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Dans beaucoup de films de science fiction faisant intervenir des aliens, ce sont les aliens qui viennent sur Terre pour nous envahir, et non les humains qui vont envahir une autre planète peuplée d’extra-terrestres. C’est le cas par exemple de Independence Day, ou encore plus récemment d’Avengers.

Ceci suppose que les extra-terrestres soient en mesure de voyager à travers la galaxie pour venir nous voir, typiquement à bord d’un vaisseau spatial, et très certainement, en empruntant des trous de ver (voir ça plus loin pour savoir pourquoi).

Une remarque peut donc être faite : étant donnée que sur le plan de l’exploration spatiale nous ne sommes allées (en dehors de la Terre) que sur la Lune et nul part ailleurs, ça signifie que les aliens sont techniquement beaucoup plus avancés que nous !

On peut se demander : comment classer le niveau d’avancement technologique d’une civilisation ?

Une façon parmi d’autres de poser le problème est de voir quelle quantité d’énergie peut être produite, consommée et exploitée par la civilisation.

Ceci n’est pas si stupide : la production d’énergie de notre espèce ne fait que croître depuis toujours. De la maîtrise du feu, à l’emploi de chevaux, d’esclaves, puis de poudre à canon, de machines à vapeur, à charbon, puis à explosion, électriques et enfin à l’énergie de fission nucléaire, nous consommons toujours plus d’énergie.

Une partie de l’énergie est utilisée pour l’exploration spatiale : aujourd’hui on utilise des fusées et des sondes à propulsion chimique, ionique ou solaire pour explorer d’autres planètes. L’exploration spatiale demande énormément de ressources, et on imagine très bien que voyager à travers la galaxie pour envahir une planète va en demander beaucoup, beaucoup plus encore.

L’échelle de Kardashev

Partant de cette base, il a été proposé de mesurer la quantité d’énergie mise en jeu par toute une civilisation, de la quantifier, et de classer une civilisation sur une échelle. C’est ce qu’a fait en 1964 l’astrophysicien Nikolaï Kardashev.
Il est parti du principe qu’une civilisation peut « récolter » l’énergie disponible dans l’univers, et il classe les civilisation en se basant sur l’ordre de grandeur de la quantité d’énergie captée.

Kardashev définit 3 types de civilisations : le Type I, le Type II et le Type III.

Le Type I

Une civilisation de Type I est capable de capter et d’utiliser toute la puissance d’une planète.
Pour nous, ça veut dire la puissance disponible sur Terre. Ceci inclut le vent, les cyclones, les marrées, la chaleur, les volcans, les orages, les énergies fossiles (charbon, gaz, nucléaire…) et les énergies du vivant (bois, biocarburant…).

Quantitativement, ceci correspond environ à $10^{16}$ à $10^{17}\text{ watts}$.

Le Type II

Cette civilisation est capable de capter toute la puissance de son étoile (pour nous, ça serait donc le Soleil).
Le Soleil tire son énergie de la fusion thermonucléaire, et cette énergie rayonne dans toutes les directions autour du Soleil (nous ne recevons sur Terre qu’une minuscule partie de ce rayonnement). Une façon de faire serait de placer des panneaux solaires partout autour du Soleil et de canaliser toute l’énergie vers la Terre, les vaisseaux spatiaux, ou quoi que ce soit qui puisse utiliser cette énergie.

Le Soleil émet $3,86\times10^{26}\text{ watts}$. Kardashev proposait de mettre la barre à $10^{26}\text{ watts}$.
Le Type II consomme donc environ un milliard de fois plus de puissance qu’un Type I.

Au passage, l’idée d’une sphère de panneaux solaires autour d’une étoile pour en capter la totalité de l’énergie, se nomme une sphère de Dyson.

Le Type III

Plus fort encore, une civilisation de Type III est capable de récolter la puissance de toutes les étoiles de sa galaxie, et de l’utiliser à sa convenance.
Notre galaxie comportant environ 100 milliards d’étoiles de toute sortes, cela représente la quantité énorme de $10^{37}\text{ watts}$.

Là encore, le rapport de puissance énergétique entre un Type III et un type II est de l’ordre du milliard (10 milliards pour être précis).

