Depuis des temps immémoriaux, les humains ont cherché la réponse à la naissance de l'Univers. Cependant, ce n'est qu'au cours des derniers siècles, avec la révolution scientifique, que les théories prédominantes ont été de nature empirique. C'est à cette époque, du XVIe au XVIIIe siècle, que les astronomes et les physiciens ont commencé à formuler des explications factuelles sur la façon dont notre Soleil, les planètes et l'Univers ont commencé.
En ce qui concerne la formation de notre système solaire, la vue la plus largement acceptée est connue sous le nom d'hypothèse nébulaire. Essentiellement, cette théorie affirme que le Soleil, les planètes et tous les autres objets du système solaire se sont formés à partir de matériaux nébuleux il y a des milliards d'années. Initialement proposée pour expliquer l'origine du système solaire, cette théorie est devenue une vision largement acceptée de la façon dont tous les systèmes stellaires ont vu le jour.
Hypothèse nébulaire:
Selon cette théorie, le Soleil et toutes les planètes de notre système solaire ont commencé comme un nuage géant de gaz moléculaire et de poussière. Il y a environ 4,57 milliards d'années, quelque chose s'est produit qui a provoqué l'effondrement du nuage. Cela aurait pu être le résultat d'une étoile qui passait, ou des ondes de choc d'une supernova, mais le résultat final était un effondrement gravitationnel au centre du nuage.
De cet effondrement, des poches de poussière et de gaz ont commencé à s'accumuler dans des régions plus denses. Au fur et à mesure que les régions plus denses attiraient de plus en plus de matière, la conservation de l'élan l'a fait commencer à tourner, tandis que l'augmentation de la pression l'a fait chauffer. La majeure partie du matériau s'est retrouvée en boule au centre tandis que le reste de la matière s'est aplati en disque qui a tourné autour. Alors que la balle au centre formait le Soleil, le reste du matériau se formerait dans le disque protoplanétaire.
Les planètes se sont formées par accrétion à partir de ce disque, dans lequel la poussière et le gaz ont gravité ensemble et ont fusionné pour former des corps de plus en plus grands. En raison de leurs points d'ébullition plus élevés, seuls les métaux et les silicates pourraient exister sous forme solide plus près du Soleil, et ceux-ci formeraient éventuellement les planètes terrestres de Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Parce que les éléments métalliques ne constituaient qu'une très petite fraction de la nébuleuse solaire, les planètes terrestres ne pouvaient pas devenir très grandes.
En revanche, les planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) se sont formées au-delà du point situé entre les orbites de Mars et Jupiter où le matériau est suffisamment froid pour que les composés glacés volatils restent solides (c'est-à-dire la ligne de givre). Les glaces qui formaient ces planètes étaient plus abondantes que les métaux et les silicates qui formaient les planètes intérieures terrestres, leur permettant de se développer suffisamment massivement pour capturer de grandes atmosphères d'hydrogène et d'hélium. Les débris restants qui ne sont jamais devenus des planètes se sont rassemblés dans des régions telles que la ceinture d'astéroïdes, la ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort.
En 50 millions d'années, la pression et la densité de l'hydrogène au centre de la protostar sont devenues suffisamment importantes pour qu'elle puisse commencer la fusion thermonucléaire. La température, la vitesse de réaction, la pression et la densité ont augmenté jusqu'à ce que l'équilibre hydrostatique soit atteint. À ce stade, le Soleil est devenu une étoile de la séquence principale. Le vent solaire du Soleil a créé l'héliosphère et a emporté le gaz et la poussière restants du disque protoplanétaire dans l'espace interstellaire, mettant ainsi fin au processus de formation planétaire.
Histoire de l'hypothèse nébulaire:
L'idée que le système solaire provenait d'une nébuleuse a été proposée pour la première fois en 1734 par le scientifique et théologien suédois Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, qui connaissait bien les travaux de Swedenborg, a développé la théorie et l'a publiée dans son Histoire naturelle universelle et théorie des cieux(1755). Dans ce traité, il a soutenu que les nuages gazeux (nébuleuses) tournent lentement, s'effondrent et s'aplatissent progressivement en raison de la gravité et forment des étoiles et des planètes.
Un modèle similaire mais plus petit et plus détaillé a été proposé par Pierre-Simon Laplace dans son traité Exposition du system du monde (Exposition du système du monde), qu'il a publié en 1796. Laplace a émis l'hypothèse que le Soleil avait à l'origine une atmosphère chaude étendue dans tout le système solaire, et que ce «nuage protostar» s'est refroidi et contracté. Alors que le nuage tournait plus rapidement, il a jeté des matériaux qui se sont finalement condensés pour former les planètes.
