Vie et Mort du Système Solaire |
Voilà ce qui attend le Système Solaire |
B.R. - SCIENCE & VIE N°1193 > Février > 2017 |
Vie et Mort du Système Solaire |
Si Au commencement était un nuage. C'est de cette nébuleuse qu'est né, il y a 5 milliards d'années, le Soleil, puis son cortège de planètes. Mais notre étoile n'est pas éternelle. Dans 1,6 milliards d'années, elle entamera son déclin, avalant au passage notre petite planète.
Ce n'est pas une pluie banale qui a jaillit de ce nuage-là. L'histoire débute il y a 5 milliards d'années. Dans notre petit coin d'Univers se trouve un nuage de gaz froid. Moins de 500 millions d'années plus tard, il se sera muté en un système complexe composé de planètes telluriques (rocheuses) et de planètes gazeuses tournant autour d'une étoile, notre Soleil. Par quel prodige ? Les grandes lignes du récit sont connues. Le nuage, composé de 99 % de gaz et 1 % de poussières, se serait effondré sur lui-même donnant naissance à une étoile. Les observations ont confirmé que, sous l'effet de l'attraction gravitationnelle, les nébuleuses peuvent s'effondrer spontanément. A moins que ce ne soit une supernova, l'explosion d'une étoile en fin de vie, qui ait destabilisé notre nuage. Ce passage-là de l'histoire est encore flou mais la suite est mieux connue. 160.000 ans après l'effondrement, une boule de gaz se concentre au milieu du nuage. Notre futur Soleil...
A la manière d'un patineur sur glace qui tourne plus vite quand il ramène ses bras autour de lui, le Soleil entame alors une danse de plus en plus rapide au fur et à mesure que la gravité fait s'effondrer la matière vers son centre. Ponctuellement, comme d'autres étoiles en formation observées par nos télescopes, il éjecte de la matière brûlante le long de son axe de rotation. Le centre devient de plus en plus chaud et dense. La température monte à plusieurs milliers de degrés, l'astre se met à briller. Une brillance ardente, cent fois supérieure à celle que nous lui connaissons aujourd'hui. Bientôt, la température centrale dépasse les 10 millions de degrés. Des réactions de fusion nucléaire s'enclenchent. L'hydrogène capte un proton pour devenir deuterium, qui est transformé en hélium. Une énorme quantité d'énergie est émise, qui s'oppose à la force de gravité. L'effondrement s'arrête. Environ 50 millions d'années après sa naissance, le Soleil débute sa vie d'adulte, que les astrophysiciens appellent "la séquence principale".
DES COLLISIONS CONTINUELLES : Au cours de ces 50 millions d'années, le paysage autour du Soleil a bigrement changé. Le restant de nébuleuse qui n'a pas été happé par le Soleil s'est effondré sur lui-même et a formé un disque dans le plan équatorial de notre étoile. La différence de température entre le centre de la nébuleuse et sa périphérie, qui se refroidit, va sculpter le visage du système solaire, comme l'explique Sébastien Charnoz, astrophysicien à l'université Paris-VII : "Près du Soleil, la température est élevée. L'agitation thermique des gaz leur permet de s'éloigner du centre. Ainsi, près du Soleil, il n 'y a que peu d'hydrogène et d'hélium". Avec la baisse de température, les gaz se condensent. "Pour les éléments silicatés, carbonés ou contenant du fer, cela nécessite une haute température, donc le voisinage de l'étoile. Plus loin de l'étoile centrale, on trouve des glaces d'eau, de méthane, d'ammoniac et d'oxyde de carbone". C'est ainsi que, bien plus tard - quelques centaines de milliers d'années, si l'on en croit les modèles -, des planètes rocheuses riches en silicates apparaîtront dans le voisinage du Soleil, tandis que des planètes géantes gazeuses se seront établies plus loin.
Comment en est-on arrivé aux planètes ? La question donne toujours du fil à retordre aux astrophysiciens. Certains envisagent que le disque protoplanétaire ait été agité de tourbillons. Dans ce cas, les modèles montrent que la matière peut se concentrer au fond des tourbillons, où s'agglomèrent des petits corps de quelques centaines de mètres de diamètre, les planétésimaux. D'autres modèles parviennent à se passer des tourbillons. Ils décrivent alors un disque, instable, qui se fragmente, chaque fragment s'effondrant ensuite pour former des grumeaux, puis des planétésimaux. Toutefois, aucun de ces modèles n'est aujourd'hui assez précis pour convaincre. Mais dès que l'on obtient des planétésimaux, l'affaire est dans le sac. Les collisions continuelles favorisent leur agrégation. Petit à petit naissent une vingtaine de corps de la taille de la Lune ou de Mars. Eux aussi interagissent, s'attirent, ou s'entrechoquent. Certains finiront éjectés du système solaire. D'autres formeront nos huit planètes, avec leurs satellites, et les astéroïdes qui continuent de croiser dans leur voisinage.