Pour résumer :

l’échelle de Kardashev
↑ Consommations énergétiques des trois types de l'échelle de Kardashev (image : wiki-commons)

Le Type IV

Plus tard, il est parfois ajouté à la liste un Type IV.
Une civilisation de ce type est, vous l’aurez compris, en mesure de capter toute la puissance de toutes les galaxies, ainsi que le rayonnement intergalactique. Une telle civilisation aurait également la capacité de traiter l’information à l’échelle galactique, donc beaucoup, beaucoup d’information.

L’astrophysicien Carl Sagan a modifié l’échelle de Kardashev pour l’affiner, et permettre de situer des civilisations intermédiaires. Ainsi, il considère qu’une civilisation de type 1,1 serait capable de capter l’équivalent de 10 planètes comme la Terre, tout en restant très loin de l’énergie d’une étoile.

Où se situe l’espèce humaine ?

Selon la formule de Carl Sagan :

$$K = \frac{log_{10}W - 6}{10}$$

Le niveau intermédiaire $K$ (le chiffre après la virgule) et donnée à partir de la puissance consommée $W$. L’humanité se trouverait alors autour de 0,75 sur l’échelle de Kardashev (la puissance consommée par les humains représentant autour de 12 000 millions de TEP par an), soit aussi environ un millième de la puissance de notre planète Terre.

Sachant que notre économie (et notre énergie) est en bonne partie basée sur le pétrole et le charbon, il faudrait des ressources en énergies fossiles 1000 fois plus importantes que ce qu’on a actuellement pour atteindre le Type I.
Ceci étant improbable, il est absolument nécessaire de se tourner vers d’autres sources d’énergie, plus durables et plus puissantes. On pense en particulier l’énergie solaire, la fusion nucléaire, et pourquoi pas l’énergie des cyclones, volcans ou tremblements de terre.

Enfin, pour finir sur les humains, si nous parvenons au Type I et que nous souhaitons continuer à évoluer, nous devrons conquérir d’autres planètes pour avoir plus d’énergie, d’où le rapport avec l’exploration spatiale et les extra-terrestres.

Où se situent les extra-terrestres ?

Si l’on prend l’exemple des extra-terrestres dans le film Avengers, ceux-ci envahissent New-York en passant par un trou de ver.

La simple mention du trou de ver suffit ici à donner une idée de l’énergie mise en œuvre par cette civilisation.

Un trou de ver, c’est un court-circuit dans la structure de l’espace-temps, qui permet de passer d’un endroit de l’univers à un autre plus rapidement que ne le ferait la lumière, typiquement en franchissant quelque chose comme une porte.

Ces « objets » sont théoriquement possibles et largement décrit, comme par exemple le pont d’Einstein-Rosen. En pratique, on pense qu’ils existent à l’échelle de Planck, c’est à dire de la taille incroyablement petite de $10^{-35}\text{ m}$ (soit 20 d’ordres de magnitude plus petit qu’un noyau atomique) et d’une durée de vie de $10^{-43}\text{ s}$, mais on ne les observe pas, ni en petit, ni en grand.

Il n’est pas exclu non plus, par la théorie, que ces « portes spatio-temporelles » existent à d’échelles plus grandes, mais il faudrait une énergie faramineuse pour arriver à les agrandir et surtout à les maintenir ouvertes. Or, cette énergie est, selon les sources, de l’ordre de celle d’une galaxie entière et ses milliard d’étoiles.

Une civilisation capable de produire un trou de ver est donc au minimum une civilisation de type III.

Pourquoi évoluer ?

En tant que civilisation, on a historiquement toujours conquis et exploré le monde. Il a pris par exemple 1 500 ans après l’ère de César pour traverser l’océan et découvrir un nouveau continent. Et il a pris 450 ans de plus pour voyager jusqu’à la Lune. Certains visionnaires convoitent désormais l’idée d’aller sur Mars, soit ~50 ans après la Lune.

En tant qu’espèce vivante, et représentant de « la Vie », nous ne pouvons nous permettre de rester sur Terre : tôt où tard, notre planète sera détruite, et si ce n’est pas par nous même, ça sera par le Soleil, dont la durée de vie est limitée. Il nous reste environ 50% d’autonomie, soit 4~5 milliards d’années avant que le Soleil explose. Il nous faudra donc partir d’ici là (et bien avant en fait, car le Soleil gagne en luminosité au fil des éons) si nous voulons survivre.

Partir où ? Comment ?

Si on considère que si on veut voyager librement dans l’univers (par exemple comme dans Stargate, avec des portes), alors il nous faudra obligatoirement maîtriser la technologie des trous de ver.

