Cours : L'Univers et le Système solaire

La formation de l’Univers et du Système solaire

La formation de l’Univers

Au XX^e siècle, les scientifiques ont découvert que l’Univers était en constante expansion. En effet, les astrophysiciens ont constaté que les galaxies composant notre Univers s’éloignent les unes des autres.

Par conséquent, si on remonte le temps, on peut supposer que l’Univers était plus petit, jusqu’à n’être qu’un point. C’est la théorie du big bang que l’on peut traduire en français par le « grand boum ». Le début du big bang aurait été marqué par une explosion fulgurante de matière, il y a environ 13,7 milliards d’années.

Le Système solaire fait partie de cet Univers en expansion. Mais il est beaucoup plus jeune, puisqu’il a seulement 4,6 milliards d’années.

La formation du Système solaire

À retenir

Après le big bang, le Système solaire s'est formé en deux temps : d’abord par la naissance du Soleil, puis par l’apparition des planètes du Système solaire.

Le Système solaire s’est formé à partir d’un immense nuage de gaz (hydrogène et hélium) et de poussière qui s’est mis à tourner sur lui-même sous l’effet de la gravitation. En tournant, les matériaux se sont condensés, regroupés et agglomérés progressivement jusqu’à provoquer une explosion au centre du nuage.

• En effet, en se contractant, le cœur de la matière aurait fini par s’échauffer et cela aurait déclenché des réactions de fusion nucléaire libérant une énergie phénoménale donnant naissance à notre étoile : le Soleil.

Les gaz restants se sont éloignés du Soleil tandis que les poussières, lourdes, sont restées proches de celui-ci. À cette étape, le Soleil vient juste de naître mais les planètes n'existent pas encore.

Les poussières lourdes restées proches du Soleil se sont peu à peu condensées, regroupées et agglomérées pour former les planètes telluriques (Mercure, Vénus, la Terre et Mars). Les gaz restants, plus loin du Soleil, se sont également condensés, regroupés et agglomérés pour former les planètes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune).

À retenir

La première forme de vie sur Terre est apparue il y a environ 3,5 milliards d’années avec le développement de certaines formes cellulaires.

Les hominidés, la première forme de vie humaine, sont apparus il y a environ 7 millions d’années, alors que l’homo sapiens, notre espèce, a fait ses premiers pas il y a environ 200 000 ans !

La structure de l’Univers et du Système solaire

La structure de l’Univers

L’Univers est immense, on ne connaît pas ses limites, on peut même supposer qu’il est infini.

Même si l’Univers est essentiellement constitué de vide, on y trouve aussi de la matière : des étoiles, des gaz, des poussières et des roches. Toute cette matière est structurée en galaxies, en amas et en superamas de galaxies.

Définition

Galaxie :

Une galaxie est constituée d’étoiles, de gaz, de poussière et de roches.

La matière formant notre Univers se compose d’un nombre assez limité de types d’atomes différents : une centaine.
On retrouve toutefois régulièrement les mêmes éléments chimiques comme l’hydrogène, l’hélium, le carbone ou l’oxygène.

La galaxie où se trouve le Système solaire, et donc la Terre, s’appelle la Voie lactée. Cette galaxie a une forme de spirale. Il existe également des galaxies de type elliptique.

Sous l’effet de la gravitation, les galaxies peuvent se lier entre elles et former des amas de galaxies.

Définition

Amas de galaxies :

Un amas de galaxies comprend un millier de galaxies.

La structure du Système solaire

Il existe plusieurs systèmes planétaires dans lesquels des planètes tournent autour d’une étoile. Le nôtre s’appelle Système solaire.

Il est composé de plusieurs corps célestes dont une étoile, le Soleil, et huit planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Ces planètes tournent autour du Soleil selon une trajectoire elliptique. On peut également compter une ceinture d’astéroïdes qui se situe entre les planètes Mars et Jupiter.

• Dans le Système solaire, une ceinture d’astéroïdes se situe entre les planètes telluriques et les planètes gazeuses.

Définition

Ceinture d’astéroïdes :

La ceinture d’astéroïdes du Système solaire est un ensemble de petits corps rocheux en gravitation autour du Soleil.

Enfin, on remarque que plus une planète est éloignée de l’attraction du Soleil, plus elle possède de satellites. La Terre en possède un, la Lune, Mars en a deux, alors que Jupiter et Saturne en ont beaucoup plus.

Les distances entre ces différents astres sont trop importantes pour pouvoir les exprimer en mètre ou en kilomètre. C’est pour cette raison que, dans cette dernière partie, nous allons aborder les unités de distance utilisées en astronomie.

Les unités de distance en astronomie

L’Univers s’explore de l’infiniment petit (la taille du noyau d’un atome est de 10^-15 m) à l’infiniment grand (l’Univers mesure environ 10²⁶ m). L’Homme se situe entre ces deux valeurs extrêmes car il sait apprécier des distances de l’ordre du mètre. Pour pouvoir estimer des distances dans le Système solaire ou dans l’Univers, l’Homme peut utiliser les deux unités de mesure suivantes : l’unité astronomique ou l’année-lumière.

L’unité astronomique

Cette unité, notée « ua » est égale à la distance entre le Soleil et la Terre, soit environ 150 millions de kilomètres.
L’unité astronomique est bien adaptée aux distances dans le Système solaire.

• On estime la largeur du système solaire à environ 100 ua.

L’année-lumière

L’année-lumière, notée « al », est la distance parcourue par la lumière en un an.

Attention

L’année-lumière est une unité de longueur et non pas de temps !

Cette distance est égale à 9 460 528 000 000 km, soit environ 9,5 x 10¹² km sachant que :

• la lumière se propage à la vitesse de 300 000 km/s ;
• et dans une année, il y a 365 $\times$ 24 $\times$ 60 $\times$ 60 = 31 536 000 secondes.

Une année lumière correspond à environ dix mille milliards de kilomètres.

La vitesse de la lumière est adaptée à l’échelle de l’Univers pour estimer les distances entre les étoiles ou le diamètre d’une galaxie.

Exemple

• Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche de notre Soleil : elle se situe à 39 $\times$ 10¹² km.
  Cette valeur est difficile à imaginer. Il est plus simple de dire que Proxima se situe à 4,2 al du Soleil ; autrement dit, la lumière de Proxima du Centaure met un peu plus de 4 ans à nous parvenir.
• L’Amas de la Vierge, qui est un regroupement de galaxies, mesure 60 millions d’années-lumière.