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Le système solaire

Les planètes géantes (II)

Il existe 4 planètes géantes dites joviennes dans le système solaire : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Il faut placer Pluton, Eris et 2007 OR10 à part car elles sont toutes petites et ressemblent à la Lune; leur surface est gelée et ne sont pas constituées de gaz. On en reparlera.

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Ces 4 planètes géantes n'ont pas de surface solide. Si tu plonges avec un vaisseau spatial dans l'atmosphère de Jupiter ou de Saturne par exemple tu t'enfonceras sans jamais rencontrer le sol. Finalement tu ne pourras plus avancer parce que l'atmosphère sera devenue très dense; d'abord elle ressemblera à du brouillard puis à de la pluie très dense qui se transformera en mélange liquide et gélatineux pour devenir graduellement solide près du centre.

En même temps que tu plongeras dans cette atmosphère, la température augmentera pour finalement atteindre plus de 10000°C tout comme la pression qui augmentera jusqu'à des valeurs insoutenables qui écraseraient même la machine la plus résistance jusqu'à lui donner l'épaisseur d'une feuille de papier !

Entre-temps, au cours de ta descente, tu verras sans doute de nombreux éclairs et des orages, et tu seras probablement emporté(e) par des vents de tempête et des cyclones soufflant plus violemment que sur Terre, parfois à 2000 km/h ! Ce sont des mondes très inhospitaliers dans lesquels il est impossible de vivre et qu'il vaut mieux observer de loin, par exemple à travers un télescope.

Jupiter

Jupiter, Zeus, le dieu de l'Olympe, se trouve à 773 millions de km du Soleil soit 5 fois plus loin que la Terre et tourne autour du Soleil en un peu plus de 11 ans. Il tourne très vite sur lui-même : en 9h55 min contre 24 heures pour la Terre. Jupiter est la plus grande planète du système solaire. Il est entièrement composé de gaz : de l'hydrogène et de l'hélium comme le Soleil avec un peu de méthane et d'ammoniac au sommet de l'atmosphère formant ses fameuses ceintures colorées. On compte généralement trois ceintures sombres plus ou moins épaisses et colorées dans chaque hémisphère.

Jupiter est entouré de nuages colorés dont la température au sommet de l'atmosphère est d'environ -160°C. Au télescope son disque présente de larges bandes alternativement claires et sombres. Les zones claires sont situées 20 km plus haut que les ceintures sombres et sont également 9°C plus froides. Etant donné que Jupiter n'a pas de surface solide comme la Terre, comme on peut le voir dans une lunette ou un télescope, son globe est aplati aux pôles, l'équateur étant 10 % plus large que la distance d'un pôle à l'autre.

L'hémisphère Sud contient également un immense anticyclone permanent que l'on a baptisé la Grande tache rouge en raison de sa couleur. Cette tache est deux fois plus grande que la Terre. Elle tourne sur elle-même et devient parfois plus claire mais elle ne disparaît jamais; elle existe depuis plus de 400 ans ! On ignore en grande partie par quel mécanisme elle reste en place sans se dissiper.

Mais même s'il est composé de gaz légers, ce gaz a un poids; Jupiter est tellement volumineux et contient tellement de gaz qu'il est 318 fois plus lourd que la Terre qui contient pourtant des éléments en moyenne 5 fois plus lourds que ceux de Jupiter.

En fait si on rassemblait toutes les planètes, elles représenteraient seulement les 2/3 de la masse de Jupiter ! Il est si gros qu'il présente un diamètre équatorial de 142984 km contre 12756 km pour la Terre; on pourrait donc aligner 11 fois la Terre dans le diamètre de Jupiter et placer plus de 1000 Terre dans le volume de Jupiter ! C'est bel et bien une planète géante !

En fait, sur l'image présentée à gauche où on voit Jupiter et l'un des ses quatre plus gros satellites, la Terre serait seulement deux fois plus grande que le petit satellite !

