Qu'est ce qu'une planète?

Auteurs: Françoise Roques, Alain Doressoundiram, Jean Schneider

Planètes et exoplanètes: définitions

1888
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Jusqu'à 1995, les planètes étaient, pour l'Humanité, le propre d'une seule étoile, le Soleil.
Crédit : C. Flammarion, 1888

Jusqu'au 20e siècle, on ne connaissait de planètes qu'autour du Soleil, mais depuis 1995, nous savons que des (exo)planètes accompagnent la majorité des étoiles du ciel. Ce chapitre montre que la définition d'une planète (sous-entenu du Soleil) a changé au cours de l'histoire et jusqu'à récemment, et qu'il n'est pas (encore) possible de définir une exoplanète.


Définitions :planètes et exoplanètes


Planètes, exoplanètes?

Au cours de l'histoire, les découvertes successives d'objets dans le système solaire s'accompagnent, à chaque fois, de la remise en cause de ce qui définit une planète. De nouveaux objets apparaissent, satellites, astéroïdes, comètes, planètes naines... et le nombre de planètes va changer au cours des âges.

Le dernier changement a eu lieu en 2006 quand l'Union Astronomique Internationale a enlevé son statut de planète à Pluton et précisé les définitions d'une planète et d'une planète naine.

Il est tout à fait possible que cette évolution ne soit pas la dernière!

Pour ce qui concerne les planètes des autres étoiles, les exoplanètes, il n'y a pas encore de définition. Les premières découvertes ont à peine 20 ans et les surprises continuent d'arriver sur les propriétés de ces objets. Ces découvertes montrent en particulier que la frontière est floue entre la famille des planètes, celle des étoiles et la troisième famille, des naines brunes, qui se glisse entre les deux premières.

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Crédit : MegaHDWall

Le nombre de planètes

Le nombre de planètes a évolué dans l'histoire au fur et à mesure des connaissances.

En 2006, l'Union Astronomique Internationale va intégrer toutes ces découvertes pour donner une définition des planètes et créer la population des planètes naines avec, entre autres, Pluton et Ceres.

Ce texte est inspiré de la vidéo "1, 2, 3, Planète!"


Définition des planètes du système solaire

Gaspra
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Figure 1 : L'astéroide Gaspra n'est pas une planète parce qu'il est trop petit. Ses dimensions sont de 19x12x11 km, et sa gravité n'est pas suffisante pour qu'il prenne une forme sphérique.
Crédit : NASA
Pluton
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Figure 2 : Pluton, dont le rayon de 1185 km, est sphérique mais ce n'est pas une planète parce qu'elle partage son orbite avec d'autres corps. C'est une planète naine, qui appartient au disque de Kuiper.
Crédit : NASA

En 2006, l'Union Astronomique Internationale (UAI) a défini les planètes du Système Solaire ainsi :

Le texte officiel de UAI définissant les planètes, les planètes naines et les petits corps du système solaire est ici.

Les "petits corps", typiquement plus petit qu'une centaine de kilomètres, gardent leur forme primordiale figure 1), alors que les corps plus massifs se déforment jusqu'à atteindre la forme d'équilibre qu'est la sphère, éventuellement applatie si le corps tourne rapidement sur lui-même.

Une « planète naine » ne satisfait pas à la troisième condition. Pluton (figure 2) a ainsi perdu son statut de planète quand des centaines d'objets ont été découverts dans son environnement, faisant de lui un des membres de la "ceinture de Kuiper". De même, Céres est une planète naine qui appartient à la ceinture des astéroïdes.


Définition des exoplanètes

Parce qu'on n'a pas accès aux informations qui définissent une planète (forme et environnement), on ne peut transposer cette définition aux planètes en dehors du système solaire. La Commission de l'UAI dédiée aux exoplanètes est en train de réfléchir à une définition des exoplanètes.

Il est d'ailleurs utile de rèfléchir à la pertinence et à l'utilité d'une définition. La phrase « ceci est (ou n'est pas) une exoplanète » peut donner l'illusion qu'on a saisi son essence.

Par exemple, il serait simple de dire qu'une exoplanète est un corps qui tourne autour d'une autre étoile que le Soleil. Mais on sait maintenant que certaines planètes ont été éjectées de leur système. Seraient-elles encore des exoplanètes?

On sait que les planètes du système solaire se sont formées dans un disque circumsolaire selon un mécanisme bien particulier, contrairement aux étoiles qui se sont formées par effondrement d'un nuage de matière interstellaire. On pourrait donc définir les exoplanètes comme les corps qui se sont formés selon ce même processus.