En effet, avec les fusées actuelles, il faut 9 mois pour voyager sur la première planète possiblement habitable de notre propre système solaire — Mars — (et c’est déjà un problème non résolu à ce jour…). Pour arriver à la première étoile, il faut compter quelques dizaines de milliers d’années.

Si on arrivait à voyager à la vitesse de la lumière, la première étoile serait encore à 3 années de voyage, et traverser la Voie Lactée nous prendrait toujours 100 000 ans. Voyager à la vitesse de la lumière serait bien trop lent : un aller simple vers les exo-planètes les plus proches découvertes aujourd’hui aurait déjà la durée de l’ordre d’une vie humaine !

Dit autrement : sans trous de vers, nous n’irons nul part.

À ces échelles de temps, si nous n’évoluons pas, et si nous restons toujours au stade d’une civilisation de Type 0,7, ou même de Type 1, alors nous n’existerons plus dans quelques milliards d’années.
Alors non, pas la peine de se presser, mais il ne faut pas s’asseoir sur nos acquis pour autant : comparé à d’éventuelles autres civilisations, il est possible que nous ne soyons que des êtres primitifs ayant encore tout à découvrir et à inventer.

Image d’entête de Tama Leaver

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two USAF fighters
J'ai découvert que cette question faisait de gros débats sur le net, et qu'en plus l'explication courante, sur la différence de vitesse de l’écoulement de l’air, était fausse.
Voici donc une explication qui, j’espère, remettra un peu les pendules à l’heure.

Pour commencer, il y a principalement quatre forces qui s’exercent sur un avion en vol :

  • La traction des hélices (ou la poussé des réacteurs) qui tire (ou pousse) l'avion vers l'avant ;
  • La traînée, résultant des frottements avec l'air sur la surface de l'avion, qui freine l'avion ;
  • Le poids de l'avion, qui attire l'avion vers le bas ;
  • La portance, qui permet à l'avion de se maintenir en l'air.

En jouant sur la portance et la traction, on peut faire monter et avancer l’avion comme on veut.
De ces quatre forces, c'est la portance qui est la moins facile à comprendre : comment une aile peut-elle générer une force dirigée vers le haut ?
Il y avait plusieurs théories et évidemment, l'explication populaire est fausse (du moins, elle n’explique pas tout).

L'explication fausse et courante : l'air accélère et crée une dépression sur la partie bombée de l’aile

Cette explication, on l’a tous entendu. Voici son énoncé :

Une aile d'avion est bombée sur le dessus, donc la distance à parcourir en passant au dessus est supérieure à celle à parcourir en dessous.

aile d'avion
L'air allant plus vite en haut à cause du trajet plus important à parcourir produire une dépression au dessus de l’aile, ce qui aspire l’avion vers le haut. C’est le théorème de Bernoulli.

Alors, oui, l’effet de Bernoulli existe et ses effets sont observés et largement mis en pratique dans tout le monde de l’aéronautique (par exemple dans le tube de Pitot, qui permet de mesurer la vitesse de l’avion en vol).

L'ennui, c'est que cet effet d'aspiration dû à la vitesse ne suffit pas : même pour un avion de ligne volant à 800 km/h, la différence de pression est beaucoup trop faible pour soulever un avion entier. Un simple calcul montre qu’il faudrait une distance à parcourir au dessus de l’aile de l’ordre de 50 % plus grande qu’en dessous, soit largement plus que les 1 à 2 % mesurés sur un avion.

Par ailleurs, il a été constaté que l’air passant au dessus et l’air passant en dessous ne se rejoignent pas du tout en même temps : en fait, l’air passant au dessus de l’aile arrive avant celui passant en dessous ! Et même si ceci accentue l’effet de Bernoulli, cela ne suffit toujours pas à soulever un avion. Il faut autre chose pour expliquer le vol d’un avion.

Enfin, et pour donner le coup de grâce à cette théorie, certains avions sont munis d’ailes à profil symétrique et même plans (comme un avion en papier)… Et ils volent très bien, y compris parfois sur le dos !

Une explication plus crédible

La principale raison à la portance s'explique avec la troisième loi de Newton et l’effet Coandă.

L’effet Coandă, c’est quand vous prenez une cuillère et que vous en présentez la partie bombée sous le filet d’eau du robinet, comme sur cette image : le filet d’eau est dévié dans le sens du creux, car elle épouse les courbes de la cuillère. En réaction, la cuillère est aspirée dans l’autre sens.