Jupiter est si lourd que son noyau subit une pression de plusieurs millions d'atmosphères qui le réchauffe de l'intérieur : on estime que son noyau présente une température de 20000°C contre environ 5000°C dans le noyau de la Terre. Globalement Jupiter émet deux fois plus de chaleur qu'il n'en reçoit du Soleil. Mais il n'est pas assez lourd pour briller tout à fait comme une étoile. Jupiter est en fait une étoile ratée. Il aurait dû peser encore plus lourd pour devenir un deuxième soleil...

Jupiter est si massif que sa force d'attraction n'attire pas qu'un seul satellite comme la Terre et la Lune mais il s'entoure d'au moins 69 satellites ! Quatre sont presque aussi gros que la Lune; ce sont Ganymède, Callisto, Europe et Io. On peut facilement les observer dans un petit télescope comme de petits points brillants ressemblant à des étoiles autour de Jupiter. Tu les verras bouger en quelques minutes.

A gauche, les 4 plus gros satellites de Jupiter comparés à la Grande tache rouge : de gauche à droite, Callisto, Ganymède, Europe et Io, le seul qui présente encore une activité volcanique. A titre de comparaison le point rouge est le petit satellite Amalthée. A droite, la Grande tache rouge est un anticyclone permanent deux fois plus grand que la Terre !

Parmi tous ses satellites, la plupart ressemblent à la Lune et sont criblés de cratères. Ils sont souvent gelés et couverts de glace. Seul Io est encore actif. Mesurant 3640 km de diamètre sa surface est couverte d'environ 300 cratères volcaniques (caldera) d'environ 40 km de diamètre. Une petite dizaine parmi eux crachent en permanence de la lave et du souffre donnant à la surface de Io une couleur jaune orangée qui rappelle une pizza, qui est aussi surnom que les astronomes ont donné à Io.

Enfin, en 1979 les astronomes ont découvert trois anneaux très fins et très sombres autour de Jupiter. Ils présentent une largeur moyenne de 6500 km pour seulement 30 km d'épaisseur. Ils sont constitués de petits pierres glacées. Mais cet anneau est invisible dans un petit télescope. L'anneau de Saturne est 10 fois plus large et 100000 fois plus dense.

A lire : Le tableau comparatif des paramètres des planètes

Saturne

Saturne, la planète aux anneaux... C'est vraiment la plus belle planète du système solaire.

Située deux fois plus loin du Soleil que Jupiter, Saturne est aussi 10 fois plus petite que lui ou 4.5 fois plus petite si on tient compte de ses anneaux.

Les anneaux sont tellement grands et brillants qu'une fois que tu les as observés tu ne peux plus te détourner de Saturne; c'est une planète captivante que tout le monde aime observer, même dans une petite lunette de 60 mm de diamètre.

Sous des apparences très jolies et calmes, l'atmosphère de Saturne subit de violentes tempêtes avec des vents soufflant à plus de 1800 km/h et des cyclones aussi grands que la Terre !

Comme Jupiter il s'agit d'une planète géante consituée de gaz. Au sommet des nuages la température est voisine de -130°C et augmente à mesure qu'on plonge dans l'atmosphère pour atteindre 30000°C dans le noyau. Comme Jupiter, Saturne est composée de gaz légers (hydrogène, hélium) mais sa masse ne représente que 95 fois celle de la Terre, elle est donc trois plus légère que Jupiter. C'est pourquoi, vu son diamètre de 120536 km et son poids "plume" Saturne flotterait sur l'eau, avec une densité moyenne de 0.71.

Le système des anneaux

On parle de système car il n'y a pas qu'un seul anneau mais d'innombrables, presque une infinité. Les anneaux de Saturne sont uniques dans le système solaire car ils sont à la fois très étendus et très brillants. Depuis la Terre on a l'impression qu'il n'y a qu'un seul anneau lisse et bien compact. En réalité, comme ceux de Jupiter, ces anneaux ne forment pas une surface compacte et unie. Il s'agit de cailloux de toutes dimensions et glacés rassemblés sous l'effet de la gravité. Il est même probable qu'en voyageant très lentement on puisse traverser les anneaux sans faire d'accident. Ceci dit, c'est unx expérience que les astronautes ne feraient jamais sauf dans un programme de simulation ou au cinéma !

