors que le Soleil était partiellement masqué par laLune. Trois planètes sont visibles dans la partie gauche de l’image (par ordre d'éloignement au Soleil) :Mercure,Mars etSaturne.
Le Système solaire se compose essentiellement, pour ses objets les plus massifs, du Soleil, de quatreplanètes intérieures relativement petites entourées d'une ceinture d'astéroïdes principalement rocheux et de quatreplanètes géantes entourées par laceinture de Kuiper, constituée d'objets principalement glacés. Les astronomes divisent informellement cette structure en régions distinctes : leSystème solaire interne comprenant les quatreplanètes telluriques et la ceinture d'astéroïdes puis leSystème solaire externe comprenant tout ce qui est au-delà de la ceinture, notamment les quatre planètes géantes[31],[32]. Depuis la découverte de la ceinture de Kuiper, les parties les plus extérieures du Système solaire situées après l'orbite de Neptune sont considérées comme une région distincte constituée desobjets transneptuniens[33].
La plupart des planètes du Système solaire ont leur propre système secondaire, comprenant notamment dessatellites naturels en orbite autour d'eux[31]. Deux satellites,Titan (autour de Saturne) etGanymède (autour de Jupiter), sont plus grands que la planèteMercure[34]. Dans le cas des quatre planètes géantes, desanneaux planétaires — de fines bandes de minuscules particules — composent également l'entourage de la planète[35]. La plupart des plus grandssatellites naturels sont enrotation synchrone, c'est-à-dire qu'ils présentent en permanence une même face à la planète autour de laquelle ils gravitent[36].
Les orbites des principaux corps du Système solaire, à l’échelle.Plus les planètes sont proches du Soleil, plus leurvitesse orbitale est grande (ici, elles sont toutes représentées saufNeptune).
Les trajectoires des objets gravitant autour du Soleil suivent leslois de Kepler : ce sont approximativement desellipses, dont l'un desfoyers est leSoleil[37]. Les objets plus proches du Soleil (dont lesdemi-grands axes sont plus petits) se déplacent plus rapidement, car ils sont plus affectés par son influence gravitationnelle[37]. Sur uneorbite elliptique, la distance entre un corps et le Soleil varie au cours de sonannée : la distance la plus proche d'un corps avec le Soleil est sonpérihélie, tandis que son point le plus éloigné du Soleil est sonaphélie[37]. Les orbites des planètes sont presquecirculaires, mais de nombreuses comètes, astéroïdes, objets de la ceinture de Kuiper et dunuage de Oort peuvent suivre des orbites très diverses, pouvant être hautement elliptiques — présentant une très grandeexcentricité orbitale — ou encore s'éloigner du plan de l'écliptique avec une forteinclinaison orbitale[37].
Bien que le Soleil domine le système en masse, il ne représente qu'environ 0,5 % à 2 % de sonmoment cinétique[20],[38],[39]. Les planètes représentent ainsi la quasi-totalité du reste du moment cinétique en raison de la combinaison de leur masse, de leur orbite et de leur distance au Soleil ; la contribution des comètes est peut-être également significative[39]. Par exemple, Jupiter représente à elle seule environ 60 % du moment cinétique total[38].
Le Soleil, qui comprend presque toute la matière du Système solaire, est composé en masse d'environ 70 % d'hydrogène et de 28 % d'hélium[20]. Jupiter et Saturne, qui comprennent presque toute la matière restante, sont également principalement composés d'hydrogène et d'hélium et sont donc desplanètes géantes gazeuses[40],[41]. Un gradient de composition est observé dans le Système solaire, créé par la chaleur et lapression de rayonnement du Soleil. Les objets plus proches du Soleil, plus affectés par la chaleur et la pression lumineuse, sont composés d'éléments àpoint de fusion élevé, c'est-à-dire deroches telles que lessilicates, lefer ou lenickel, qui sont restées solides dans presque toutes les conditions dans laprotonébuleuse planétaire[42]. Les objets plus éloignés du Soleil sont composés en grande partie de matériaux de points de fusion plus faibles : lesgaz, des matériaux qui ont également une hautepression de vapeur et sont toujours en phase gazeuse, comme l'hydrogène, l'hélium et lenéon, et les glaces qui ont des points de fusion allant jusqu'à quelques centaines dekelvins, comme l'eau, leméthane, l'ammoniac, lesulfure d'hydrogène et ledioxyde de carbone[43],[44]. Ces dernières peuvent être trouvées sous phases solide, liquide ou gazeuse à divers endroits du Système solaire, alors que dans la nébuleuse, elles sont soit en phase solide, soit en phase gazeuse[44]. Les glaces composent la majorité des satellites des planètes géantes et sont en plus grandes proportions encore dans Uranus et Neptune (appelées « géantes de glace ») et les nombreux petits objets qui se trouvent au-delà de l'orbite de Neptune[42],[45]. Ensemble, les gaz et les glaces sont désignés sous le nom desubstances volatiles[46]. La limite du Système solaire au-delà de laquelle ces substances volatiles pourraient se condenser est laligne des glaces et se situe à environ 5 au du Soleil[47],[48].
Distances de différents corps du Système solaire auSoleil. Les côtés gauches et droits de chaque barre correspondent aupérihélie et à l'aphélie de la trajectoire de chaque corps ; ainsi, de longues barres soulignent une grandeexcentricité orbitale. Les diamètres du Soleil (1,4 million de kilomètres) et de la plus grande planèteJupiter (0,14 million de kilomètres) sont tous les deux trop petits pour apparaître en comparaison sur ce diagramme.
Le Soleil est une naine jaune modérément grande, sa température étant intermédiaire entre celle desétoiles bleues, plus chaudes, et celle des étoiles les plus froides[58]. Les étoiles plus brillantes et plus chaudes que le Soleil sont rares, tandis que les étoiles sensiblement plus sombres et plus froides, appeléesnaines rouges, constituent 85 % des étoiles de la Voie lactée[62],[63]. Il se situe vers le milieu de laséquence principale dudiagramme de Hertzsprung-Russell et le calcul du rapport entre l’hydrogène et l’hélium à l’intérieur du Soleil suggère qu’il est environ à mi-chemin de son cycle de vie[64],[65]. Il devient progressivement plus brillant : au début de son histoire, sa luminosité était inférieure de plus d'un tiers à celle actuelle et,dans plus de cinq milliards d'années, il quittera la séquence principale et deviendra plus grand, plus brillant, plus froid et plus rouge, formant unegéante rouge[66],[67]. À ce moment, saluminosité sera un millier de fois celle d’aujourd’hui et sa taille aura suffisamment augmenté pour engloutirVénus et potentiellement laTerre[66],[65],[68].
Le Soleil est uneétoile de population I, formée à partir de la matière éjectée lors de l'explosion d'étoiles ensupernovas, et possède ainsi une plus grande abondance d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium (des « métaux ») que lesétoiles depopulationII plus âgées[58],[69]. Ces éléments métalliques se sont formés dans les noyaux d'étoiles plus anciennes, puis ont été éjectés lors de leur explosion en supernovas. Les étoiles les plus anciennes contiennent peu de métaux tandis que les étoiles ultérieures en contiennent ainsi plus[58]. Cette hautemétallicité est probablement cruciale pour le développement d'unsystème planétaire par le Soleil, car les planètes se forment à partir de l'accrétion de ces métaux[70].
