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Combien y a t-il de planètes dans le système solaire ?

October 31, 2015

 

7,7, 11, 16, 6, 7, 11, 12, 13, 8, 10, 8, 9, 8 … Le nombre de planètes n’a cessé de changer au cours des siècles, reflétant les découvertes et l’évolution de notre compréhension de notre système solaire.

 

Pour les Anciens, les choses étaient claires. Le mot planètes, dérivé du grec « planêtês » désigne « les astres errants », c'est-à-dire ceux qui se déplacent sur la voûte céleste par opposition aux étoiles qui sont considérées comme fixes. Cette définition regroupe sept astres : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne, mais également le Soleil et la Lune. Conformément à la physique d'Aristote, ces sept planètes tournent autour de la Terre, qui elle, est immobile au centre de l'Univers. Ce modèle perdure pendant près de deux millénaires.

 

LES PREMIÈRES DÉCOUVERTES

C'est au XVIème siècle, avec la publication du De Revolutionibus de Copernic que la centralité de la Terre est remise en cause. Le Soleil cesse d’être une planète et la Terre en devient une, ce qui porte toujours à sept le nombre de planètes. Mais les idées de Copernic ne s’imposeront vraiment qu’au siècle suivant, avec les découvertes de Kepler et de Galilée. En 1609, l'astronome allemand découvre les lois mathématiques qui expliquent les mouvements des planètes, ce qui permet de leur associé un critère scientifique. L’année suivant, Galilée observe pour la première fois avec sa lunette quatre objets tournant autour de Jupiter. Le savant italien les nomme « astres médicéens » alors que Kepler les désigne déjà sous le terme de satellite. Au milieu de ce XVIIème siècle, le système solaire se compose alors de onze planètes, correspondant aux critères scientifiques de l'époque : six autour du Soleil, quatre autour de Jupiter et une autour de la Terre.

 

Le développement des instruments optiques va permettre ensuite de multiplier les découvertes. En 1655, Christiaan Huygens (1622-1695) découvre Titan autour de Saturne. Quelques années plus tard, Jean-Dominique Cassini (1625-1712) ajoute quatre satellites de plus à la planète aux anneaux : Japet en 1671, Rhéa en 1672, Téthys et Dionée en 1684. Le nombre de planètes passe alors à seize. Face à cette multiplication, Huygens propose de différencier les planètes en deux groupes : « primaires » et « secondaires », qui finiront par prendre le nom de planètes et satellites. Avec cette nouvelle définition, le nombre de planètes n’est plus que de six au début du XVIIIème siècle.

 

LA LOI DE TITIUS-BODE

En 1766, le mathématicien allemand Johann Titius (1729-1796) remarqua que la répartition des planètes semble suivre une formule mathématique particulière. Publiée en 1772 par son homologue Johann Bode (1747-1826), cette curiosité est nommée « loi de Titius-Bode ». Bien que sur le moment, personne ne prêta attention à cette loi, elle allait revenir sur le devant de la scène quelques années plus tard, avec la découverte d'Uranus. Cette dernière fut découverte par hasard, le 13 mars 1781, par l'anglais William Herschel (1738-1822). Ce fut une grande surprise pour la communauté scientifique, car avec une magnitude apparente de 6, Uranus est à peine visible à l’œil nu. Elle est donc la première véritable planète découverte au-delà de Saturne. Mais au-delà de cette surprise, c'est surtout sa distance qui étonne. Située à 19 UA du Soleil, Uranus multiplie par deux la taille du système solaire connu à l'époque.

 

Rapidement, on remarqua que la distance d'Uranus au Soleil était conforme aux résultats de la loi de Titius-Bode, qui venait par la même occasion d'acquérir un caractère prédictif. Il en fallait pas plus pour que les astronomes se lancent à la rechercher des planètes manquantes prédites par la fameuse loi, notamment celle située à 2,8 UA du Soleil entre Mars et Jupiter. En 1801, la découverte de Cérès par Giuseppe Piazzi (1746-1826), située à 2,77 UA, vient confirmer une fois de plus la loi de Titius-Bode.