Illustrations artistiques de la structure des anneaux. Vus de loin ils semblent former un anneau lisse et continu mais vu de près on découvre des rochers séparés. Documents Bonestell Space Art, T.Lombry et Ron Miller.

En fonction de leur éclat, les annneaux ont été divisés en différentes parties, de l'extérieur à l'intérieur : l'anneau A; l'anneau B, le plus brillant; l'anneau C le plus sombre et l'anneau D qui touche presque l'atmosphère supérieure de Saturne.

On ne sait pas exactement comment les anneaux se sont formés. Ils sont peut-être les résidus de la collision de deux astres ou d'une lune qui ne s'est jamais formée. Une seule chose est sûre, à l'endroit où ils sont aucun satellite ne peut se maintenir car l'attraction de Saturne le détruirait et il se disperserait autour de Saturne en formant justement un anneau.

Saturne étant penchée sur son orbite, ses anneaux sont également inclinés de 26.7° par rapport au plan orbital de la planète. En tournant autour du Soleil en 29 ans et demi, tous les 15 ans environ les anneaux passent dans le plan de l'orbite terrestre et puisqu'ils sont alors alignés avec la Terre, ils deviennent invisibles durant quelques mois. 

Bien qu'ils soient très vastes (650000 km d'une extrémité à l'autre) tout d'un coup Saturne perd son anneau et même dans un grand télescope on ne les voit plus tellement ils sont minces : 1.3 km d'épaisseur ! Si tu représentes l'anneau en petit, ils ne sont pas plus épais qu'une feuille de papier à cigarette !

Sur l'image de gauche prise par le Télescope Spatial Hubble, on peut observer l'ouverture progressive des anneaux entre 1996 (en bas) et 2001 (en haut).

Parmi les 62 satellites et quelques qui tournent autour Saturne, Titan est le plus intéressant et il est visible comme un petit point brillant dans un petit télescope. Il est recouvert d'une atmosphère orange consituée pour 80 % d'azote, d'un peu d'argon et de méthane. Il cacherait des lacs de méthane dans lequels ou sur les bords desquels les astronomes espèrent trouver des traces de vie primitive. Mais ce n'est pas certain car il fait -179°C sur le sol de Titan... et en principe aucun organisme ne pourrait survivre par ce froid. Tout ce qu'on pourrait éventuellement y trouver ce sont des molécules organiques plus ou moins complexes. Si on trouve mieux que cela (une forme de vie très primitive), ce sera fantastique. Mais pour le savoir il faudrait retourner sur Titan et ce n'est pas prévu au programme avant longtemps.

Uranus photographié en infrarouge au Keck II (10m) avec un eoptique adaptique le 10 novembre 2004

Uranus

Cette planète est presque 5 fois plus grosse que la Terre et 14.5 plus lourde. Elle se trouve à environ 2.9 milliards de km du Soleil, si loin qu'il lui faut 84 ans pour tourner autour du Soleil, contre 1 an pour la Terre !

Uranus est la dernière planète visible à l'oeil nu comme une pâle étoile de magnitude 5.5. Elle mesure 51118 km de diamètre et présente une belle couleur bleue-verdâtre.

Bizarrement, alors que toutes les planètes tournent sur elles-mêmes autour d'un axe presque vertical, Uranus est inclinée de 98° sur son orbite, si bien qu'elle roule plus qu'elle ne tourne ! Pendant 42 ans on peut ainsi observer son pôle Nord juste au centre du disque tandis que pendant ce temps son pôle Sud ne voit jamais le Soleil et doit affronter un hiver avec des températures de -223°C !

Comme Jupiter, l'atmosphère d'Uranus est composée d'hydrogène, d'hélium et d'un peu de méthane. Si son atmopshère est gazeuse, par contre son noyau est solide et présente une température de 10000°C.

Uranus est une planète calme. On a découvert dans son atmosphère des couches nuageuses en altitude. Bien plus pâles que celles de Jupiter et de Saturne, elles se déplacent d'est en ouest à une vitesse qui ne dépasse pas 576 km/h tandis que la vitesse moyenne des vents est de l'ordre de 360 km/h.