Lechamp magnétique terrestre empêche en grande partieson atmosphère d'être dépouillée par le vent solaire[80]. À l'inverse, Vénus et Mars ne possèdent pas de champ magnétique et le vent solaire éjecte progressivement les particules de leur atmosphère dans l'espace[72],[76],[81]. Les éjections de masse coronale et autres événements similaires soufflent un champ magnétique et d'énormes quantités de matière depuis la surface du Soleil[82]. L'interaction de ce champ magnétique et de cette matière avec le champ magnétique terrestre entraîne des particules chargées dans la haute atmosphère de la Terre, créant desaurores polaires observées près despôles magnétiques[72],[82]. Le vent solaire permet également la formation desqueues de comètes[72].
L’héliosphère protège en partie le Système solaire du flux de particules interstellaires de haute énergie appelérayonnement cosmique, cette protection étant encore augmentée sur les planètes disposant dechamp magnétique planétaire[83]. La densité de rayons cosmiques dans lemilieu interstellaire et l'intensité du champ magnétique solaire changent sur de très longues périodes, de sorte que le niveau de pénétration des rayons cosmiques dans le Système solaire varie au cours du temps, bien que le degré de variation soit inconnu[83],[84].
Le Système solaire interne comprend traditionnellement la région située entre leSoleil et laceinture principale d'astéroïdes[89]. Composés principalement desilicates et de métaux, les objets du Système solaire interne orbitent près du Soleil : le rayon de la région tout entière est plus petit que la distance entre les orbites deJupiter et deSaturne. Cette région se situe en totalité avant laligne des glaces, qui se trouve à un peu moins de5au (environ700 millions de kilomètres) du Soleil[47],[48].
Les planètes internes. De la plus grande à la plus petite : laTerre,Vénus,Mars etMercure (dimensions à l’échelle).Animation des orbites des planètes internes pendant uneannée terrestre.
Le terme « planète interne » est distinct de « planète inférieure », qui désigne en général les planètes plus proches du Soleil que la Terre, soit Mercure et Vénus ; de même concernant « planète externe » et « planète supérieure »[95],[96].
Elle ne possède aucun satellite naturel et ses seules caractéristiques géologiques connues, en dehors descratères d’impact, sont desdorsa qui ont probablement été produites par contraction thermique lors de sa solidification interne tôt dans son histoire[100],[101]. Elle possède relativement à sa taille un très grand noyau de fer liquide — qui représenterait 85 % de son rayon, contre environ 55 % pour la Terre — et un fin manteau, ce qui n'est pas expliqué de façon certaine mais pourrait être dû à un impact géant ou à l'importante température lors de sonaccrétion[101][102].
Mercure a la particularité d'être enrésonance spin-orbite 3:2, sapériode de révolution (~88jours) valant exactement1,5 fois sapériode de rotation (~59 jours), et donc la moitié d'unjour solaire (~176 jours)[98],[101]. Ainsi, relativement auxétoiles fixes, elle tourne sur son axe exactement trois fois toutes les deux révolutions autour du Soleil. Par ailleurs, son orbite possède uneexcentricité de 0,2, soit plus de douze fois supérieure à celle de la Terre et de loin la plus élevée pour une planète du Système solaire[98],[101].
L'atmosphère de Mercure, quasiment inexistante et qualifiable d'exosphère, est formée d’atomes arrachés à sa surface (oxygène, sodium et potassium) par levent solaire ou momentanément capturés à ce vent (hydrogène et hélium)[103][100],[104]. Cette absence implique qu'elle n'est pas protégée desmétéorites et donc sa surface est très fortementcratérisée et globalement similaire à laface cachée de la Lune, car elle est géologiquement inactive depuis des milliards d'années[93],[101]. De plus, le manque d'atmosphère combiné à la proximité du Soleil engendre d'importantes variations de la température en surface, allant de90K (−183°C) au fond des cratères polaires — là où les rayons du Soleil ne parviennent jamais — jusqu'à700K (427°C) aupoint subsolaire aupérihélie[100],[101].
Images de Mercure
Image de Mercure prise parMESSENGER lors de son premiersurvol en 2008.
Surface vue parMESSENGER en 2013, montrant notamment lebassin Tolstoï.
La planète est également enveloppée d'une couche opaque de nuages d'acide sulfurique, hautementréfléchissants pour lalumière visible, empêchant sa surface d'être vue depuis l'espace et faisant de la planète le deuxième objet naturel le plusbrillant duciel nocturne terrestre après laLune[105]. Bien que la présence d'océans d'eau liquide à sa surface par le passé soit supposée, la surface de Vénus est un paysage désertique sec et rocheux où se déroule toujours unvolcanisme[108],[105]. Comme elle ne possède pas de champ magnétique, son atmosphère est constamment appauvrie par le vent solaire et ce sont deséruptions volcaniques qui lui permettent de la réalimenter[109],[111]. Latopographie de Vénus présente peu de reliefs élevés et consiste essentiellement en de vastes plaines géologiquement très jeunes de quelques centaines de millions d'années, notamment grâce à son épaisse atmosphère la protégeant des impacts météoritiques et à son volcanisme renouvelant le sol[93],[112].
Mars possèdedeux très petits satellites naturels de quelques dizaines de kilomètres de diamètre,Phobos etDéimos, qui pourraient être desastéroïdes capturés, mais le consensus actuel privilégie une formation à la suite d'un choc avec la planète en raison de leur faible éloignement à la planète[133],[125],[127]. Ceux-ci sont enrotation synchrone — montrant donc toujours la même face à la planète — mais, du fait desforces de marée avec la planète, l'orbite de Phobos diminue et le satellite se décomposera lorsqu'il aura franchi lalimite de Roche, tandis que Déimos s'éloigne progressivement[134].
La ceinture d'astéroïdes s'est formée à partir de lanébuleuse solaire primordiale en tant que groupe deplanétésimaux[138]. Cependant, les perturbations gravitationnelles de Jupiter imprègnent les protoplanètes d'une énergie orbitale trop importante pour qu'elles puissent s'accréter en une planète et causent de violentes collisions[138]. En conséquence, 99,9 % de la masse initiale de la ceinture d'astéroïdes est perdue au cours des cent premiers millions d'années de l'histoire du Système solaire et certains fragments sont projetés vers le Système solaire intérieur, entraînant des impacts de météorites avec les planètes intérieures[138]. La ceinture d'astéroïdes est toujours la source principale demétéorites reçues sur Terre[139].