Il se passe la même chose avec une aile d’avion : une aile d'avion est inclinée (si ce n’est pas tout l’avion qui l’est). De cette manière, elle imprime au courant d'air un changement de direction. Le flux d'air va avoir un mouvement descendant et l’aile aura un mouvement ascendant, par réaction.

L’effet Coandă intervient car l’air suit le profil de l’aile.
Tout le monde n’est pas d’accord avec ça : certains auteurs préfèrent ne pas évoquer cet effet en le réservant pour des situations plus spécifiques. À la place, ils invoquent un principe de cause à effet entre Bernoulli et la troisième loi de Newton : la faible pression juste au contact de l’aile force l’air à coller à l’aile et se retrouve dévié vers le bas.
Ce problème de terminologie ne change rien car le résultat est le même, à savoir que l’écoulement de l’air épouse le profil de l’aile, vers le bas :

écoulement de l’air sur une aile
↑ L’air au dessus de l’aile suit la courbe de l’aile (image)

La 3e loi de Newton dit qu’à toute force exercée dans un sens, il y a une force associée s'exerçant dans le sens opposé avec la même intensité. C'est le principe d'action-réaction. Donc, quand l’air est poussée vers le bas, l’avion est poussée vers le haut.

Dans le cas des ailes qui sont effectivement asymétriques, l’air passant au dessus est le seul qui est dévié, et poussé vers le bas (l’air en dessous continue pratiquement en ligne droite). Ceci permet de réduire la portance pour les avions supersoniques : la vitesse produisant d’elle-même une portance suffisante. Le même avion à faible vitesse doit en revanche utiliser des ailerons lors du décollage et de l’atterrissage, pour compenser.

Pour les hélicoptères et les hélices en général, c’est la même chose. Lorsque l’hélicoptère est au sol et que les palles tournent sans soulever l’appareil, leur profil est parallèle au sol : les palles ne font que passer dans l’air sans le dévier (la palle étant placée parallèle au flux d’air, on dit que l’hélice est mis en drapeau). Quand le pilote décide de décoller, les palles sont inclinées, l’air est poussé vers le bas et l’hélicoptère s’élève. Ceci permet de modifier la portance sans avoir à toucher à la vitesse de rotation de l’hélice et à celui du moteur, qui est généralement prévu pour fonctionner à régime fixe et constant.

Le même principe est utilisé pour le gouvernail des navires : il s’agit en simplifiant d’une planche qui dévie l’écoulement de l’eau dans un sens, provoquant un virage du bateau dans l’autre sens. Le profil du gouvernail n’est pas tellement important pour obtenir cet effet.

Enfin, un dernier truc : sur l’image ci-dessus, on voit que le flux d’air commence à monter bien avant l’aile. Ceci est dû à la compression de l’air au dessous de l’aile et qui repousse l’air jusqu’à plusieurs mètres autour de la surface inférieure de l’aile. Cette compression est due à l’avancement de l’avion, et elle participe également de façon directe (en poussant l’aile vers le haut) et indirecte (en forçant l’air sous l’aile à dévier vers le bas) à la portance de l’avion.

Conclusion

La principale raison de la portance d'un avion est que l'aile pousse le flux d'air vers le bas, et que par réaction l'aile est poussée vers le haut haut

En pratique, il y a beaucoup d’effets d’aérodynamique qui interviennent. Le débat reste ouvert car la théorie qui se base sur l’effet Coandă et la loi de Newton n’expliquent toujours pas tout, comme par exemple l’effet de sol, qui a besoin de théories beaucoup plus compliquées issues de la dynamique des fluides.

Il reste néanmoins des constantes dans tous les cas :

  • l’effet de Bernoulli existe et est un effet réel. Néanmoins, l’explication populaire qui l’évoque ne suffit pas à expliquer ce qu’on observe. De plus, les hypothèses de départ invoquées dans cette théorie sont fausses.
  • l’explication évoquant l’effet de Bernoulli requiert un profil d’aile asymétrique, or certains avions ont des ailes à profil symétrique (et même plats).
  • l’aérodynamique est compliquée et il faut prendre en compte beaucoup d’effets combinés pour expliquer toutes les situations. Tout n’est pas encore expliqué non plus.
  • dans certains cas, il existe des conditions limites pour que les effets Coandă et celui de Newton puissent soutenir l’avion en l’air.