En 1977, les astronomes ont découvert des anneaux autour d'Uranus. On en compte aujourd'hui 13 et ils ressemblent à ceux de Saturne mais ils sont beaucoup plus pâles. L'anneau le plus brillant s'appelle espilon. Sa largeur varie entre 20 et 100 km pour une épaisseur maximale de 150 m.

Uranus étant une grosse planète, elle s'entoure de 27 satellites dont 5 sont visibles dans un télescope d'amateur comme des petits points très pâles. Tous ressemblent à la Lune et mesurent entre quelques dizaines et quelques centaines de kilomètres de diamètre.

Les anneaux d'Uranus

A gauche, le système d'anneaux photographié en infrarouge par le Télescope Spatial Hubble en 1998. A droite, on découvre les bandes de poussières qui composent les anneaux.

Neptune

Neptune est invisible à l'oeil nu. Elle fut découverte en 1846 par Urbain Le Verrier parce que quelque chose perturbait l'orbite d'Uranus. L'astronome fit alors des calculs et localisa par écrit la planète avant de l'observer au télescope. C'est une planète de magnitude 7.8 et presque deux fois plus petite que Saturne (2.9" contre 5").

Située à 4.5 milliards de km du Soleil, 30 fois la distance de la Terre au Soleil, Neptune met un peu plus de 164 ans pour tourner autour de lui. Elle est presque aussi grosse qu'Uranus avec un diamètre de 49528 km. Elle est 17 fois plus lourde que la Terre.

Comme toutes les planètes géantes, l'atmosphère de Neptune est principalement composée d'hydrogène et d'hélium complété d'un peu de méthane. La température au sommet des nuages est d'environ -222°C et se réchauffe à mesure qu'on s'enfonce dans l'atmosphère. Son noyau est volumineux et s'étend jusqu'au 2/3 de son rayon.

Comme sur Uranus, le méthane absorbe surtout la lumière rouge émise par le Soleil, réfléchissant la lumière bleue, donnant à Neptune une belle couleur bleue.

Les vents y soufflent violemment avec une vitesse qui atteint localement 2000 km/h dans les taches sombres ! On observe également des nuages blancs constitués de méthane dans son atmosphère. Ils ressemblent à nos cirrus d'altitude. Aucun de ces nuages n'est permanent et il arrive que Neptune présente un disque uniformément bleu sans aucun détail.

Les satellites

Neptune s'entoure de 14 satellites. Triton et Néréide étaient les seuls connus jusqu'en 1989. Triton est le plus curieux des satellites de Neptune. C’est le seul parmi les gros satellites du système solaire qui tourne autour de Neptune dans le sens opposé à celle de la rotation de la planète (mouvement rétrograde).

Avec un diamètre de 2705 km, Triton est aussi l'un des rares satellites encore actif avec Io, l'un des satellites de Jupiter.Sa température au sol est la plus froide du système solaire : -235°C ! Une immense calotte polaire recouvre son pôle sud de méthane et d'azote gelé. Elle s’étend presque jusqu'à l'équateur, entre -90° et... -15° de latitude !

Pluton

Jusqu'en 2006 c'était la dernière planète du système solaire. Elle appartient aujourd'hui à la famille des planètes naines car ses caractéristiques sont trop différentes de celles des autres planètes. Pluton se déplace sur une orbite inclinée et très allongée qui varie entre 4.3 et 7.4 milliards de km du Soleil, ce qui fait que durant 20 ans elle se situe devant Neptune ! Vu de si loin le Soleil ressemble presque à une étoile et brille 1500 fois moins que sur Terre ! Pluton est si lointaine que même la lumière qui pourtant voyage très vite, à 300000 km/s, met plus de 4h pour l'atteindre !

