La Terre est une des quatre planètes dites telluriques du système solaire, c’est-à-dire une planète essentiellement rocheuse avec un noyau métallique. Son rayon moyen est de 6371 km et elle tourne autour du Soleil avec une vitesse de près de 30 km/s. L'image ci-dessous démontre la petite taille relative de la Terre par rapport aux planètes géantes gazeuses, et encore plus par rapport au Soleil. L'image ci-contre montre à quel point l'atmosphère terrestre est ténue comparée au diamètre terrestre.

La Terre et son atmosphère vue de l'espace

Montage d'une image montrant la Terre vue de la Lune (Apollo 17) au-dessus de laquelle a été inséré le zoom de l'image d'un lever de Soleil observé de la station spatiale.

Crédit : NASA

Tailles comparées des planètes et du Soleil

Comparaison de la taille du Soleil, avec celles des planètes, depuis Mercure à Neptune (de gauche à droite).

Crédit : NASA

Depuis les années 1970, l'humanité a envoyé de nombreuses sondes spatiales pour explorer le système solaire. Ces sondes se déplacent à des vitesses qui sont limitées par l'efficacité de leur moteur et de leur carburant. La sonde New Horizons, lancée par la NASA le 19 Janvier 2006 a acquis une vitesse de 16 km/s après sa sortie de l'atmosphère terrestre, c'est-à-dire la plus grande vitesse acquise par une sonde. Le passage au voisinage de Jupiter, le 28 juillet 2007, a permis d'augmenter la vitesse en direction de Pluton de 4 km/s. C'est l'effet de fronde gravitationnelle (voir explication et vidéo sous l'icône, ci-dessous à droite).

Effet de fronde gravitationnelle

Trajectoire permettant d'augmenter la vitesse d'une sonde spatiale en utilisant l'énergie d'une planète. Cet effet utilise le mouvement de la planète : si celle-ci était fixe, la vitesse finale de de la sonde serait la même que la vitesse intiale. Lorsque la sonde "tombe" vers la planète celle-ci va dévier son mouvement pour l'entraîner avec elle, comme le fait une fronde avec un caillou. Si la trajectoire est bien calculée, on peut jusqu'à doubler la vitesse de la sonde !

Crédit : ASM/Gilles Bessou

De très nombreux objets ont été découverts au-delà de l'orbite de Neptune, l'un d'entre eux, Eris ayant une masse plus importante que celle de Pluton. Ils sont cependant tous beaucoup moins massifs que la Terre. Cela a conduit, en 2006, l'Union Astronomique Internationale (UAI) à redéfinir la notion de planètes, comme étant des objets qui "dominent tous les autres objets au voisinage de leurs orbites". Pluton, Eris et de nombreux autres objets dit "trans-neptuniens" ont été classifiés comme planètes naines.

Les sondes Pioneer et Voyager sont les objets de fabrication humaine ayant atteint les plus grandes distances. Voyager 1, lancé en 1977, détient le record dans ce domaine, ainsi que la plus grande vitesse d'éloignement (17 km/s) obtenue grâce à l'effet de fronde gravitationnelle avec la planète Saturne. Ils se rapprochent de l'héliopause (Voyager 1 l'a atteint en 2012) qui se trouve à près de 100 unités astronomiques de nous. L'héliopause se caractérise par l'équilibre entre la pression due aux radiations solaires, à celle due au milieu interstellaire. Elle représente bien la zone d'influence de notre astre.

Heliopause: Voyager et Pioneer

Position approximative des sondes spatiales Voyager et Pioneer

Crédit : NASA

Les signaux radio en provenance de Voyager 1 nous parviennent en environ 16 heures. Ils voyagent à la vitesse de la lumière. En comparaison, la lumière de l'étoile la plus proche, Proxima du Centaure, nous parvient après 4,2 années de voyage. A la vitesse de Voyager 1, il faudrait près de 75 000 années pour atteindre Proxima du Centaure !

La présence de planètes autour des très nombreuses étoiles de la Galaxie a été mise en évidence dans les années 1990. Depuis, plusieurs milliers ont été découvertes. Les techniques observationnelles les plus utilisées sont d'observer les perturbations causées par les planètes sur leur étoile, soit par spectroscopie (perturbation de la vitesse radiale de l'étoile), soit par transit (passage de la planète devant l'étoile perturbant sa luminosité). Ces techniques (voir vidéo sous l'icône) ne permettent pas de connaître précisément la fraction d'étoiles possédant un cortège planétaire, mais on estime à plusieurs milliards, voire centaines de milliards le nombre de planètes dans la Galaxie.