Elle contiendrait entre un et deux millions d'astéroïdes plus larges qu'un kilomètre, certains comportant deslunes parfois aussi larges qu'eux-mêmes, mais peu dépassent les 100 kilomètres de diamètre[136],[140]. La masse totale de la ceinture d'astéroïdes vaut environ 5 % de celle de la Lune et les astéroïdes sont relativement éloignés les uns des autres, impliquant que de nombreusessondes spatiales aient pu la traverser sans incident[141],[136],[137].
Les astéroïdes de la ceinture principale sont divisés en plusieurs groupes et familles, des ensembles deplanètes mineures qui partagent des éléments orbitaux similaires (tels que ledemi-grand axe, l'excentricité ou l'inclinaison orbitale), mais ont également tendance à avoir des compositions de surface proches[142],[143]. Les familles sont supposées être des fragments de collisions passées entre astéroïdes tandis que les groupes découlent seulement de phénomènes dynamiques non collisionnels et jouent un rôle plus structurant dans la disposition des planètes mineures au sein du Système solaire[143]. Parmi les principaux groupes, on peut par exemple citer legroupe de Hilda, situé en périphérie externe de la ceinture entre 3,7 et 4,1 au et dont les astéroïdes sont en résonance 3:2 avec Jupiter, ou legroupe de Hungaria, qui se trouve lui en périphérie interne entre 1,8 et 2 au[144][145],[146].
Les astéroïdes individuels de la ceinture d'astéroïdessont classés selon leurspectre, la plupart d'entre eux appartenant à trois groupes de base : carbonés (type C), silicates (type S) et riches en métaux (type M)[136].
Environ la moitié de la masse de la ceinture d'astéroïdes est contenue dans les quatre plus grands astéroïdes :(1) Cérès (2,77 au),(4) Vesta (2,36 au),(2) Pallas (2,77 au) et(10) Hygie (3,14 au)[142],[141]. À lui seul, Cérès représente même près du tiers de la masse totale de la ceinture[147],[148].
Au-delà de laceinture d'astéroïdes s'étend une région dominée par lesgéantes gazeuses et leurs satellites naturels[89],[95]. De nombreusescomètes à courte période, y compris lescentaures, y résident également. Si cette dénomination s'appliquait un temps jusqu'aux limites du Système solaire, les parties les plus extérieures du Système solaire situées après l'orbite de Neptune sont désormais considérées comme une région distincte constituée desobjets transneptuniens depuis la découverte de la ceinture de Kuiper[32],[33].
Les objets solides de cette région sont composés d'une plus grande proportion de « glaces » (eau,ammoniac,méthane) que leurs correspondants du Système solaire interne, notamment parce qu'elle se trouve en grande partie après laligne des glaces et que les températures plus basses permettent à ces composés de rester solides[47],[48].
Les planètes externes (par taille décroissante) :Jupiter,Saturne,Uranus,Neptune comparées aux planètes internes : laTerre,Vénus,Mars etMercure (à l’échelle).Planétaire montrant les orbites des planètes externes. Les sphères représentent les positions des planètes tous les 100 jours du (périhélie deJupiter) au (aphélie de Jupiter).
Les quatre planètes extérieures, ouplanètes géantes, représentent collectivement 99 % de la masse connue pour orbiter autour du Soleil[24],[25]. Jupiter et Saturne représentent ensemble plus de400 fois lamasse terrestre et sont constituées en grande partie d'hydrogène et d'hélium, d'où leur désignation degéantes gazeuses ; ces compositions, assez proches de celle du Soleil quoique comprenant plus d'éléments lourds, impliquent qu'elles ont des densités faibles[95],[155]. Uranus et Neptune sont beaucoup moins massives — faisant environ20 masses terrestres chacune — et sont principalement composées de glaces, justifiant qu'elles appartiennent à la catégorie distincte desgéantes de glaces[156]. Les quatre planètes géantes possèdent un système d'anneaux planétaires, bien que seul le système d'anneaux de Saturne soit facilement observable depuis la Terre. En outre, elles ont en moyenne plus desatellites naturels que les planètes telluriques, de14 pour Neptune à82 pour Saturne[135]. Si elles n'ont pas de surface solide, elles possèdent des noyaux de fer et de silicates allant de quelques à plusieurs dizaines de masses terrestres[95].
Le terme « planète externe » n'est pas strictement synonyme de « planète supérieure » ; le second désigne en général les planètes en dehors de l'orbite terrestre et comprend donc à la fois toutes les planètes externes etMars[95],[96].
Jupiter (5,2 au), par ses 317 masses terrestres, est aussi massive que2,5 fois toutes les autres planètes réunies et son diamètre avoisine les 143 000 kilomètres[40],[157]. Sa période de révolution est d'environ12 ans et sa période de rotation est d'un peu moins de10 heures[158],[40],[159].
Jupiter possède82 satellites connus[40]. Les quatre plus gros, aussi appeléssatellites galiléens car découverts par l'astronome italienGalilée auXVIIe siècle,Ganymède,Callisto,Io etEurope, présentent des similarités géologiques avec les planètes telluriques[35],[158],[163]. Parmi les plus grands objets du Système solaire — ils sont tous plus grands que les planètes naines —, Ganymède est même la plus grande et la plus massive lune du Système solaire, dépassant en taille la planèteMercure[35],[159],[158]. Par ailleurs, les trois lunes intérieures, Io, Europe et Ganymède, sont le seul exemple connu derésonance de Laplace du Système solaire : les trois corps sont enrésonance orbitale 4:2:1, ce qui a un impact sur leur géologie et par exemple levolcanisme sur Io[35],[50],[159],[163].
Comme celles deJupiter etSaturne, l'atmosphère d'Uranus est composée principalement d'hydrogène et d'hélium et de traces d'hydrocarbures[178]. Cependant, commeNeptune, elle contient une proportion plus élevée de « glaces » au sensphysique, c'est-à-dire desubstances volatiles telles que l'eau, l'ammoniac et leméthane, tandis que l'intérieur de la planète est principalement composé de glaces et de roches, d'où leur nom de« géantes de glaces »[178]. Par ailleurs, le méthane est le principal responsable de la teinteaigue-marine de la planète[176]. Son atmosphère planétaire est la plus froide du Système solaire, atteignant49 K (−224 °C) à latropopause, car elle rayonne très peu de chaleur dans l'espace, et présente une structurenuageuse en couches[175]. Cependant, la planète ne présente presque aucun relief à lalumière visible, comme les bandes de nuages ou les tempêtes associées aux autres planètes géantes, malgré desvents de l'ordre de900km/h[178].
L'atmosphère de Neptune est similaire à celle d'Uranus, composée principalement d'hydrogène et d'hélium, de traces d'hydrocarbures ainsi que d'une proportion plus élevée de « glaces » (eau, ammoniac et méthane), faisant d'elle la deuxième « géante de glaces »[187]. Par ailleurs, le méthane est partiellement responsable de la teinte bleue de la planète, mais l'origine exacte de sonbleu azur reste encore inexpliquée[187]. Contrairement à l'atmosphère brumeuse et relativement sans reliefd'Uranus, celle de Neptune présente des conditions météorologiques actives et visibles, notamment uneGrande Tache sombre comparable à laGrande Tache rouge de Jupiter, présente au moment du survol deVoyager 2 en1989[183]. Ces conditions météorologiques sont entraînées par les vents les plus forts connus du Système solaire, qui atteignent des vitesses de2 100km/h[187]. En raison de sa grande distance du Soleil, l'extérieur de son atmosphère est l'un des endroits les plus froids du Système solaire, les températures au sommet des nuages approchant55 K (−218,15 °C)[187].