Pluton est moitié plus petite que Mercure avec un diamètre de 2370 km seulement et une masse 5 fois plus faible que celle de la Lune. Pluton s'entoure de 5 satellites. Le plus brillant est Charon, qui fut découvert en 1978. Il mesure 1208 km de diamètre. Vu sa couleur rouge, il s'agit probablement d'un petit astéroïde qui a été capturé par Pluton. Ce satellite présente une rotation synchrone, c'est-à-dire qu'il reste toujours au même endroit dans le ciel par rapport à la planète. Les derniers satellites furent découverts en 2005 grâce au Télescope Spatial Hubble.

A gauche, Pluton photographiée par la sonde New Horizons le 14 juillet 2015 à 450000 km de distance. A droite, la surface de Pluton photographiée le 14 juillet 2015 à 770000 km de distance. Les montagnes isolées atteignent 3500 m d'altitude et sont constituées de glace d'eau tandis que les plaines sont couvertes de méthane glacé mélangé à de l'azote et divers autres éléments relativement légers. Documents JHUAPL.

Malheureusement, perdu aux confins du système solaire, Pluton subit un hiver permanent plongeant sa surface par -220°C. Si lointain et si petit nous n'avons pas beaucoup d'images de Pluton ou de son satellite qui ressemblent souvent à des petites étoiles dans le ciel. C'est pourquoi les scientifiques ont pressé la NASA pour qu'elle accepte de lancer une sonde spatiale vers Pluton afin de la photographier et l'analyser.

La mission New Horizons fut lancée en 2006. Traversant le système solaire à plus 49000 km/h, au terme d'un voyage de 5 milliards de kilomètres, la sonde spatiale atteignit finalement Pluton le 14 juillet 2015, nous révélant un petit corps céleste tout en nuances de bruns, couvert de plaines et de montagnes glacées mais ayant relativement peu de cratères comparé à d'autres astres.

A présent la sonde New Horizons poursuit son voyage vers la Ceinture de Kuiper où se trouve des astéroïdes (des KBO et autres TNO) ainsi que des noyaux de comètes qu'elle devrait atteindre en 2026.

Taille d'Eris comparée à celle d'autres planètes et lunes du système solaire.

Eris et 2007 OR10

Découverte le 8 janvier 2005 par Michael Brown et son équipe grâce au télescope de 1.26 m du Mont Palomar, c'est également une planète naine. En fait il s'agit d'un tout petit corps de 2326 km de diamètre, soit à peine plus petit que Pluton (2370 km).

Si officiellement Eris est considérée comme une planète naine comme Pluton et Cérès, par leur composition et leurs caractéristiques Pluton et Eris appartiennent à la grande famille des objets de la Ceinture de Kuiper, les KBO, un immense disque de débris glacés qui s'étend jusqu'à environ 500 U.A. à partir de l'orbite de Neptune.

Eris orbite à une distance qui varie entre 5.8 et 14.5 milliards de kilomètres du Soleil, deux fois plus loin que Pluton. A cette distance, le Soleil doit apparaître comme une tête d'épingle. Sa surface est la plus froide du système solaire, avec une température qui ne dépasse pas -243°C !

Eris accomplit un tour complet autour du Soleil en... 577 ans ! Elle se situe aujourd'hui dans la constellation de la Baleine. Trop petite et trop éloignée, elle est invisible dans un télescope amateur car sa magnitude est d'environ +19 seulement.

Autre particularité, comme Pluton ou Sedna, Eris tourne autour du Soleil sur une orbite très allongée et inclinée, comme celle des comètes et des astres de la famille des KBO. De plus, le 10 septembre 2005 les astronomes ont découvert qu'Eris disposait d'un satellite qu'ils ont baptisé Dysnomie. Cette lune est 7 fois plus petite qu'Eris et mesure environ 325 km de diamètre.

Enfin, en plus des planètes naines que sont Pluton, Eris, Charon et Cérès, il y a "2007 OR10" surnommée "Snow White" (Blanche Neige) en raison de la couleur blanche de sa surface. Cette planète naine mesure environ 1535 km de diamètre et gravite sur une orbite très allongée et inclinée au-delà de Sedna comme on le voit ci-dessous.

A gauche, la planète naine Eris et son satellite Dysnomie. A droite, les orbites des planètes naines du système solaire.

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