 

Mais très vite, d’autres objets font leurs apparitions, tous situés sur des orbites proches entre Mars et Jupiter : Pallas en 1802, Junon en 1804 et Vesta en 1807. Officiellement, le nombre de planètes passe à onze. En 1860, plus d'une cinquantaine d'objet sont connus dans cette partie du système solaire. Il fallut se rendre à l'évidence, ces astres ne pouvaient pas être considérés comme des planètes. Sur proposition d'Herschel, ils seront nommés astéroïdes, littéralement « qui ressemble à une étoile » à partir de 1855. Le compteur des planètes revient alors à sept.

 

 

LA DÉCOUVERTE DE NEPTUNE

Afin d'étudier plus en détail l'orbite de la planète découverte par Herschel, Bode décide de se plonger dans les archives de ses prédécesseurs plutôt que d'attendre les 84 années que dure la révolution uranienne. Par chance, cette dernière avait déjà était observée en 1690 et 1756, mais sans être identifiée comme planète. Ces observations, combinées à celles d'Herschel permettent de calculer l'orbite complète de la planète. Curieusement, la position d'Uranus sur le ciel ne correspondait pas aux calculs. Les astronomes supposèrent alors l’existence d'un corps perturbateur, au-delà de l'orbite d'Uranus, situé à une distance de 38,8 UA du Soleil selon la loi de Titius-Bode.

LA PLANETE NEPTUNE PHOTOGRAPHIEE PAR VOYAGER 2 EN 1989, ET URBAIN LE VERRIER, SON DECOUVREUR EN 1846.

 

Les astronomes-mathématiciens John Couch Adams (1819-1892) et Urbain Le Verrier (1811-1877), se lancent indépendamment l'un de l'autre dans les calculs afin de déterminer la position et la masse de cette planète hypothétique. En 1845, l'anglais Adams termine le premier ses calculs, mais personne outre-Manche ne prit la peine de rechercher l'objet. L'année suivante, le français Le Verrier résout également le problème, et communique la position de la nouvelle planète à Johann Galle de l'Observatoire de Berlin. Le soir même où il reçoit le courrier, le 23 septembre 1846, Galle observe pour la première fois Neptune, à moins d'un degré de la position prédite par Le Verrier. C'est découverte est une grande victoire pour la loi de la gravitation universelle, qui avait déjà permit de prédire le retour des comètes. En revanche, elle sonne le glas pour la loi de Titius-Bode. En effet, jusque là, cette loi prédisait les distances des planètes avec une marge d'erreur de 5%. Mais dans le cas de Neptune, l'erreur était de 30%. Neptune ne situe pas à 38,8 UA du Soleil, mais sur sur une orbite quasi circulaire de 30,1 UA de rayon. Au moment de sa découverte, Neptune fut la treizième planète du système solaire avant de rétrograder à la huitième place lorsque le mot astéroïde entra en usage.

 

RECHERCHE VULCAIN DESESPEREMENT

Après les irrégularités d'Uranus, ce sont les irrégularités de Mercure qui vont relancer la recherche des planètes. Au milieu du XIXème siècle, la mécanique newtonienne échoue a expliquer pourquoi le point de l'orbite le plus proche du Soleil (le périhélie) de Mercure se déplace sur l'orbite de 43 secondes d'arc par siècle. Fort de son succès avec Neptune, Le Verrier conclut en 1859 qu'une planète supplémentaire, baptisé Vulcain, se situe entre le Soleil et Mercure. Il se lance alors dans les calculs pour débusquer cette planète mystérieuse. Après avoir publié ses calculs, Le Verrier est décoré en 1876 pour avoir résolu le problème de Mercure, alors que Vulcain ne fut jamais confirmé par l'observation. Les observations des deux éclipses totales de 1878 et 1901 confirmeront qu'il n'existe aucune planète à proximité du Soleil. En pratique, le problème du périhélie de Mercure sera résolu quatorze ans plus tard grâce à la théorie de la Relativité Générale. Cette nouvelle conception de la gravitation permet d'expliquer les anomalies de l'orbite de Mercure en raison de la courbure de l'espace-temps au voisinage du Soleil. En ce début de XXème siècle, le système solaire se résume ainsi : quatre planètes telluriques suivi par quatre planètes gazeuses, les deux groupes étant séparés par une ceinture d'astéroïdes. Mais dix ans plus tard, les choses allaient de nouveau changer.