Techniques de découvertes de planètes extrasolaires

Illustration des deux techniques les plus utilisées pour découvrir les planètes extrasolaires. La technique dite de vitesse radiale, utilise le fait que le passage de la planète sur son orbite modifie la position du centre de gravité du système. Avec une précision suffisante, on peut en déduire la période de l'orbite de la planète puis une valeur de sa masse, multipliée par le sinus de l'angle entre le plan du ciel et le plan de l'orbite de la planète. La seconde méthode dite de transit, utilise le fait que le passage de la planète entre l'étoile et l'observateur va diminuer la surface lumineuse apparente de l'étoile. Cela va donc provoquer une chute faible mais réelle et mesurable de la luminosité de l'étoile, durant le transit.

Crédit : ASM/Gilles Bessou

Beaucoup de planètes extrasolaires découvertes aujourd'hui sont bien plus massives que la Terre, car ce sont celles qui perturbent le plus leur étoile, et sont donc plus faciles à détecter. Cependant on découvre aussi des planètes ayant des masses comparables à celle de la Terre, et il n'y a aucun doute que l'on va en découvrir de plus en plus dans les années à venir.

Candidats planètes extrasolaires du satellite KEPLER

Les candidats planètes extrasolaires obtenus par la sonde KEPLER par technique d'imagerie. Cette image montre les étoiles classées par ordre de taille décroissant, avec pour chacune (point sombre) la planète transitant devant le disque de l'étoile. Pour comparaison, l'étoile située juste en dessous de la première rangée est le Soleil avec la planète Jupiter.

Crédit : NASA/KEPLER

En février 2011, les responsables de la mission spatiale KEPLER ont annoncé la découverte de 1235 candidats planètes extrasolaires. Cinq de ces candidats ont une taille proche de la Terre et sont situés à une distance de leur étoile qui permettrait la présence d'eau liquide à leur surface (zone habitable). Ces candidats doivent être vérifiés par des observations spectroscopiques. En effet, la technique des transits peut confondre une planète avec une étoile-compagnon.

Durant les prochaines décennies, nous devrions être capables d'identifier des planètes similaires à la Terre, puis de vérifier la présence d'eau et d'éventuels marqueurs biologiques. Pourra-t-on visiter ces planètes ? Quelle serait la possibilité d'envisager une migration vers des planètes extrasolaires ?

Plusieurs astrophysiciens et physiciens étudient la possibilité d'un tel voyage, généralement en association avec les Agences Spatiales. Les principaux problèmes étudiés sont :

• Pour que ce voyage ne dure pas une éternité, il faudrait disposer de moteurs permettant d'accéder à des vitesses proches du dixième de celle de la lumière, c'est-à-dire proche de 30 000 km/s, soit deux mille fois plus rapide que Voyager 1 !
• Des moteurs basés sur la fusion nucléaire pourraient produire l'énergie suffisante, cependant ils sont très loin d'être miniaturisés. Et surtout pour pousser un vaisseau de 450 tonnes à la vitesse requise, il faudrait pas moins de 50 000 tonnes de carburant nucléaire !
• Des moteurs basés sur l'annihilation matière-antimatière pourrait résoudre ce problème de carburant. Cette technique est loin d'être contrôlable aujourd'hui et poserait d'énormes problèmes de stockage à bord. Pour la seule production du carburant pour un vaisseau, cela nécessiterait plus que l'énergie totale produite sur la Terre en dix ans.
• De nombreux dangers sont liés à des voyages à ces vitesses, par exemple la présence de grains de poussière interstellaire qui pourraient aisément détruire le vaisseau.
• Une autre possibilité serait de voyager à une vitesse plus limitée, par exemple à 3000 km/s permettant de transporter des voyageurs. Cependant le voyage durerait plusieurs centaines d'années. Le projet d'un tel vaisseau transportant une population d'un million de personnes a été étudié. En principe, si une telle expérience était dupliquée à chaque point d'arrivée, elle permettrait à l'humanité d'occuper des étoiles dans toute la Galaxie en 40 millions d'années !

Pour poursuivre notre exploration de l'Univers, nous sommes confrontés à l'immensité de la Galaxie, puis de l'Univers. L'échelle de distance utilisée par les astronomes est l'année-lumière qui représente le trajet parcouru par la lumière durant une année, soit près de 10 000 milliards de kilomètres (valeur exacte : 9461 milliards de kilomètres) !

Temps-lumière entre la Terre, le Soleil et Proxima du Centaure

Distances en temps-lumière de la Terre aux deux étoiles les plus proches, le Soleil et Proxima du Centaure

Crédit : montage à partir d'images ESO & NASA