Liens

Références

Deux autres articles en français sur le sujet :

Voir aussi

photo d’entête de NMK Photography

(Cet article a initialement été publié sur Le Hollandais Volant. J’ai décidé de le déplacer ici, avec ses commentaires, et de le compléter)

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piscine nucléaire avec radiation de cherenkov
Tout le monde sait que l’eau est une molécule qui se note $\text{H}_2\text{O}$ : deux atomes d’hydrogène pour un atome d’oxygène.

L’hydrogène est l’élément le plus simple, constitué d’un proton et d’un électron. Certains atomes d’hydrogène sont différents : ils ont un neutron en plus. Les éléments avec plus ou moins de neutrons sont appelés des isotopes. L’isotope de l’hydrogène est appelée deutérium — symbole $\text{D}$ ou $^2\text{H}$. Le deutérium est un atome stable qui possède globalement les mêmes propriétés chimiques que l’hydrogène (ce qui est normal car ça reste de l’hydrogène). Il peut donc se retrouver dans les molécules ordinaires, comme l’eau.

Ainsi, en formant une molécule d’eau avec deux atomes de deutérium, soit du $\text{D}_2\text{O}$, la molécule possède deux neutrons en plus et elle pèse donc plus lourd : on parle alors d’eau lourde. La différence en de masse par rapport à une molécule d’eau normale est tout de même de 10 %.

Cette différence est suffisante pour être visible : par exemple, un glaçon d’eau lourde coule dans de l’eau normale (alors que les glaçons normaux flottent).

Dans la nature, seulement 0,015 6 % de l’hydrogène est du deutérium. Statistiquement, donc, une molécule d’eau sur 41 000 000 est de l’eau lourde, et une molécule d’eau sur 3 200 voit un seul hydrogène remplacé par du deutérium. On appelle cette dernière eau semi-lourde.

Des procédés, existent pour extraire l’eau lourde à partir d’eau normale : la température d’ébullition de l’eau lourde est très légèrement supérieure à l’eau normale et on peu le distiller ainsi. On utilise aussi des systèmes de centrifugeuses.
Pour finir sur le deutérium et vous donner une idée, sachez que vous trouverez un peu moins de deux grammes d’eau semi-lourde dans un pack d’eau de source. Et votre corps, constitué majoritairement d’eau, contient également 5 à 10 grammes d’eau semi-lourde (et seulement quelques milligrammes d’eau lourde) !

Maintenant, de même qu’il existe des isotopes d’hydrogène, il existe des isotopes d’oxygène, eux aussi plus lourds que la normale : par exemple l’oxygène 18 avec deux neutrons supplémentaires.
Si on a deux hydrogènes normaux sur un atome de $^{18}\text{O}$, on obtient de l’eau lourde aussi, mais pas pour les mêmes raisons et elle n’est pas vraiment considérée comme de « l’eau lourde » (en fait on le désigne sous le nom « eau à oxygène lourd »).

Vous l’aurez compris : il est également de faire de l’eau super-lourde : avec deux atomes de deutérium sur un atome $^{18}\text{O}$. Cette molécule d’eau possède 4 neutrons supplémentaires et pèse 20 % de plus que l’eau normale.

Enfin, il se trouve que l’hydrogène a un second isotope naturel, beaucoup plus rare (et instable) : le tritium — symbole $\text{T}$ ou $^3\text{H}$ — avec deux neutrons en plus.
Là aussi, il est imaginable d’avoir une molécule contenant un atome $^{18}\text{O}$ et deux atomes de tritium. Une telle molécule serait excessivement rare dans la nature : statistiquement, on a seulement une chance sur 50 milliard de milliard de milliard. Cette molécule a un excès de masse de 30 %

Il est impensable de produire des quantités d’eau super-super-lourde avec du tritium et un isotope d’oxygène. Mais l’eau lourde classique, le $\text{D}_2\text{O}$ n’est pas un produit rare (tout est relatif, hein) et est utilisé dans le domaine médical et l’industrie nucléaire.

image du Oak Ridge National Laboratory

(Cet article a initialement été publié sur Le Hollandais Volant. J’ai décidé de le déplacer ici, avec ses commentaires)

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Les sources lumineuses au tritium gazeux (ou GTLS de l’anglais gaseous tritium light source) sont des tubes en verre ou en plastique renfermant du tritium. Quand la nuit tombe ou que la luminosité baisse, ces tubes émettent une lumière continue sans pile, branchements, ou autre source externe d’énergie :

des tubes au tritium
↑ des tubes au tritium (image)

Ils sont utilisés comme gadget en porte clé, sur les aiguilles de montres ou d’autres cadrans, et pour un usage plus sérieux dans certains vieux signes « Sortie de Secours » qui doivent être allumés constamment, y compris la nuit et surtout en cas de coupure de courant. Ces sources lumineuses fonctionnent durant plusieurs dizaines d’années de façon autonome (même si elles perdent 50 % de luminosité tous les quinze ans).