Les planètes formées dans un disque ont la particularité de posséder un noyau solide. Elles ont aussi une densité supérieure aux objets formés par effondrement d'un nuage de gaz interstellaire. Mais il est très difficile, pour ne pas dire impossible, de savoir si une exoplanète a un noyau solide.

D'autre part, entre 13 et 74 masses de Jupiter, les naines brunes ont une brève période durant laquelle elles émettent de la lumière avant de redevenir aussi inerte et invisible qu'une planète.


Deux logiques

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Figure 1 : Histogramme des masses de compagnons d'étoiles. Le creux entre les étoiles binaires et les exoplanètes à gauche est le désert des naines brunes. Les objets dans l'intervalle orange peuvent être de l'une ou l'autre population.

Il y a donc au moins deux logiques pour définir une exoplanète : à partir de ses caractéristiques physiques ou à partir de son mode de formation. Ces deux méthodes n'aboutissent pas à la même définition.

On ne voit pas pourquoi privilégier une définition par rapport à l'autre, mais il y a toutefois un problème pragmatique. Quels objets mettre dans les catalogues d'exoplanètes ? Le problème est en plein débat. L'UAI n'a pas pris position sur ce sujet. Actuellement, la communauté des astronomes suit de fait la solution choisie par le catalogue de l'Encyclopédie des Planètes Extrasolaires qui s'appuie sur l'argumentation suivante :


Une question délicate

Des discussions sont en cours pour savoir si, en plus du critère de masse, on pourra utiliser le spectre des objets pour distinguer une planète d'une naine brune. Le spectre donnant accès à la composition chimique de l'objet pourrait aider à différencier un objet formé par accrétion de poussières dans un disque circumstellaire (planète) d'un objet formé par effondrement gravitationnel d'un nuage de gaz (naine brune ou étoile).

Quelle que soit au final la solution choisie, il y aura toujours des cas limites où on ne pourra pas décider s'il s'agit d'une planète ou d'une naine brune, ce qui relativise toute définition trop stricte.

Références :


Se tester

Auteur: Francoise Roques

Questions : Histoire

exerciceDécouverte

Une étape importante a été de réaliser que les "planètes", astres errant au milieu des astres fixes, étaient de même nature que la Terre, des corps sphériques avec, éventuellement, des satellites.

Question 1)

Quelle invention a permis de comprendre la nature des planètes?

exercicePlanètes

Le nombre de planètes du système solaire a fluctué au cours de l'histoire.

Question 1)

Combien y avait-il de planètes dans le système solaire en 1655? et en 1780?

Question 2)

Qu'est-ce-qui différencie Uranus et Neptune des 6 autres planétes?

Question 3)

Qu'est-ce-qu'a de particulier la découverte de Neptune?


Questions : Définitions

exerciceDéfinitions

La définition des planètes comporte 3 conditions.

Question 1)

La première condition est qu'une planète tourne autour du Soleil. Quels objets cette condition exclut-elle?

Question 2)

La deuxième condition est qu'une planète a une masse suffisante pour être de forme sphérique. Quels objets ne sont pas des planètes à cause de cette condition ?

Question 3)

La troisiéme condition est qu'une planéte a éjecté tous les objets présents sur les orbites proches. Donnez des exemples d'objets exclus par cette condition?

Question 4)

Comment appelle-t-on les objets qui obéissent aux deux premières conditions et pas à la troisiéme?

Question 5)

Une exoplanète doit-elle forcément tourner autour d'une étoile?


Exercices : Exoplanètes

Utilisez le catalogue Les exoplanètes, pour regarder la distribution des paramètres (histogrammes) et leurs relations (diagrammes).

exerciceHistogrammes

Notez qu'il est possible de choisir l'échelle et le nombre de bins.

Question 1)

Etude de l'histogramme des masses des exoplanètes:

A quoi est due la limite inférieure de la distribution des masses?

Question 2)

La distribution est-elle régulière? Comment cela peut-il s'expliquer?

exerciceDiagrammes

Utilisez l'outil Diagrammes. On peut modifier les intervalles de valeurs et choisir des échelles log.

Question 1)

Que peut-on voir sur la diagramme de la masse des exoplanètes en fonction des années de découverte.

Question 2)

Que montre le diagramme des masses en fonction des rayons des exoplanètes?

Question 3)

Que montre l'histogramme des années de découverte des planètes?

Question 4)

Où se trouve l'exoplanète la plus lointaine?


Réponses aux exercices

pages_planetologie-histoire/questions-histoire.html

Exercice 'Découverte'


pages_planetologie-histoire/questions-histoire.html

Exercice 'Planètes'


pages_planetologie-histoire/questions-definitions.html

Exercice 'Définitions'


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Exercice 'Histogrammes'