Physique du primaire et du collège · Grades 1–9

26Le Système solaire

La Terre, tu le sais, fait chaque année un tour autour du Soleil. Mais voyage-t-elle seule ? Lève les yeux par un soir clair : parmi les scintillements fixes, quelques points brillants se déplacent lentement de semaine en semaine. Les Anciens les appelaient les vagabondes ; nous les appelons les planètes — des mondes qui tournent autour du même Soleil que nous.

26.1 Une étoile, huit planètes

Définition 26.1 (Étoile)

Une étoile est une gigantesque boule de matière incandescente qui fabrique sa propre lumière — une véritable source de lumière. Le Soleil est une étoile : notre étoile, assez proche pour réchauffer nos visages. (Les autres étoiles de la nuit auront un chapitre à elles l’an prochain.)

Définition 26.2 (Planète)

Une planète est un monde vaste et rond qui voyage autour d’une étoile et ne fabrique aucune lumière — nous voyons les planètes, comme nous voyons la Lune, grâce à la lumière du Soleil qu’elles renvoient. La Terre est une planète.

Définition 26.3 (Le Système solaire)

Le Système solaire est le Soleil avec tout ce qui voyage autour de lui : les huit planètes — dans l’ordre : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune — ainsi que leurs lunes et une foule de rochers et de boules de glace plus petits.

Le Soleil et ses huit planètes, dans l’ordre — dessinées ici coude à coude, alors qu’en vérité chaque orbite se trouve très, très loin au-delà de la précédente.

Proposition 26.4 (Les habitudes des planètes)

Les planètes ont des habitudes bien rangées : chacune voyage autour du Soleil sur sa propre route presque circulaire, toutes tournent dans le même sens, et toutes les routes se trouvent à peu près dans un même plan — comme des anneaux tracés sur un seul plateau de table. Et plus la route d’une planète est éloignée du Soleil, plus un tour lui prend de temps : Mercure boucle son tour en $88$ jours, la Terre en un an, la lointaine Neptune en $165$ ans.

Exemple 26.5 (Planètes rocheuses et géantes gazeuses)

Les quatre planètes intérieures — Mercure, Vénus, la Terre, Mars — sont des boules de roche, petites et solides : des mondes sur lesquels on pourrait se tenir debout. Les quatre extérieures — Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune — sont les géantes : d’énormes boules faites surtout de gaz épais, sans le moindre sol où poser le pied. Jupiter, la plus grosse, pourrait avaler plus de mille Terres ; Saturne porte ses célèbres anneaux brillants — d’innombrables petits morceaux de glace qui tournent autour d’elle comme une foule de minuscules lunes.

Les vrais visages du Soleil et de ses huit planètes, photographiés par des sondes spatiales (les tailles et les distances ne sont pas à l’échelle ; Vénus est montrée sous forme de carte radar — ses nuages cachent le sol). Photos : NASA (domaine public). — le Soleil, notre étoile

Exemple 26.6 (Les lunes ne sont pas des planètes)

Notre Lune tourne autour de la Terre, et non directement autour du Soleil — ce n’est donc pas une planète mais une lune, la compagne d’une planète. D’autres planètes ont leurs propres lunes : Mars en a deux petites, Jupiter et Saturne des dizaines chacune. Une lune appartient à sa planète ; la planète appartient au Soleil.

26.2 Ce que veut dire « loin »

Méthode 26.7 (Une maquette à l’échelle du Système solaire)

Les distances entre les planètes sont énormes — des millions de kilomètres. Pour les ressentir, construis dans un parc une maquette à l’échelle du Système solaire, en réduisant toutes les tailles et toutes les distances du même facteur :

que le Soleil soit un ballon de football posé à l’entrée ;
alors la Terre est un grain de poivre — et, pour la placer honnêtement, il faut marcher environ $30$ grands pas depuis le ballon ;
Mercure, une tête d’épingle, se tient à environ $12$ pas du ballon ; Jupiter, une bille, à environ $150$ pas ; Neptune, une petite perle, à environ $900$ pas — presque un kilomètre plus loin !

Parcours-la, et tu ressentiras ce qu’aucun dessin ne montre : le Système solaire est presque entièrement vide, avec de minuscules mondes très éloignés les uns des autres. Dans cette maquette, un grand pas représente environ cinq millions de kilomètres d’espace réel.

La maquette à l’échelle : réduis le Soleil à un ballon de football, et le Système solaire tout entier tient dans un parc — tout juste.

Exemple 26.8 (Les vagabondes de notre ciel)

Vénus est souvent la première « étoile » du soir, éclatante à l’ouest après le coucher du Soleil — si brillante parce qu’elle est notre plus proche voisine, enveloppée de nuages blancs qui renvoient généreusement la lumière du Soleil. Mars luit d’un orange discret ; Jupiter et Saturne brillent d’un éclat régulier. Observe l’une d’elles pendant quelques semaines sur le fond des étoiles fixes : elle se déplace — ce vagabondage même qui a donné aux planètes leur nom ancien.

Remarque 26.9 (Une vieille image, redessinée)

Pendant la plus grande partie de l’histoire, on a placé la Terre au centre de tout, le Soleil, la Lune et les planètes tournant autour de nous. Les observateurs attentifs des vagabondes ont trouvé que cette image craquait — les planètes reculent parfois pendant un moment, chose difficile à expliquer avec la Terre trônant au milieu. L’image centrée sur le Soleil que tu viens d’apprendre expliquait simplement ces errances, et elle compte parmi les idées les plus audacieuses que les humains aient jamais acceptées : notre demeure n’est pas le centre — c’est la troisième planète à partir du Soleil.

