Formation du Système solaire

Le récit

Un nuage qui s’est mis à tourner

Il y a environ 4,6 milliards d’années, en un point du disque de la Voie lactée, il y avait un grand nuage froid de gaz et de poussières. Il était fait surtout d’hydrogène et d’hélium, mais il contenait aussi des traces des éléments lourds produits par des étoiles mortes avant. Pour une raison quelconque, peut-être parce qu’une étoile voisine avait explosé et lui avait donné une poussée, ou parce que le nuage s’était simplement épaissi, une de ses parties a commencé à s’effondrer sur elle-même. La gravité, une fois de plus, était la grande actrice.

À mesure que le nuage se resserrait, il tournait de plus en plus vite, comme une patineuse qui rapproche ses bras. Un nuage qui tourne ne se rassemble pas en boule : il s’aplatit en un disque, avec un renflement au centre. Les scientifiques l’appellent la « nébuleuse solaire ». L’idée que le Système solaire soit né ainsi est ancienne : le philosophe Emmanuel Kant l’a proposée dès 1755 et le mathématicien français Pierre-Simon de Laplace l’a reprise en 1796.

Le Soleil au centre

Presque toute la masse du nuage, plus de 99 pour cent, a glissé vers le centre et a formé le Soleil. Avec ce poids, le centre s’est de plus en plus réchauffé, jusqu’à ce que la température soit assez élevée pour que la fusion de l’hydrogène commence. À partir de ce moment, le Soleil est devenu une vraie étoile. Aujourd’hui, il est déjà à la moitié de sa vie : dans environ cinq milliards d’années, il aura épuisé l’hydrogène de son noyau et deviendra une géante rouge.

Autour du Soleil, il est resté un disque de gaz et de poussière. Dans le disque, les grains se heurtaient et se collaient les uns aux autres, et devenaient de petits cailloux, puis des pierres, puis des corps gros comme des montagnes, appelés planétésimaux. Les plus gros planétésimaux attiraient les autres avec leur gravité et grossissaient de plus en plus. Les planètes géantes se sont formées en quelques millions d’années, ce qui est très peu pour l’astronomie ; les planètes rocheuses ont mis quelques dizaines de millions d’années.

Planètes rocheuses et planètes géantes

Près du Soleil, il faisait trop chaud pour que la glace reste solide. C’est donc là que se sont formées des planètes petites et rocheuses : Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Plus loin, au-delà d’une distance appelée « ligne des glaces », l’eau était gelée et il y avait beaucoup plus de matière solide. Là, les planètes ont grossi au point de capturer de grandes quantités d’hydrogène et d’hélium : Jupiter et Saturne sont nées, géantes de gaz, et plus loin Uranus et Neptune, géantes de glace.

Toute la matière n’est pas devenue une planète. Entre Mars et Jupiter, il est resté un grand nombre de fragments, qui forment la ceinture d’astéroïdes : Jupiter, avec sa gravité, les a empêchés de se réunir en une planète. Au-delà de Neptune se trouve la ceinture de Kuiper, avec Pluton et beaucoup de corps de glace, et bien plus loin, on pense qu’il existe un nuage de comètes, le nuage d’Oort. Les comètes sont les restes glacés de cette matière.

Comment pouvons-nous le savoir ?

Personne n’était là, bien sûr, mais les preuves sont nombreuses. Les météorites les plus anciennes, des morceaux de roche tombés sur la Terre depuis la ceinture d’astéroïdes, ont un âge que l’on mesure grâce aux atomes radioactifs : les grains les plus vieux de certaines d’entre elles remontent à 4,567 milliards d’années et sont considérés comme les premiers solides du Système solaire. De plus, toutes les planètes tournent autour du Soleil dans le même sens et presque dans le même plan, comme si elles étaient nées d’un seul disque.

Aujourd’hui, les télescopes, comme ALMA au Chili, arrivent à voir des disques de poussière autour de jeunes étoiles, qui ressemblent à des systèmes solaires en construction. La forme en anneaux de certains disques indique que des planètes s’y forment déjà. Pendant ce temps, les satellites ont découvert des milliers de planètes autour d’autres étoiles, les exoplanètes, et beaucoup de systèmes sont très différents du nôtre. Cela a montré que l’histoire du Système solaire n’est pas la seule possible et a obligé les scientifiques à revoir les détails du modèle.