 

UN NOUVEL INTRUS

Malgré la découverte de Neptune, de petites irrégularités étaient encore décelées dans la position d'Uranus. Certes, elles étaient bien moins importantes que dans le cas du périhélie de Mercure, mais elles étaient bien présentes sans pouvoir être expliquées. Il ne fallut pas attendre longtemps pour que l'idée d'une neuvième planète perturbatrice apparaisse. Deux hommes se lancent alors dans cette recherche : l'astronome William Henry Pickering (1858-1938) et Percival Lowell (1855-1916), un millionnaire passionné d'astronomie. Mais à la mort de Lowell, l'astre en question resté toujours introuvable malgré les nombreuses campagnes d'observation. Lowell a pris soin de laisser un héritage financier confortable pour que ses successeur poursuivent les recherches dans l’Observatoire qu’il avait fait construire à Flagstaff, en Arizona. En 1929, un fermier du Kansas de 23 ans et astronome amateur, Clyde Tombaught (1906-1997) est recruté à l'Observatoire Lowell pour reprendre la traque de la planète X. A cette époque, la rechercher de planète est réalisée en comparant des plaques photographies d'une même région du ciel prises à quelques jours d'intervalles. Ce travail ingrat échoua au jeune astronome amateur, qui compare des centaines de plaques pendant pratiquement une année, jusqu'au 18 février 1930 où il remarqua qu'un objet avait changé de position. Pluton venait d'être découverte.

PLUTON PHOTOGRAPHIEE PAR LA SONDE NEW HORIZONS EN JUILLET 2015, ET CLYDE TOMBAUGH, QUI L'A DECOUVERTE EN 1930.

 

Mais rapidement, cette nouvelle planète posa des problèmes. Faible luminosité, masse inférieur à celle de la Terre, Pluton ne pouvait pas être la planète X tant recherchée. Malgré cela, Pluton fut tout de même considérée comme planète, la neuvième au moment de sa découverte. Quant à Tombaught, il poursuivra inlassablement sa traque. Il découvre deux comètes, plusieurs centaines d’astéroïdes, mais aucune nouvelle planète. Le problème resta insoluble jusqu'en 1993, lorsqu'il fut démontré que les irrégularités d'Uranus étaient simplement dues à une méconnaissance de la masse des planètes géantes, et en particulier de celle de Neptune. C'est donc à partir de prédictions fausses que Pluton fut découverte.

 

LA CEINTURE DE KUIPER

Si la petite taille de Pluton est surprenante, ses caractéristiques orbitales le sont toutes autant : sa trajectoire très elliptique, inclinée de 17° sur l'écliptique, évoque plutôt celle d'une comète. Partant de l'idée d'Emmanuel Kant sur la formation du système solaire, à savoir que celui serait né de l'accumulation d'un grand nombre de petits corps dans une nébuleuse protoplanétaire, Kenneth Edgeworth (1880-1972) émet en1843 l'hypothèque qu'il doit exister un large réservoir cométaire qui se prolonge au-delà de l'orbite de Pluton. Cette idée est partageait par Gérard Kuiper qui émet une hypothèse semblable : il n'y a aucune raison pour que le système solaire s'arrête net à l'orbite de Pluton. D'ailleurs, l'étude des trajectoires cométaires suggèrent qu'il doit exister une ceinture de petits corps se prolongeant au-delà de l'orbite de la dernière planète. Les progrès technologiques aidant, une grande campagne d'observation est lancée à partir des années 1980 pour rechercher ces objets dits « transneptuniens ». Les découvertes ne se font pas attendre. Vingt ans plus tard, plus de 2000 objets sont connus.