Le modèle nébulaire laplacien a été largement accepté au XIXe siècle, mais il a connu quelques difficultés assez prononcées. Le problème principal était la distribution du moment angulaire entre le Soleil et les planètes, que le modèle nébulaire ne pouvait pas expliquer. En outre, le scientifique écossais James Clerk Maxwell (1831 - 1879) a affirmé que les différentes vitesses de rotation entre les parties intérieure et extérieure d'un anneau ne pouvaient pas permettre la condensation du matériau.
Il a également été rejeté par l'astronome Sir David Brewster (1781 - 1868), qui a déclaré que:
«Ceux qui croient en la Théorie Nébulaire le considèrent comme certain que notre Terre a dérivé sa matière solide et son atmosphère d'un anneau jeté de l'atmosphère solaire, qui s'est ensuite contracté en une sphère terraqueuse solide, à partir de laquelle la Lune a été rejetée par le même processus… [Sous une telle vue] la Lune doit nécessairement avoir emporté l'eau et l'air des parties aquatiques et aériennes de la Terre et doit avoir une atmosphère.
Au début du XXe siècle, le modèle laplacien était tombé en disgrâce, ce qui a incité les scientifiques à rechercher de nouvelles théories. Cependant, ce n'est que dans les années 1970 que la variante moderne et la plus largement acceptée de l'hypothèse nébulaire - le modèle de disque nébulaire solaire (SNDM) - est apparue. Le mérite en revient à l'astronome soviétique Victor Safronov et à son livre Evolution du nuage protoplanétaire et formation de la Terre et des planètes (1972). Dans ce livre, presque tous les problèmes majeurs du processus de formation planétaire ont été formulés et beaucoup ont été résolus.
Par exemple, le modèle SNDM a réussi à expliquer l'apparition de disques d'accrétion autour de jeunes objets stellaires. Diverses simulations ont également démontré que l'accumulation de matière dans ces disques conduit à la formation de quelques corps de la taille de la Terre. Ainsi, l'origine des planètes terrestres est maintenant considérée comme un problème presque résolu.
Bien qu'à l'origine appliqué uniquement au système solaire, le SNDM a ensuite été pensé par les théoriciens comme étant à l'œuvre dans tout l'Univers et a été utilisé pour expliquer la formation de nombreuses exoplanètes découvertes dans notre galaxie.
Problèmes:
Bien que la théorie nébulaire soit largement acceptée, elle pose encore des problèmes que les astronomes n'ont pas été en mesure de résoudre. Par exemple, il y a le problème des axes inclinés. Selon la théorie nébulaire, toutes les planètes autour d'une étoile devraient être inclinées de la même manière par rapport à l'écliptique. Mais comme nous l'avons appris, les planètes intérieures et les planètes extérieures ont des inclinaisons axiales radicalement différentes.
Alors que les planètes internes varient de près de 0 degré, d'autres (comme la Terre et Mars) sont inclinées de manière significative (23,4 ° et 25 °, respectivement), les planètes externes ont des inclinaisons qui vont de l'inclinaison mineure de Jupiter de 3,13 °, à Saturne et Neptune plus inclinaisons prononcées (26,73 ° et 28,32 °), jusqu'à l'inclinaison extrême d'Uranus de 97,77 °, dans laquelle ses pôles sont constamment orientés vers le Soleil.
De plus, l'étude des planètes extrasolaires a permis aux scientifiques de remarquer des irrégularités qui mettent en doute l'hypothèse nébulaire. Certaines de ces irrégularités sont liées à l'existence de «Jupiters chauds» qui orbitent étroitement sur leurs étoiles avec des périodes de quelques jours seulement. Les astronomes ont ajusté l'hypothèse nébulaire pour tenir compte de certains de ces problèmes, mais n'ont pas encore répondu à toutes les questions périphériques.
Hélas, il semble que ce soient les questions qui ont à voir avec les origines auxquelles il est le plus difficile de répondre. Juste au moment où nous pensons avoir une explication satisfaisante, il reste ces problèmes gênants qu'il ne peut tout simplement pas expliquer. Cependant, entre nos modèles actuels de formation d'étoiles et de planètes et la naissance de notre univers, nous avons parcouru un long chemin. À mesure que nous en apprenons davantage sur les systèmes stellaires voisins et que nous explorons davantage le cosmos, nos modèles sont susceptibles de mûrir davantage.
Nous avons écrit de nombreux articles sur le système solaire ici à Space Magazine. Voici le système solaire, notre système solaire a-t-il commencé avec un petit coup?, Et qu'y avait-il avant le système solaire?
Pour plus d'informations, assurez-vous de vérifier l'origine du système solaire et la formation du soleil et des planètes.
Astronomy Cast a également un épisode sur le sujet - Épisode 12: D'où viennent les étoiles de bébé?
