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Image : ESO

Formation du système solaire

Un scénario courant sur la manière dont les corps célestes - comme les étoiles ou les planètes - se forment (non sans lacunes) est esquissé ci-dessous :

La nébuleuse de l'Hélice avec une naine blanche au centre
Image : NASA/JPL-Caltech

Des nuages de gaz et de poussière comme matériau de base

Entre les étoiles, dans l'espace interstellaire, se trouvent des nuages de gaz et de poussière. Les astronomes les appellent des nébuleuses. Elles sont principalement composées d'hydrogène et d'hélium et constituent le matériau de base pour de nouvelles étoiles et planètes. Lorsqu'une étoile se désintègre, une nébuleuse se forme également. Pour en savoir plus, voir Evolution stellaire. La nébuleuse la plus proche de la Terre est la nébuleuse de l'Hélice - elle se trouve à 700 années-lumière de nous et s'est formée lors de la désintégration d'une étoile. En son sein, on peut voir le vestige d'une naine blanche.

Un disque protoplanétaire se forme

En certains endroits, le nuage de poussière et de gaz est condensé par des turbulences et s'y effondre sous l'effet de sa propre gravité. La matière contractée donne naissance à des étoiles, comme notre Soleil.

Si la rotation du nuage était minime au début, elle s’accélère au fur et à mesure de la contraction. La raison en est une loi physique qui stipule que le moment cinétique d'un système est conservé. Nous connaissons cet effet chez les patineurs artistiques : Lors d'une pirouette, ils tournent d'abord lentement avec les bras tendus. Mais lorsqu'ils rapprochent leurs bras de leur corps, la rotation s'accélère. L'effet est d'autant plus grand que l'envergure initiale diffère de l'envergure finale.

Selon le même principe, la rotation d'un nuage de gaz s'accélère donc lorsqu'il se contracte. Le moment cinétique de l'énorme nuage est transmis à l'étoile relativement petite. Un soleil qui vient de se former tourne alors si vite qu'une partie de sa masse est expulsée vers l'extérieur, suivant la force centrifuge, et forme ainsi un disque perpendiculaire à l'axe de rotation du soleil. Cette éjection de masse finit par ralentir le Soleil en rotation rapide. Un disque de gaz se forme autour de l'étoile encore jeune ; c’est un disque protoplanétaire.

Des étoiles avec des disques protoplanétaires dans la nébuleuse d'Orion
Des étoiles avec des disques protoplanétaires dans la nébuleuse d'OrionImage : C.R. O’Dell/Rice University; NASA

Du grain de poussière à la planète

Avec le temps, le matériau du disque protoplanétaire se refroidit. Certains éléments se condensent lentement, les plus résistants à la chaleur à proximité du Soleil, les éléments plus volatils seulement à grande distance du Soleil. La composition chimique du disque se modifie ainsi de l'intérieur vers l'extérieur.

De plus en plus de particules de poussière condensée peuplent peu à peu le disque protoplanétaire. Ce faisant, les grains de poussière s'agglomèrent en de plus grands agglomérats de poussière (un processus qui se déroule également chez de nombreuses personnes derrière le canapé).

Ces boules de poussière finissent par former des corps de quelques kilomètres de diamètre, appelés planétésimaux. Ici, notre compréhension du plan de construction des planètes est encore lacunaire. On ne sait pas encore exactement comment ces planétésimaux peuvent s'assembler.

En entrant en collision avec d'autres morceaux, les planétésimaux grandissent, car leur force gravitationnelle maintient les partenaires de collision ensemble. Peu à peu, des objets solides de la taille d'une planète se développent. Comme le disque protoplanétaire s'épaissit vers l'extérieur, des planètes plus grosses se forment dans les régions extérieures qu'à proximité du Soleil. Lorsqu'un objet atteint le poids critique d'environ 10 masses terrestres, il commence également à accréter le gaz environnant du disque. Il se forme alors une géante gazeuse..

Ce scénario nous donne une image approximative de notre système solaire : Quatre petites planètes rocheuses dans la zone intérieure et quatre grandes planètes gazeuses dans la zone extérieure tournent autour du Soleil sur des orbites presque circulaires et perpendiculaires à l'axe de rotation de leur astre central.