Le Livre d'Argent

Si chacun des points lumineux fixes que l'on peut observer dans notre ciel nocturne est une étoile, plus ou moins semblable à celle qui éclaire notre ciel diurne, alors se pose assez naturellement la question de savoir si elles ont, elles aussi, un cortège de planètes et de corps plus petits qui les accompagnent, et si cette forme ressemble, de près ou de loin, à celle du seul système stellaire que nous connaissons à peu près en détails. Répondre à cette question est cependant assez délicat, du fait de la fabuleuse distance qui nous sépare de ces étoiles.

L'étoile la plus proche de notre Soleil, Alpha Centauri, est en effet située à un peu plus de quatre années-lumière de nous(1), ce qui signifie que la lumière qu'elle émet met un peu plus de quatre années pour nous rejoindre. Compte tenu de la vitesse, simplement énorme(2), de la lumière, cela représente une distance tout sauf négligeable : quarante mille milliards de kilomètres(3). Aucune lunette, aucun télescope ne nous permettra d'observer ses alentours en détail(4).

Et cette étoile-ci est la plus proche. Une dizaine d'autres étoiles (dont Sirius, que nous évoquions récemment) sont situées à moins d'une dizaine d'années-lumière de nous, mais un très grand nombre sont plutôt situées à plusieurs centaines (voyez la première note de l'autre article pour ce qui concerne Bellatrix, Betelgeuse et Rigel).

Nous devons donc procéder par des moyens détournés, en observant les variations que les planètes causent dans ce que nous pouvons observer de l'étoile elle-même, à savoir le peu de lumière parvenu jusqu'à nous. Cela permet tout de même d'obtenir des informations assez précises, mais pas de pouvoir en obtenir de véritables images, pas même à l'état de simple point.

Alors, pour imaginer un peu mieux ce à quoi ces planètes lointaines peuvent ressembler, il peut être intéressant de se pencher davantage sur celles qui sont à notre portée.

Vous le savez, notre système compte officiellement huit planètes, quatre plutôt petites et constituées essentiellement de matière solide (on les dit donc telluriques), et quatre beaucoup plus grosses, constituées pour une très grosse partie de matières gazeuses.

En fait, tous ces corps sont partiellement gazeux : autour de leur partie solide se trouve une atmosphère(5). Ou presque : la plus petite des huit planètes, Mercure, je l'avais déjà dit, est trop légère pour avoir retenu la sienne, que les vents solaires contribuent à chasser vers l'espace. Celle de Venus, au contraire, est si dense qu'elle nous empêche de percevoir sa surface solide. Mais on sait peut être moins que les planètes dites gazeuses semblent avoir tout de même une partie solide assez importante (même si plusieurs compositions sont possibles).

Gaz comme matières solides sont, au sein de notre système solaire, composés de nombreux éléments chimiques différents. Ce n'est possible que parce que notre étoile n'est pas de première génération : l'univers des premiers instants était composé essentiellement d'hydrogène (et un peu d'hélium), et c'est l'explosion des premières étoiles qui a permis au reste de voir le jour. Nous n'avons pu observer aucune étoile primordiale dans notre voie lactée, mais les étoiles que nous connaissons ont une composition variable qui dépend notamment de leur position dans la galaxie.

Dressons brièvement les caractéristiques principales qui peuvent sauter aux yeux concernant notre système : d'abord, il y a autant de planètes telluriques que de planètes gazeuses. De plus, elles sont plutôt bien ordonnées : les quatre telluriques sont à relative proximité de l'étoile, les quatre gazeuses plus éloignées. Nous avons même une ceinture d'astéroïdes pour marquer la limitation entre ces deux familles de planètes.