Orbites descentaures connus représentés en fonction de leur demi-grand axe et de leur inclinaison. La taille des cercles indique les dimensions approximatives des objets.
Le fait que les centaures croisent ou aient croisé l'orbite d'une planète géante implique que leur propre orbite est instable, voirechaotique, et donc que celle-ci a une durée de vie dynamique de l'ordre de seulement quelques millions d'années[192],[193]. Il existe cependant au moins un potentiel contre-exemple,(514107) Kaʻepaokaʻawela (5,14 au), qui estcoorbital à Jupiter en résonance 1:-1 — c'est-à-dire qu'il a uneorbite rétrograde, en sens inverse de celle de Jupiter et des autres planètes — et qui pourrait être sur cette orbite depuis des milliards d'années[194],[195].
Le plus grand centaure connu,(10199) Chariclo (15,82 au), mesure de 200 à 300 km de diamètre et possède unsystème d'anneaux[200],[201],[202]. Comme les centaures sont moins étudiés que les plus grands objets, il est difficile d'estimer leur nombre total et les approximations du nombre de centaures d'un diamètre de plus d'un kilomètre dans le Système solaire vont de 44 000[193] à plus de 10 000 000[203],[204]. Par ailleurs, aucun n'a été imagé de près, bien qu'il y ait des preuves que la lune de SaturnePhœbé, qui a elle été observée, soit un ancien centaure capturé et provenant de laceinture de Kuiper[205].
Le terme « troyen » désigne à l'origine unastéroïde dont l'orbite héliocentrique est enrésonance orbitale 1:1 avec celle deJupiter et qui est situé près de l'un des deuxpoints stables de Lagrange (L4 ou L5) du système Soleil-Jupiter, c'est-à-dire qu'il s'agit d'un objetcoorbiteur se trouvant à 60° en avance ou en retard sur l'orbite de la planète[209],[139]. Par extension, le terme désigne à présent tout objet dont l'orbite héliocentrique est en résonance 1:1 avec celle de n'importe quelle planète du Système solaire et qui est situé près de l'un des deux points stables de Lagrange du système Soleil-planète[209].
L'immense majorité des troyens connus dans le Système solaire sont desastéroïdes troyens de Jupiter, où ils sont divisés entre « camp grec » en L4 et « camp troyen » en L5, inspirés par laguerre de Troie[210]. Si plus de 10 000 sont actuellement répertoriés, il est estimé qu'il existe plus d'un million d'astéroïdes troyens de Jupiter mesurant plus d'un kilomètre et que le nombre de troyens serait similaire au nombre d'astéroïdes dans la ceinture principale[139],[211],[212].
Seuls les troyens qui ont été confirmés comme stables à long terme sont recensés[213]. Ainsi,2013 ND15 est situé au point L4 de Soleil-Vénus, mais n'est pas recensé comme troyen, car sa position est temporaire[217],[218]. De même,2014 YX49 a été trouvé au point L4 de Soleil-Uranus, mais ne constitue pas le deuxième troyen officiellement reconnu d'Uranus, car il serait temporaire ; de façon générale, lestroyens d'Uranus sont estimés instables[219],[220]. Par ailleurs, Saturne semble être la seule planète géante dépourvue de troyens, et il est supposé que des mécanismes de résonance orbitale, notamment larésonance séculaire, seraient à l'origine de cette absence[221],[222].
Structure d'une comète.Vue de la comèteHale-Bopp dans le ciel terrestre en 1997.
Les comètes sont de petits corps célestes du Système solaire, généralement de quelques kilomètres de diamètre, principalement composés deglaces volatiles[139],[226],[227]. Elles décrivent généralement des orbites hautement excentriques, dont lepérihélie est souvent situé dans le Système solaire interne et l'aphélie au-delà de Pluton[228]. Lorsqu'une comète entre dans leSystème solaire interne, la proximité du Soleil provoque lasublimation et l'ionisation de sa surface par levent solaire[229]. Cela crée unechevelure (oucoma) — une enveloppe nébuleuse autour dunoyau cométaire — et unequeue de comète — une longue traînée de gaz ionisé et de poussières[230],[227]. Leur composition est similaire aux glaces observées dans lesnuages interstellaires, suggérant qu'elles ont été peu modifiées depuis la formation du Système solaire[139].
Leur noyau est un amas de glace, de poussière et de particules rocheuses dont le diamètre va de quelques centaines de mètres à des dizaines de kilomètres[226]. La chevelure peut avoir un diamètre atteignant quinze fois celui de la Terre — voire dépassant la largeur du Soleil —, tandis que la queue peut s'étendre au-delà d'uneunité astronomique, des queues atteignant les quatre unités astronomiques (environ600 millions de kilomètres) ayant été observées[231],[227]. Si elle est suffisamment lumineuse, une comète peut alors être observée à l’œil nu depuis la Terre, les plus lumineuses étant nommées « grandes comètes » et n'apparaissant en général qu'une fois par décennie, voire« comète du siècle » pour les plus spectaculaires[232][233].
Les comètes peuvent avoir une large gamme de périodes de révolutions, allant de plusieurs années à potentiellement plusieurs millions d'années[228]. Les comètes à courte période, comme lacomète de Halley, ont pour origine laceinture de Kuiper et parcourent leur orbite en moins de200 ans[234]. Les comètes à longue période, comme lacomète Hale-Bopp, proviendraient dunuage de Oort et ont une périodicité se comptant généralement en milliers d'années[228]. D'autres, enfin, ont unetrajectoire hyperbolique et proviendraient de l'extérieur du Système solaire, mais la détermination de leur orbite est difficile[235],[236]. Les vieilles comètes, qui ont perdu la plupart de leurs composés volatils au bout de nombreux passages près du Soleil — leur durée de vie moyenne serait de 10 000 années —, viennent à ressembler à des astéroïdes, ce qui est l'origine supposée desdamocloïdes[235],[237],[238]. Ces deux catégories d'objets ont en principe des origines différentes, les comètes se formant plus loin que le Système solaire externe tandis que les astéroïdes proviennent de l'intérieur de l'orbite de Jupiter, mais la découverte decomètes de la ceinture principale et descentaures tend à brouiller laterminologie[139],[235],[237].
Plusieurs milliers decomètes sont connues et plusieurs centainessont numérotées après avoir été observées au moins deux fois[239],[240] ; cependant, on estime le nombre total de comètes dans le Système solaire comme étant de l'ordre dubillion (1012), notamment grâce au grand réservoir que semble constituer lenuage de Oort[241],[237].
