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.

Crédit : MegaHDWall

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

• Dans l'Antiquité, les planètes étaient les astres errant dans un ciel composé d'étoiles fixes les unes par rapport aux autres. Il y avait 7 planètes entre le centre du Monde, où se trouvait la Terre et la sphère céleste. Ces planètes étaient le Soleil, la Lune et les 5 planètes visibles à l'oeil nu, Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne. Les planètes étaient alors les messagères des dieux.
• Quand Copernic met le Soleil au centre du Monde, celui-ci perd son statut de planète au profit de la Terre. Les 7 planètes sont les corps qui tournent au tour du Soleil.
• Kepler, en 1609, établit les 3 lois qui gouvernent le mouvement des planètes. La définition des planètes devient scientifique: ce sont les corps dont le mouvement est gouverné par les 3 lois de Kepler.
• La découverte, grâce à la lunette de Galilée, des 4 satellites galiléens de Jupiter, qui obéissent aussi aux lois de Kepler, fait passer le nombre de planètes à 11.
• Le compteur passe à 16 quand Huygens découvre Titan en 1655 puis 4 autres satellites autour de Saturne.
• Les corps qui orbitent autour d'une planète sont appelés satellites. La dénomination de planète se limite aux corps qui tournent autour du Soleil, ce qui fait redescendre le compteur des planètes à 6,
• puis à 7 avec la découverte d'Uranus par Herschel en 1781.
• La découverte de Ceres en 1801 entre Mars et Jupiter est rapidement suivie de celle de 4 autres petits corps qui tournent autour du Soleil, ce qui amène le compteur à 12.
• Des perturbations sur l'orbite d'Uranus permettent la découverte de Neptune en 1856: Le compteur de planètes passe à 13.
• L'ensemble des petits corps entre Mars et Jupiter va être nommé la Ceinture des astéroides. La création de cette nouvelle famille d'objets célestes va faire redescendre le compte de planètes à 8.
• Aprés la découverte de Pluton en 1930, il y a 9 planètes.
• L'histoire de Ceres se renouvelle pour Pluton: on trouve des centaines d'objets autour de Pluton, qui forment le disque des objets de Kuiper ou objets trans-neptuniens. Ainsi, en 2006, Pluton perd son statut de planète.
• Le nombre actuel est de 8 planètes
• mais il n'est pas exclu de trouver un jour une autre planète dans le système solaire extérieur.

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!"

Gaspra

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

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 :

• " un corps qui orbite autour du Soleil,

• qui a une masse suffisante pour que sa gravité l’emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique sous une forme presque sphérique,

• et qui a éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche».

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.

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.

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 :

• Le scénario de formation des planètes du Système Solaire prévoit que l'histogramme de masses diminue continuement à partir d'une fraction de masse terrestre.

• Dans le spectre de masses des compagnons stellaires de faible masse, on voit un creux autour de 25-30 masses de Jupiter (soit 0.02-003 masse solaire sur la figure). On suppose donc que ce spectre est la superposition du spectre précédent et de celui des objets formés comme les étoiles par effondrement d'un nuage de gaz. On choisit alors, par convention, d'appeler planète tout ce qui est à gauche du creux, soit à moins de 30 masses de Jupiter, sans limite du coté des petites masses (contrairement au cas du Système Solaire). On choisit une fourchette assez haute pour être sûr de ne pas éliminer des planètes de grande masse. Ce faisant on sait que statistiquement quelques « planètes » en-dessous de 25 masses de Jupiter sont en fait des naines brunes (objets formés comme des étoiles) , mais avec une probabilité faible.

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 :

• Mordasini Ch. et al. 2012. Extrasolar planet population synthesis . IV. Correlations with disk metallicity, mass, and lifetime. Astron. & Astrophys. 541, A97

• Schneider J. et al. 2011. Defining and cataloging exoplanets: The exoplanet.eu database. Astron. & Astrophys., 532, A79

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