POSITIONS DES OBJETS ACTUELLEMENT CONNUS AU-DELA DE  L'ORBITE DE JUPITER (LA PLUS PETITE ORBITE BLEUE). CARTE TELECHARGEABLE SUR LE SITE DU MINOR PLANET CENTER.

 

Ces nouvelles découvertes vont remettre en cause la définition des planètes. En effet, jusqu’en 1990, la séparation entre astéroïdes et planètes est bien claire. Pluton, la plus petite planète est deux fois plus gros que Cérès, le plus gros des astéroïdes. Aucune confusion n’est possible. De plus, la forte excentricité des orbites cométaires les empêchent elles aussi d'être confondu avec les planètes. Mais que faire de tous les transneptuniens, qui présentent des tailles intermédiaires comprise entre Cérès et Pluton ? Le coup de grâce arrive en 2005, avec la découverte d’Éris, dont les calculs montrent que ses caractéristiques sont extrêmement semblable à Pluton. Éris doit-il devenir la dixième planète ? Où faut-il le classer avec Pluton dans une nouvelle catégorie d'objets à définir ? Plus généralement, quels critères retenir pour définir une planète en ce début de XXIème siècle ?

 

RÉVOLUTION A PRAGUE

C’est dans ce contexte que s’est tenue l'assemblée générale de l'Union Astronomique Internationales (UAI) à Prague, en août 2006. La communauté astronomique devait se mettre d'accord sur la définition du mot planète et sur le statut de Pluton. Certains astronomes proposèrent de retenir un critère de sphéricité. Dans ce cas, pas moins de 53 autres objets pouvaient prétendre au titre de planète. D’autres proposent de retenir la définition qui fut celle du milieu du XIXème siècle, en distinguant les corps solitaires des familles d’objets partageant une orbite proche. Dans ce cas, que faire de Mars, Jupiter et Neptune qui possèdent toutes des satellites troyens, et qui du coup, seraient considérées comme astéroïdes ? Finalement, un consensus est trouvé autour de la définition d’un objet dominant par rapport à une population locale.

LE SYSTÈME SOLAIRE TEL QUE DÉFINI PAR L'UAI EN 2006 : IL SE COMPOSE DE 8 PLANÈTES ET DE 5 PLANÈTES NAINES.

 

Selon la résolution adoptée le 24 août 2006 par l'UAI, une planète est désormais un corps céleste qui est en orbite autour du Soleil, possède une masse suffisante pour que sa gravité propre l'emporte sur les forces de cohésion interne, ce qui lui donne une forme d'équilibre hydrostatique (presque sphérique), et a nettoyé l'environnement autour de son orbite. La résolution de l'UAI précise également le terme de « planète naine » comme un corps céleste qui est en orbite autour du Soleil, possède une masse suffisante pour que sa gravité propre l'emporte sur les forces de cohésion interne, ce qui lui donne une forme d'équilibre hydrostatique (presque sphérique), et n'a pas nettoyé l'environnement autour de son orbite, et n'est pas un satellite. Cette définition regroupe actuellement cinq objets : Cérès, Pluton, Hauméa, Makémaké et Éris. Mais dans les années à venir, une cinquantaine d'autres corps pourraient rejoindre cette nomenclature. Tous les autres objets orbitant autour du Soleil sont désignés collectivement comme des petits corps du système solaire, ce qui inclus les astéroïdes, les comètes et la plupart des objets transneptuniens. Ainsi, officiellement, le nombre de planètes autour du Soleil est revenu à huit … jusqu'au prochain rebondissement.

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