La zone au-delà de Neptune, souvent appeléerégion transneptunienne, est toujours largement inexplorée. Il semble qu'elle consiste essentiellement en depetits corps (le plus grand ayant le cinquième du diamètre de la Terre et une masse bien inférieure à celle de la Lune), composés de roche et de glace[242].
La ceinture de Kuiper peut être grossièrement divisée entre les objets « classiques » et lesobjets en résonance avec Neptune[242],[250]. Ces derniers sont ensuite nommés en fonction de leur rapport derésonance ; par exemple, ceux en résonances 2:3 — la résonance la plus peuplée, comptant plus de200 objets connus — sont appelésplutinos tandis que ceux en résonance 1:2 sont destwotinos[256]. La ceinture en résonance débute à l'intérieur même de l'orbite de Neptune tandis que la ceinture classique des objets n'ayant aucune résonance avec Neptune s'étend entre 39,4 et 47,7 au, entre les plutinos et les twotinos[244],[257],[258]. Les membres de cette ceinture classique sont appeléscubewanos, d'après le premier objet de ce genre à avoir été découvert,1992 QB1 (15760 Albion), et sont toujours sur des orbites quasi primordiales à faible excentricité[257]. Environ deux tiers des objets transneptuniens connus sont des cubewanos[257].
Charon, une deslunes de Pluton, est très grande relativement à la planète naine, atteignant 11,65 % de sa masse et plus de la moitié de son diamètre[150],[16]. Ainsi, elle forme en réalité unsystème binaire avec Pluton, étant donné que lebarycentre de leurs orbites ne se situe pas à l'intérieur d'un des deux corps et que chacun des deux objets orbite autour de celui-ci avec la même période d'environ6,39 jours[150]. Il est possible que le système soit par le futur réévalué en« planète naine double »[15]. Quatre autres lunes beaucoup plus petites,Styx,Nix,Kerbéros etHydre (par ordre d'éloignement), orbitent autour du couple Pluton-Charon[261],[260].
Vue d'artiste, à l'échelle, des plus grands objets transneptuniens et leurs satellites, les quatre du haut étant classés commeplanètes naines et les suivants commecandidats à cette catégorie.
Ces orbites extrêmes seraient une conséquence de l'influence gravitationnelle des planètes géantes, ces objets provenant potentiellement de la ceinture d'astéroïdes, mais ayant été éjectés par l'influence de Neptune lors de leur formation[270]. Ils ne se distinguent pas nettement desobjets détachés, qui eux sont suffisamment éloignés pour ne plus être affectés par les planètes géantes[245].
Diagramme présentant les objets transneptuniens connus fin 2019. Les demi-grands axes sont indiqués en abscisse avec les potentielles résonances tandis que les inclinaisons orbitales sont en ordonnée. La taille de chaque cercle indique le diamètre de l'objet et la couleur son type.
Vue d'artiste de la ceinture de Kuiper et de l'hypothétiquenuage d'Oort.
L'héliosphère, labulle de vent stellaire engendrée par lesvents solaires, représente la région de l'espace dominée par les particules atomiques projetées par le Soleil. Le vent solaire voyage à sa vitesse maximale de plusieurs centaines de kilomètres par seconde jusqu'à ce qu'il entre en collision avec les vents opposés en provenance dumilieu interstellaire[72].
Schéma de l'héliosphère, de l'onde de choc et des sondesVoyager 1 et2 pénétrant dans l'héliogaine.
Lesobjets détachés sont une classe particulière d'objets transneptuniens dont le périhélie est suffisamment éloigné du Soleil pour ne quasiment plus être influencés par Neptune, d'où leur nom[280]. Ceux dont le périhélie est supérieur à 50 au sont lessednoïdes[280].
La composition de sa surface serait similaire à celle d'autres objets transneptuniens, comprenant principalement un mélange de glaces d'eau, deméthane et d'azote ainsi que dutholin[283]. Son diamètre est d'environ 1 000 kilomètres, ce qui en fait unecandidate au statut de planète naine, même si sa forme n'est pas connue avec certitude[281].
Lenuage de Oort est un nuage sphérique hypothétique comptant jusqu'à mille milliards d'objets glacés et qui pourrait être la source des comètes à longue période[245]. Il entourerait le Système solaire avec une forme sphérique et cette coquille pourrait s'étendre de 10 000 au jusqu'à peut-être jusqu'à plus de 100 000 au (1,87 al)[245]. Il serait composé de comètes éjectées du Système solaire interne à cause des interactions gravitationnelles des planètes géantes, notamment Jupiter[244]. L'extrême majorité des comètes du Système solaire y seraient situées, leur nombre estimé étant de l'ordre dubillion (1012)[241],[237]. La masse totale de ces objets serait d'environ unemasse terrestre[245].
Les objets du nuage de Oort se déplacent très lentement et peuvent être perturbés par des événements peu fréquents comme des collisions, les effets gravitationnels d'une étoile proche ou unemarée galactique[284],[285]. Malgré des découvertes comme celle de Sedna, la zone située entre la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort reste majoritairement inconnue[244].
Lenuage de Hills, ou nuage de Oort interne, est une zone hypothétique intermédiaire de laceinture de Kuiper et du nuage de Oort qui serait située entre quelques centaines et quelques dizaines de milliers d'unités astronomiques du Soleil. Il serait beaucoup plus épars que le nuage de Oort[245].
La surface où le Système solaire se termine et où lemilieu interstellaire commence n'est pas définie avec précision, car les limites extérieures sont façonnées par deux forces, levent solaire et la gravité du Soleil. Ainsi, si la limite de l'influence du vent solaire s'arrête à l'héliopause après près de quatre fois la distance du Soleil à Pluton, lasphère de Hill du Soleil — la plage effective de sa dominance gravitationnelle — s'étend jusqu'à mille fois plus loin et englobe l'hypothétiquenuage de Oort[286],[244]. Cela correspond à deuxannées-lumière, soit la moitié de la distance à l'étoile la plus procheAlpha Centauri, et pourrait s'étendre jusqu'à environ unparsec (3,26 al)[244].
Vue d'artiste (à gauche) et schéma (à droite) de laVoie lactée et de sesbras principaux indiquant la localisation du Système solaire. Sur le schéma, des segments partent en direction deconstellations.
La situation du Système solaire dans la Galaxie est probablement un facteur dans l'histoire évolutive du vivant surTerre. Son orbite est presque circulaire et est parcourue à peu près à la même vitesse que la rotation des bras spiraux, ce qui signifie qu'il ne les traverse que rarement[295],[296]. Étant donné que les bras en spirale abritent une concentration beaucoup plus grande desupernovas potentiellement dangereuses — car générant des rayonnements et des instabilités gravitationnelles —, cette disposition a permis à la Terre de connaître de longues périodes de stabilité interstellaire, permettant que lavie apparaisse et se développe[295].