Et nous voici il y a 4,5 milliards d'années. Le système solaire s'est entouré de son cortège de planètes définitif, mais il ne présente pas encore le visage qu'on lui connaît aujourd'hui. Toutes les simulations de formation du système solaire donnent en effet des planètes aux orbites encore plus circulaires qu'aujourd'hui. Deuxième différence : à l'époque, les surfaces des corps rocheux ne sont pas criblées de cratères. Enfin, troisième différence de taille : la ceinture d'astéroïdes qui marque la frontière du système solaire devait être, si l'on en croit les modèles, vingt fois plus fournie qu'aujourd'hui. Comment expliquer de telles évolutions ? En 2001, Alessandro Morbidelli et son équipe de l'observatoire de Nice ont bâti une simulation informatique qui résout une grande partie de ces mystères. Elle démarre au commencement du système solaire, quand les orbites planétaires sont circulaires et quand les corps solides présentent peu de cicatrices d'impacts météoritiques. "Pendant environ 600 millions d'années, explique Alessandro Morbidelli, les planètes sont dans une situation métastable, très sensible à la moindre perturbation. Et puis, à un moment donné, deux planètes entrent en résonance". Il s'agit de Jupiter et de Saturne. La première effectue deux tours du Soleil pendant que la seconde n'en fait qu'un. Or, dans ce cas, les perturbations gravitationnelles qu'exercent les planètes sur elles-mêmes et leur entourage prennent des proportions inédites. L'effet est si puissant que Neptune rétrograde à la huitième place au profit d'Uranus. Bientôt, ces deux-là pénètrent dans le voisinage d'une ceinture de planétésimaux qui entourait le jeune système solaire et la font voler en éclat. Un bombardement météoritique massif débute, dont on retrouve les traces dans tout le système solaire, et notamment sur la Lune. Pendant environ 100 millions d'années, notre planète reçoit alors en moyenne un corps de 1 km de diamètre tous les vingt ans.
Depuis cette époque, il y a 3,9 milliards d'années, c'est le calme plat. Mais cela ne va pas durer. Car aujourd'hui, une galaxie entière, Andromède, se rapproche de la Voie lactée à 430.000 km/h... avec laquelle elle devrait entrer en collision d'ici 3 à 4 milliards d'années ! Sous le choc, des millions d'étoiles nouvelles s'allumeront. Le "son et lumière" cosmique durera plus d'un milliard d'années. A la fin, selon Pierre-Alain Duc, astrophysicien au CNRS travaillant au CEA (Commissariat à l'énergie atomique), à Saclay, "il ne demeurera plus rien des tonnes initiales des deux galaxies. Elles auront donné naissance à une galaxie massive, aux formes apaisées : une galaxie elliptique". Que deviendra notre Soleil dans ce remue-ménage ?
DES CIEUX ENFLAMMÉS : La collision a été simulée en 2007 par deux astrophysiciens américains travaillant au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Avi Loeb et Thomas Cox. L'espace entre les étoiles est trop vaste pour qu'il y ait la moindre chance de percussion frontale avec une étoile ou avec d'autres planètes. Mais le système solaire et son cortège de planètes pourraient être éjectés vers des régions éloignées de la Voie lactée.
Mais ce bannissement passera inaperçu d'hypothétiques habitants des planètes solaires, et des Terriens en particulier. Car, entre-temps, le Soleil aura enflammé leurs cieux. Dans 1,6 milliard d'années environ, le cour du Soleil (environ 10 % de sa masse), là où se produisent les réactions nucléaires, se sera emballé. Chauffée à plus de 100°C, la Terre ne sera plus qu'un caillou stérile.
6,6 milliards d'années après sa naissance, le Soleil aura fini par épuiser son hydrogène, entièrement converti en hélium. Ce sera la fin de la séquence principale, et le commencement de la vieillesse. Et pour le système solaire, le début des ennuis... "Quand la production d'énergie cessera au centre, le cour se contractera, décrit Robert Smith, de l'université du Sussex, à Brighton, en Grande-Bretagne. Il va se réchauffer suffisamment pour brûler de l'hélium. Mais l'enveloppe gazeuse va gonfler. Le Soleil deviendra une "géante rouge". Autrement dit, il brillera 3000 fois plus. Et mesurera 20 % de plus qu'aujourd'hui. Eloignée du cour, qui se sera contracté, la couche extérieure du Soleil partira en lambeaux. Les vents solaires balaieront les planètes. Les plus proches seront absorbées et vaporisées par la géante rouge. Selon Robert Smith, "les couches extérieures du Soleil vont s'étendre jusqu'à l'orbite terrestre. La Terre, elle, ne sera plus qu'un immense lac de lave". Les toutes dernières simulations indiquent que 
notre planète finira, elle aussi, vaporisée par le Soleil. Quant à ses congénères plus lointaines, Mars, Jupiter, Saturne et les autres, elles seront suffisamment éloignées pour éviter ces effets de marées. Leur orbite va s'élargir, elles vont se réchauffer, mais elles pourront assister à la fin du Soleil. Au passage, certains satellites glacés, comme Europe, pourraient connaître une douceur inédite et avoir le temps, sur quelques centaines de millions d'années, de développer la vie. Mais celle-ci sera vouée à l'extinction à brève échéance.
Dans 7,7 milliards d'années, le Soleil aura en effet épuisé tout son carburant. Il s'effondrera de nouveau sur lui-même. Son cour deviendra une "naine blanche". Tout autour de lui, les vents stellaires qu'il aura soufflés formeront une magnifique nébuleuse. Qui pourra donner naissance, dans des millions d'années, à de nouvelles étoiles... Héritage de ce qui fut, durant 12 milliards d'années, notre système solaire.
ANNE DEBROISE - SCIENCE & VIE Hors Série > Mars > 2009 |