Est-ce assez particulier, ou au contraire plutôt commun ? Difficile à dire : les étoiles pour lesquelles nous avons pu identifier plusieurs planètes sont assez peu nombreuses. Mais nous connaissons au moins un cas d'étoile entourée de huit planètes comme la nôtre, et ce système-ci semble même encore mieux rangé que le nôtre du point de vue des tailles. Pour autant, un certain nombre de géantes gazeuses(6) du type de Jupiter (voire plus grosses) ont été identifiées avec des distances vis-à-vis de leur étoile qui se rapprochent de celle de la Terre au Soleil(7).

Une chose tout aussi remarquable, concernant notre système, est sans doute le fait que ces huit planètes (ainsi que les astéroïdes) ont des orbites presque circulaires, toutes à peu près dans le même plan(8). Là encore, difficile pour l'instant de savoir si cet état de fait est commun ou non, mais nous savons qu'il existe des planètes beaucoup plus excentriques.

Mais la caractéristique la plus fondamentale à nos yeux, et pour cause, est sans doute le fait qu'une des planètes du système solaire abrite la vie. Difficile de faire plus que des suppositions, à ce sujet, concernant les planètes lointaines, mais d'après ce que nous savons de la vie terrestre, il a été possible d'établir les critères d'une zone habitable où la vie(9) serait susceptible d'apparaître. Et nous connaissons quelques exemples de systèmes dans lesquelles des planètes de masse proche de celle de la Terre sont situées dans cette zone habitable.

Mais il n'y a pas nécessairement besoin de sortir du système solaire pour trouver des conditions pouvant sembler favorable à l'apparition d'une vie extraterrestre. Les personnes qui se souviennent du tout premier Star Wars(10) sorti au cinéma doivent avoir en tête la possibilité d'une géante gazeuse, comme Yavin, dont au moins une lune (la quatrième, dans le film) serait habitable.

Or il se trouve que des lunes, nos propres planètes gazeuses n'en manquent pas : Jupiter et Saturne en ont au moins une soixantaine chacune. Un grand nombre, comme les lunes de Mars, ou comme les astéroïdes(11), sont trop petites pour avoir une forme sphérique, mais certaines sont beaucoup plus grosses. Quatre d'entre elles sont même suffisamment grosses pour avoir été observées dès les premières observations à la lunette astronomique(12) : ce sont les « satellites galiléens ». Des corps de cette taille sont cependant plutôt rares, en tout cas par chez nous.

Si l'on regarde l'ensemble du système solaire, en effet, Ganymède est la plus grosse de toutes les lunes, dépassant même la taille de la planète Mercure (même si sa masse est environ deux fois moindre). Celle qui vient ensuite est Titan, le plus gros satellite de Saturne (de loin : 96% de la masse de l'ensemble des lunes de cette planète à lui tout seul). Ensuite vient Callisto, qui est encore très proche de la taille de Mercure. Puis viennent, très proches les unes des autres, Io, notre Lune à nous, puis Europe. Triton, le plus gros satellite de Neptune, n'arrive qu'en septième position, suivi par Titania, le plus gros satellite d'Uranus.

Or, deux de ces lunes seraient des candidats potentiels à la présence d'une forme de vie proche de ce que nous connaissons(13) : Titan, seule lune connue à disposer d'une atmosphère dense(14), et Europe qui, quoique son atmosphère soit très ténue, semble posséder un océan chaud protégé par une épaisse couche de glace. Les possibilités de présence de vie sur ces deux astres restent toutefois assez discutées, et aller vérifier sur place reste assez délicat, même à cette distance relativement proche de nous.

Les planètes géantes distantes ont-elles elles aussi des lunes qui pourraient nous intéresser ? On peut le supposer, mais le prouver risquera d'être assez délicat – nous ne sommes après tout pas encore sûrs du nombre de satellites autour de nos planètes gazeuses à nous.

Au rang des curiosités que comptent les planètes, mentionnons aussi(15) les anneaux qui font la célébrité de Saturne. Leur découverte fut la troisième grande observation de Galilée à la lunette astronomique, après le relief de la lune et les lunes de Jupiter, mais avant les phases de Vénus.