Le Système solaire orbite également en périphérie de la Galaxie, loin du centre galactique dont la densité d'étoiles est beaucoup plus élevée autour dutrou noir supermassif centralSagittarius A*, d'une masse de plus de quatre millions de fois celle du Soleil[287]. Près du centre, l'influence gravitationnelle des étoiles proches perturberait plus souvent lenuage de Oort et propulserait plus de comètes vers leSystème solaire interne, produisant des collisions aux conséquences potentiellement catastrophiques[66]. À l'échelle du temps devie du Système solaire, un croisement d'une autre étoile à 900 au reste cependant statistiquement possible et provoquerait de tels effets[66]. Le rayonnement intense du centre galactique pourrait également interférer avec le développement de formes de vie complexes[295]. Même à l'emplacement actuel du Système solaire, certains scientifiques émettent l'hypothèse que les supernovas récentes auraient pu nuire à la vie au cours des 35 000 ans passés, en émettant des morceaux de cœur stellaire vers le Soleil sous forme de poussières radioactives ou de corps ressemblant à des comètes[297].
Schéma des étoiles dans le voisinage du Système solaire.
Le Système solaire se trouve dans lenuage interstellaire local, ou peluche locale, une zone relativement dense à l'intérieur d'une région qui l'est moins, laBulle locale[66]. Cette dernière est une cavité dumilieu interstellaire en forme de sablier d'environ 300 années-lumière (al) de large[298]. La bulle contient duplasma à haute température et très dilué, ce qui suggère qu'elle est le produit de plusieurs supernovas récentes[298]. Le système est également à proximité dunuage G voisin, mais il n'est pas déterminé avec certitude si le Système solaire est totalement intégré dans le nuage interstellaire local ou s'il se trouve dans la région où le nuage interstellaire local et lenuage G interagissent[299],[300].
Les études demétéorites révèlent des traces d'éléments qui ne sont produits qu'au cœur d'explosions d'étoiles très grandes, indiquant que le Soleil s'est formé à l'intérieur d'unamas stellaire et à proximité desupernovas[315],[316],[317]. L'onde de choc de ces supernovas aurait peut-être provoqué la formation du Soleil en créant des régions de surdensité dans la nébuleuse environnante, permettant à la gravité de prendre le dessus sur la pression interne du gaz et d'initier l'effondrement[318]. Cependant, la présence d'une supernova à proximité d'undisque protoplanétaire reste fortement improbable et d'autres modélisations sont proposées[319].
Image de disques protoplanétaires de lanébuleuse d'Orion prise par letélescope spatialHubble ; cette « pépinière d'étoile » est probablement similaire à la nébuleuse primordiale à partir de laquelle s'est formé le Soleil.
La région qui deviendra le Système solaire, ounébuleuse solaire[320], a un diamètre entre 7 000 et 20 000 au[314],[321] et une masse très légèrement supérieure à celle du Soleil, avec un excès de 0,001 à 0,1 masse solaire[307]. Au fur et à mesure de son effondrement, la conservation dumoment angulaire de la nébuleuse la fait tourner plus rapidement et, tandis que la matière secondense, lesatomes entrent en collision de plus en plus fréquemment[316],[312]. Le centre, où la plupart de la masse est accumulée, devient progressivement plus chaud que le disque qui l'entoure[316],[314]. L'action de la gravité, de la pression gazeuse, deschamps magnétiques et de la rotation provoque l'aplatissement de la nébuleuse en undisque protoplanétaire en rotation d'un diamètre d'environ 200 au et entourant uneproto-étoile dense et chaude[314],[312],[322],[323]. Après des millions d'années, la pression et la densité de l'hydrogène au centre de la nébuleuse deviennent suffisamment élevées pour que laprotoétoile initie lafusion nucléaire, accroissant sa taille jusqu'à ce qu'unéquilibre hydrostatique soit atteint, lorsque l'énergie thermique contrebalance la contraction gravitationnelle ; ces réactions alimenteront l'étoile en énergie pour environ 12 Ga[311],[324].
Vue d'artiste de la formation deplanétésimaux par collisions dans le disque protoplanétaire.
Les autres corps du Système solaire se forment ensuite à partir du reste du nuage de gaz et de poussières[325],[326]. Selon les modèles actuels, ceux-ci prennent forme paraccrétion : des grains de poussière en orbite autour de la protoétoile centrale s’agglutinent et deviennent des amas de quelques mètres de diamètre formés par contact direct, puis entrent en collision pour constituer desplanétésimaux de plusieurs kilomètres de diamètre[316],[312],[325],[327].
Le Système solaire interne est alors trop chaud pour que lesmolécules volatiles telles que l'eau ou leméthane se condensent : les planétésimaux qui s'y forment sont donc relativement petits, représentant environ 0,6 % de la masse du disque[314], et principalement formés decomposés àpoint de fusion élevé, tels lessilicates et lesmétaux. Ces corps rocheux deviennent à terme lesplanètes telluriques[64],[312],[325]. Plus loin, les effets gravitationnels de Jupiter empêchent l'accrétion des planétésimaux, formant laceinture d'astéroïdes[328]. Encore plus loin après laligne des glaces, là où les composés glacés volatils peuvent rester solides, Jupiter et Saturne deviennent desgéantes gazeuses et deviennent suffisamment massives pour capturer directement l'hydrogène et l'hélium depuis la nébuleuse[64],[326]. Uranus et Neptune capturent quant à elles moins de matière et sont principalementformées de glaces[325],[6],[329]. Leurs plus faibles densités suggèrent par ailleurs qu'elles possèdent une fraction plus faible de gaz capturés de la nébuleuse et donc qu'elles se sont formées plus tard[95]. Si les planètes telluriques ont peu de satellites, les planètes géantes possèdent des systèmes d'anneaux et de nombreusessatellites naturels. Nombre de ces derniers, dits« réguliers », proviennent du disque s'accrétant autour de chaque planète comme une formation d'unsystème planétaire en miniature[330],[331]. Les autres lunes seraient issues de collisions — par exemple, laformation de la Lune serait la conséquence d'unimpact géant — ou de captures d'astéroïdes[332],[331].
Le temps d'accrétion des planètes serait de l'ordre de quelques millions d'années, bien que les durées de ces scénarios d'accrétion restent contestées[312]. Il est possible que des planètes géantes se soient agrégées plus rapidement que celles telluriques et que Jupiter soit la plus vieille, atteignant le million d'années[333],[334]. Lorsque le Soleil se met à produire suffisamment d'énergie, ce qui est estimé à environ dix millions d'années après sa formation, levent solaire commence à emporter le gaz et les poussières du disque protoplanétaire, mettant fin à la croissance des planètes[64],[312],[335].
Simulation dumodèle de Nice montrant les planètes extérieures et la ceinture de Kuiper[336] : 1. Avant que Jupiter et Saturne n'atteignent une résonance de 2:1 ; 2. Après la diffusion vers l'intérieur des objets de la ceinture de Kuiper à la suite du déplacement orbital de Neptune ; 3. Après éjection des corps dispersés de la ceinture de Kuiper par Jupiter.