26.3 Exercices

Exercice 26.1 ★

Quelle est la différence entre une étoile et une planète ? Lequel des deux est le Soleil ? Et la Terre ?

Solution

Solution de Exercice 26.1.

Une étoile fabrique sa propre lumière ; une planète n’en fabrique aucune et voyage autour d’une étoile, ne brillant que par la lumière du Soleil qu’elle renvoie. Le Soleil est une étoile ; la Terre est une planète.

Exercice 26.2 ★

Récite les huit planètes dans l’ordre à partir du Soleil. Laquelle est la nôtre ?

Solution

Solution de Exercice 26.2.

Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune — la nôtre est la troisième, la Terre.

Exercice 26.3 ★

Quelles planètes sont petites et rocheuses ? Lesquelles sont les géantes gazeuses ? Nomme la plus grosse de toutes, et celle aux célèbres anneaux.

Solution

Solution de Exercice 26.3.

Rocheuses : Mercure, Vénus, la Terre, Mars. Géantes : Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. La plus grosse : Jupiter. Les anneaux : Saturne.

Exercice 26.4 ★

Pourquoi la Lune n’est-elle pas comptée parmi les planètes ? Autour de quoi tourne-t-elle ?

Solution

Solution de Exercice 26.4.

Elle tourne autour de la Terre, et non directement autour du Soleil — c’est donc une lune, la compagne d’une planète, et non une planète.

Exercice 26.5 ★

Mercure boucle son tour du Soleil en $88$ jours, la Terre en $365$ , Neptune en $165$ ans. Quelle habitude des planètes ces nombres montrent-ils ?

Solution

Solution de Exercice 26.5.

Plus la route est éloignée du Soleil, plus le tour est long : la proche Mercure file rapidement, la lointaine Neptune met des vies entières.

Exercice 26.6 ★

Dans la maquette du parc, qui joue le Soleil, et à combien de pas se tient la Terre ? De quoi le Système solaire est-il presque entièrement fait, en volume ?

Solution

Solution de Exercice 26.6.

Un ballon de football joue le Soleil ; la Terre (un grain de poivre dans la maquette) se tient à environ $30$ grands pas. En volume, le Système solaire est presque entièrement fait de vide.

Exercice 26.7 ★

Vénus brille avec éclat, et pourtant ce n’est pas une étoile. D’où vient sa lumière ? (Une vieille connaissance répond : pense à la Lune.)

Solution

Solution de Exercice 26.7.

Du Soleil : Vénus, comme la Lune, ne fait que renvoyer la lumière du Soleil — ses nuages blancs la renvoient si généreusement qu’elle éclipse toutes les vraies étoiles de notre ciel du soir.

Exercice 26.8 ★

Comment pourrais-tu savoir, en observant le ciel pendant quelques semaines, qu’un point brillant est une planète et non une étoile ?

Solution

Solution de Exercice 26.8.

En l’observant sur le fond des scintillements fixes pendant quelques semaines : une planète se déplace lentement — elle vagabonde — parmi eux, tandis que les vraies étoiles gardent leur place dans les figures du ciel.

Exercice 26.9 ★

Dans la maquette du parc, Jupiter se tient à environ $150$ pas et la Terre à environ $30$ . Combien de fois Jupiter est-elle à peu près plus loin du Soleil que la Terre ?

Solution

Solution de Exercice 26.9.

$150 \div 30 = 5$ : Jupiter est environ cinq fois plus loin du Soleil que la Terre.

Exercice 26.10 ★★

Un camarade dessine le Système solaire avec les huit planètes serrées autour du Soleil, comme la première image du chapitre, et demande pourquoi les sondes mettent des années à atteindre les planètes extérieures. Remets-le sur la voie avec la maquette du parc : sur quoi mentent presque tous les dessins du Système solaire, et pourquoi sont-ils bien obligés de mentir ?

Solution

Solution de Exercice 26.10.

Presque tous les dessins mentent sur les distances : à l’échelle, une page montrant l’orbite de Neptune réduirait les planètes à des poussières invisibles — les illustrateurs resserrent donc les orbites pour que les mondes soient visibles. En vérité — comme le montre la maquette parcourue à pied — les planètes voyagent dans un vide immense : même la lumière et les sondes rapides doivent traverser des centaines de « pas » de néant, ce qui prend des années.

Exercice 26.11 ★★

Quand on croyait la Terre au centre de tout, quelle énigme de l’observation du ciel craquait contre cette image ? Comment le fait de placer le Soleil au centre a-t-il dissous l’énigme — et que nous a coûté ce nouveau portrait en fierté ?

Solution

Solution de Exercice 26.11.

Les vagabondes reculent parfois pendant des semaines sur le fond des étoiles — chose maladroite à expliquer si tout tourne autour d’une Terre trônant au centre. Avec le Soleil au centre, ce recul devient un simple dépassement : la Terre, sur une route intérieure plus rapide, double une planète extérieure plus lente, qui semble alors glisser en arrière. Le prix : renoncer au centre — accepter que notre demeure soit la planète numéro trois.

Termes définis dans ce chapitre

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