Ces anneaux sont constitués d'une fine couche de toutes petites particules de glace, qui s'agglomèrent et se dispersent en continu, formant des blocs de quelques mètres. Ont-ils toujours accompagné Saturne ou se sont-ils formés plus tard ? Nous n'en sommes pas encore sûrs.

Nous sommes sûrs, en revanche, que Saturne n'est en fait pas la seule planète à présenter de telles formations : Uranus en présente d'assez remarquables également. William Herschel, qui découvrit la planète, mentionne dans ses notes quelques informations assez précises sur l'un de ses anneaux, mais personne ne put confirmer leur existence pendant près de deux siècles, jusqu'à ce que l'étude d'une occultation d'étoile ne les révèle en 1977. Il faut dire que les particules qui les constituent, quoique de taille analogue, sont constituées de poussière et non de glace, les rendant bien moins brillants que ceux de Saturne.

Jupiter est en fait dans le même cas : la plus grosse des planètes possède elle aussi son cortège d'anneaux, quoiqu'il soit moins élaboré que celui des autres planètes géantes. Constitués de poussières comme ceux d'Uranus, ils sont très peu lumineux, et n'ont pas été découverts au sol : c'est la première sonde Voyager qui en capture la première image en 1979.

Ceux de Neptune durent attendre 1984 pour être découverts par occultation depuis la Terre, et 1989 pour que la seconde sonde Voyager en prenne la première image. Il faut dire qu'ils sont encore plus sombres, constitués sans doute principalement de composés organiques (donc carbonés), comme certaines comètes. Et qu'ils présentent une caractéristique tout à fait remarquable : une structure en arcs(16), c'est-à-dire ne faisant pas le tour complet de la planète. Quelques jours devraient normalement suffire pour qu'un arc de matière autour d'une planète s'étende suffisamment pour former un anneau, mais il semble que ceci soit ici empêché par un confinement gravitationnel dû à la présence proche de certaines lunes de la planète.

Si nos quatre planètes gazeuses disposent d'anneaux, est-ce également le cas des planètes géantes que l'on observe dans d'autres systèmes ? Il semble que, pour certaines d'entre elles au moins, ce soit bien le cas.

Il y a donc pas mal de choses intéressantes à observer parmi les planètes, que ce soient celles de notre système solaire ou celles qui gravitent autour d'étoiles lointaines. Mais au fait, qu'est-ce qu'une planète, exactement ?

Nous avons déjà parlé de la limite basse : un corps trop petit pour être rond est un astéroïde, et il y a ensuite un domaine d'incertitude où la classification, ou pas, comme planète dépend du contexte. Un petit corps situé dans une « ceinture », comme Pluton ou Cérès, n'en sera pas une, de même qu'un objet de taille analogue à celle d'une planète mais qui gravite autour d'une autre planète plutôt que d'une étoile, comme Ganymède, ou même erre librement dans l'espace.

Mais il y a également une limite haute : à partir de treize fois la masse de notre Jupiter, le corps céleste est si massif que des réactions nucléaires se déclenchent spontanément en son sein. Il s'agit alors de ce que l'on appelle une naine brune, un objet encore trop petit pour émettre de la lumière visible comme le fait une étoile, mais qui commence à ressembler davantage à ces dernières qu'aux planètes que nous connaissons (là encore, il semble y avoir une zone d'incertitude pour les corps célestes légèrement inférieurs à cette limite).

Finalement, poussière, astéroïde, planète, naine brune ou étoile, ce n'est qu'une manière toujours quelque peu artificielle de ranger les choses dans notre esprit, à laquelle on pourra toujours opposer quelques cas limites, comme peut l'être, dans un autre registre, la notion d'espèce. Et si nous continuons d'en chercher dans l'espace lointain, nous ne sommes même pas encore sûrs d'avoir trouvé tout ce qui peut l'être dans notre propre système.

Comme j'en parlais récemment, nous sommes encore très loin de connaître tout ce qu'il y a à connaître sur notre univers, et ce n'est que d'autant plus motivant pour continuer à y travailler.