Les modèles actuels suggèrent que la densité de matière dans lesrégions externes du Système solaire est trop faible pour expliquer la formation de grands corps comme les planètes géantes de glace paraccrétion de cœur[337]. Ainsi, une hypothèse privilégiée pour expliquer leur apparition est qu'elles se sont formées plus près du Soleil, où la densité de matière était plus élevée, puis qu'elles ont ensuite réalisé unemigration planétaire vers leurs orbites actuelles après le retrait du disque protoplanétaire gazeux[287],[338],[339],[340]. Le courant le plus largement accepté des explications sur les détails de cette hypothèse est lemodèle de Nice, qui explore l'effet d'une migration de Neptune et des autres planètes géantes sur la structure de la ceinture de Kuiper[341],[342],[343]. L'hypothèse duGrand Tack suggère par ailleurs que Jupiter et Saturne auraient pu migrer vers l'intérieur du Système solaire peu après leur formation, avant de migrer dans le sens inverse[332]. Ces migrations des planètes géantes auraient fortement influencé les trajectoires depetits corps du Système solaire et seraient à l'origine de la création de nombreuses comètes, entre autres[287],[244].
Le modèle de Nice permet également d'expliquer une période théorique de l'histoire du Système solaire qui se serait déroulée il y a approximativement 4,1 à 3,9 Ga, legrand bombardement tardif[344],[332],[345]. Celle-ci serait marquée par une notable augmentation des impactsmétéoriques oucométaires sur lesplanètes telluriques, découverte grâce à ladatation desroches lunaires rapportées lors duprogrammeApollo[133],[346]. En effet, la migration des planètes géantes aurait produit diversesrésonances, conduisant à déstabiliser lesceintures d'astéroïdes existantes à cette période[347],[348]. Cependant, l'existence d'un grand bombardement tardif vient à être sérieusement remise en cause ; il est par exemple défendu par certains astronomes que la forte concentration d'impacts mesurée à cette époque s'appuierait sur un prélèvement de roches dans un seul bassin d'impact lunaire[349],[350].
En somme, les premiers milliards d'années du Système solaire sont plus« violents » que ce qui est connu actuellement, caractérisés par de nombreuses collisions et changements d'orbites[316],[326],[351]. Toutefois, des phénomènes similaires continuent de se produire, bien que cela soit à une échelle plus faible[351]. Par ailleurs, les corps du Système solaire ont également connu des évolutions de leur structure interne : certains ont connu desdifférentiations et formé desnoyaux,manteaux etcroûtes planétaires, d'autres ont vu apparaître desocéans subglaciaires, commencé à générer desmagnétosphères ou encore développé puis maintenu uneatmosphère planétaire[352].
Vue d'artiste de la Terre lorsque le Soleil sera unegéante rouge.
Du fait de l'accumulation d'hélium dans le cœur de l'étoile, laluminosité solaire augmente lentement à l'échelle des temps géologiques. Ainsi, la luminosité va croître de 10 % au cours des1,1 milliard années à venir et de 40 % pendant les prochaines3,5 milliards d'années (3,5 Ga)[353]. Lesmodèles climatiques indiquent notamment que l'accroissement des radiations atteignant la Terre aura probablement des conséquences dramatiques sur la pérennité de son climat « terrestre », notamment la disparition des océans d'ici 1 à 1,7 Ga, qui précipitera le climat de la Terre dans celui detype vénusien et devrait faire disparaître toute forme simple devie à sa surface[354],[355].
Le Soleil entamera ensuite un nouveau cycle de fusion, l'hélium fusionnant en carbone dans son cœur, créant unflash de l'hélium, et l'hydrogène fusionnant en hélium dans une couche périphérique du cœur ; cela créera dans le même temps des expulsions de masse et unenébuleuse planétaire autour de l'étoile[357],[68]. Cependant, le manque de combustible empêchera ensuite decompenser la gravité par rayonnement et le Soleil s'effondrera sur lui-même pour devenir unenaine blanche très dense et peu lumineuse[357],[65]. Il se refroidira alors petit à petit pendant des milliards d'années et finira par ne plus fournir ni lumière ni chaleur au système planétaire, étant parvenu au stade denaine noire[357],[65],[356].
Les paramètres orbitaux des planètes et des planètes naines sont très stables à l'échelle des siècles et des milliers d'années, mais ils évoluent à des échelles de temps supérieures en raison de leurs interactionsgravitationnelles[37]. Les orbites tournent elles-mêmes autour du Soleil et divers paramètres oscillent, bien que leur agencement général soit stable depuis des milliards d'années[358]. L'excentricité de l'orbite terrestre, par exemple, oscille avec une période de2,4 millions d'années (Ma). L'évolution passée et future peut être calculée, mais pas au-delà d'une durée de 60 Ma en raison du caractèrechaotique de la dynamique du Système solaire — les incertitudes du calcul étant multipliées par dix tous les 10 Ma[50],[359],[360]. On peut cependant retrouver des caractéristiques plus anciennes de l'orbite terrestre (et d'autres planètes) grâce à l'enregistrement géologique duclimat et auxcycles de Milanković[37]. On obtient notamment qu'il y a 200 Ma, la période des oscillations de l'excentricité orbitale terrestre était de seulement 1,7 Ma, contre 2,4 Ma aujourd'hui[359],[360]. Par ailleurs, des oscillations plus fines ont été détectées, de périodes allant de 19 000 à 100 000 ans[37].
Les données contemporaines sont indiquées dans le tableau suivant :
Orbites des planètes et planètes naines du Système solaire
La distribution des planètes est ensuite théorisée comme suivant laloi de Titius-Bode, une relation empirique de la distribution des planètes selon unesuite arithmético-géométrique, ce qui est corroboré par deux découvertes majeures[50],[52]. En 1781,William Herschel observe ce qu'il pense être une nouvelle comète, mais dont l'orbite révèle qu'il s'agit d'une nouvelle planète,Uranus[392],[393]. En 1801,Giuseppe Piazzi découvreCérès, unpetit corps situé entre Mars et Jupiter qui est initialement considéré comme une nouvelle planète. Des observations ultérieures révèlent qu'en réalité des milliers d'autres objets existent dans cette région, ce qui conduit à leur reclassification commeastéroïdes[394],[153],[395].
Les écarts entre la position d'Uranus et les calculs théoriques de son orbite conduisent à suspecter qu'une autre planète, plus lointaine, en perturbe le mouvement[37],[396]. Les calculs d'Urbain Le Verrier permettent la découverte deNeptune parJohann Gottfried Galle en 1846, invalidant davantage la loi de Titius-Bode[397],[398]. Laprécession du périhélie de Mercure conduit également Le Verrier à postuler, en 1859, l'existence d'une planète située entre Mercure et le Soleil,Vulcain. Ceci s'avère finalement faux et ce phénomène est ensuite expliqué en 1915 comme untest expérimental de la relativité générale[37],[399],[400].
Les anomalies de trajectoire des planètes externes font émettre parPercival Lowell l'hypothèse d'uneplanète X[396]. Après sa mort, l'observatoire Lowell conduit une recherche qui aboutit à la découverte dePluton parClyde Tombaugh en 1930[401],[402]. Si Pluton est d'abord considérée comme plus grande que la Terre, sa taille est progressivement réévaluée à la baisse et l'objet est en réalité trop petit pour perturber les orbites des planètes géantes ; sa découverte est donc une coïncidence[20],[403],[400]. Comme Cérès, elle est d'abord considérée comme une planète avant d'être reclassifiée en 2006 commeplanète naine, à la suite de la découverte d'Éris, unobjet épars de taille similaire, en 2005[20],[404].
Plan datant de 1835. Uranus est indiquée sous le nom de son découvreur,Herschel, et quatre objets de la ceinture d'astéroïdes sont figurés.
Planisphère de 1850. Le nom permanent d'Uranus est maintenant adopté et Neptune est indiquée après sa découverte en 1846. De nombreux astéroïdes sont encore considérés comme des planètes.
Illustration de 1880 représentant les nombreux satellites naturels alors découverts et des mesures précises d'orbites.
Un point bleu pâle, photographie de la Terre (entourée d'un cercle) prise par la sondeVoyager 1, à six milliards de kilomètres de distance. Les raies lumineuses sont des pics de diffraction provenant du Soleil, situé sur la gauche[406].
Depuis le début de l'ère spatiale, de nombreuses missions d'exploration spatiale par dessondes spatiales sont mises en œuvre. Toutes les planètes du Système solaire ont été visitées à divers degrés par des sondes, faisant l'objet au minimum de prises de mesures et de photographies et recevant pour certaines desatterrisseurs, venus étudier les sols et lesatmosphères extraterrestres. De nombreux autres objets sont également étudiés de cette manière, comme le Soleil, des astéroïdes, des planètes naines, des comètes ou les satellites naturels de planètes[407],[408].
Le vol spatial prend son essor à la fin de laSeconde Guerre mondiale grâce aux avancéesallemandes dans le domaine desfusées[409]. L'histoire du vol spatial est ensuite marquée par une forte concurrence entre l'URSS et lesÉtats-Unis, appelée « course à l'espace » où, pour des motifs de prestige national liés à laguerre froide, les deux puissances investissent grandement afin d'être premiers à réaliser certains exploits[409],[410]. Le premier objet humain lancé dans l'espace est lesatellite soviétiqueSpoutnik 1, en 1957, qui orbite autour de la Terre pendant trois mois[411]. La sonde américaine de laNASAExplorer 6, lancée en 1959, est le premier satellite à renvoyer une image de la Terre prise de l'espace[412]. La première sonde à voyager avec succès vers un autre corps estLuna 1, qui survole la Lune en 1959 ; à l'origine, elle devait la percuter, mais manque sa cible et devient en conséquence le premier objet artificiel à entrer enorbite héliocentrique[409],[413].Mariner 2 est la première sonde à survoler une autre planète, Vénus, en 1962[414]. Le premier survol réussi de Mars est réalisé parMariner 4 en 1964[415], tandis que Mercure est approchée pour la première fois parMariner 10 en 1974[416],[417].
La première sonde à explorer les planètes externes et leur système de satellites estPioneer 10, qui survole Jupiter en 1973[418], tandis quePioneer 11 visite Saturne pour la première fois en 1979[419],[420]. Les deux sondes duprogrammeVoyager réalisent un survol de toutes les planètes géantes à partir de leur lancement en 1977. Elles survolent Jupiter en 1979 et Saturne en 1980 et 1981.Voyager 1 dévie pour survoler la lune de SaturneTitan tandis queVoyager 2 continue ensuite par un survol d'Uranus en 1986, et de Neptune en 1989[421],[422],[423]. Les sondesVoyager continuent ensuite leur chemin vers l'héliogaine et l'héliopause. La NASA confirme officiellement en 2012 queVoyager 1 se trouve alors à plus de18 milliards de kilomètres du Soleil et a quitté l'héliosphère, se trouvant donc désormais dans lemilieu interstellaire[424]. Le premier objet de la ceinture de Kuiper visité par une sonde est la planète naine Pluton, survolée parNew Horizons en 2015[425].
La première sonde à atteindre la surface d'un autre corps que la Terre estLuna 2, qui percute la Lune en 1959[434], tandis que le premieratterrissage sur la Lune sans dommage est réalisé parLuna 9 en 1966[435]. La surface de Vénus est atteinte en 1966 parVenera 3[436], celle de Mars en 1971 parMars 3[437] — le premier atterrissage sur Mars est réalisé parViking 1 en 1976 —[438], sur Titan en 2005 parHuygens[439]. L'orbiteurGalileo lâche également une sonde dans l'atmosphère de Jupiter en 1995, mais la planète ne possédant pas de surface à proprement parler, la sonde est détruite par la température et la pression lors de sa descente[429]. L'orbiteurCassini subit le même sort sur Saturne, en 2017[431].
L'exploration humaine du Système solaire est toujours limitée aux environs immédiats de la Terre[440]. Le premier être humain à atteindre l'espace, limite définie par laligne de Kármán à 100 km d'altitude, et à orbiter autour de la Terre, est lecosmonaute soviétiqueYouri Gagarine, le, lors du volVostok 1[409],[441]. Le premier homme à marcher sur une autre surface du Système solaire est l'astronaute américainNeil Armstrong, qui atterrit sur la Lune le lors de la missionApollo 11[442],[443]. La premièrestation orbitale pouvant héberger plus d'un passager est la soviétiqueSaliout 1, qui accueille un équipage de trois astronautes en 1971[444]. La première station permanente est la station spatiale soviétiqueMir, qui est occupée en continu entre 1989 et 1999[445]. Ces stations, nées des luttes idéologiques, laissent ensuite place à une collaboration internationale pour laStation spatiale internationale, hébergeant une présence humaine dans l'espace depuis 1998[446],[447].
Cette section présente une sélection d'objets du Système solaire ordonnés par taille décroissante. Seuls figurent ceux dont il a été réalisé une photographie en bonne qualité, notamment grâce à l'exploration spatiale. Ainsi, certains objets omis sont plus grands que beaucoup d'autres listés ici, dontÉris,Hauméa,Makémaké ouNéréide.
Objets choisis du Système solaire par taille décroissante
↑Unmoyen mnémotechnique pour retenir les huit planètes par ordre de distance croissante avec le Soleil est la phrase suivante, qui comprend leurs huit initiales :« MEs Vieilles Tortues MArchent Justement Sur Un Ninja »[7].
↑Comme les planètes géantes n'ont pas de surface à proprement parler, cette mesure est évaluée là où la pression vaut1 bar.
↑Comme les planètes géantes n'ont pas de surface à proprement parler, cette mesure est évaluée là où la pression vaut1 bar.
↑La rotation d'Uranus est considérée par convention comme étant rétrograde, l’inclinaison de son axe est supérieure à 90°. On pourrait dire que son axe est incliné de « -82,23° ».
La version du 27 juillet 2021 de cet article a été reconnue comme « article de qualité », c'est-à-dire qu'elle répond à des critères de qualité concernant le style, la clarté, la pertinence, la citation des sources et l'illustration.
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