Le fonctionnement est relativement simple et est permis grâce à la radioactivité du tritium.

Le tritium (symbole ${^3}\text{H}$, ou $\text{T}$) est un gaz qui se désintègre selon la radioactivité bêta en libérant un électron. Les parois du tube sont recouverts d’une surface phosphorescente qui émet de la lumière quand il est frappé par l’électron du tritium.

Ce principe utilisant du tritium existe depuis les années 1970, mais la luminescence à partir d’une source radioactive, ou radio-luminescence, existe depuis plus longtemps. Certains vieilles montres du début du 19e siècle et avec les aiguilles lumineuses utilisaient du radium comme source radioactive.
Les personnes, souvent des femmes, chargées d’appliquer cette peinture sur les cadrans développaient à la longue des cancers et mourraient prématurément. C’était avant que la nocivité de la radioactivité avait été découverte, à l’époque où on pensait que manger du radium ou du thorium (dans du chocolat au radium ou de la pâte dentifrice au thorium) donnait de l’énergie. Ces peintures ont depuis été interdites et les maladies liées à elles reconnues, non sans procès et scandales, connus sous le nom de Radium Girls

Plus conscient de la radiotoxicité de ces matériaux, et même si les tubes au tritium ne sont pas mangés et contiennent des quantités infimes de gaz, la plupart des signes « sortie de secours » sont désormais remplacés par des lumières alimentées par des piles à longue durée de vie.

Ces tubes lumineux au tritium gazeux sont un de ces quelques objets du « presque-quotidien » qui contiennent une source radioactive pour fonctionner. Un autre exemple est le détecteur de fumée, dont les anciens modèles contiennent tous une source d’américium 241, un autre élément radioactif (là aussi, les nouveaux modèles utilisent un système à LED).

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schéma du système solaire
En parlant du système solaire on fait généralement référence au Soleil entouré de ses 8 planètes (et parfois de Pluton). Ceci est pourtant une vision très réductrice de la chose car même si les planètes sont les objets les plus gros qui entourent le Soleil, ils ne sont pas les seuls.

Planètes & Lunes

Huit planètes (Mercure, Vénus, Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) tournent autour du Soleil. En plus de cela, on confirme l’existence de plus de 220 lunes. Ces corps célestes de taille variable ne gravitent autour d’un astre lui-même gravitant autour du Soleil. 173 d’entre eux gravitent autour de planètes (et notre Lune en fait partie). Les planètes gazeuses comme Jupiter et Saturne en possèdent jusqu’à soixante.
Les autres lunes gravitent autour de planètes naines (Pluton, Cérès…) ou d’astéroïdes.

Notons pour l’anecdote que les lunes du système solaire sont nommées d’après des divinités grecques ou romaines… sauf les lunes d’Uranus, qui portent des nom de personnage de Shakespeare et de Pope, deux auteurs anglais de l’époque de la découverte d’Uranus !

Les astéroïdes

Les astéroïdes sont des débris rocheux qui ne se sont pas accrétés pour former une planète et qui ne sont pas non plus des lunes. Ils sont souvent difforme et de petite taille (inférieur à 1000 km de diamètre). Dans le système solaire, on les trouve majoritairement entre les orbites de Mars et de Jupiter, où ils forment la ceinture principale d’astéroïdes, composée de plus de 520 000 corps confirmés (et certainement des millions d’autres).

Ces blocs rocheux ne se sont pas accrétés pour former une planète à cause de l’influence gravitationnelle de Jupiter qui se trouve dans le voisinage cosmique : Jupiter, du fait de sa masse très importante, déstabilise toute la région, et les astéroïdes sont alors déviés voire éjectés de la ceinture d’astéroïde.
Une partie finissent ailleurs dans le système solaire : certaines se retrouvent sur des orbites elliptiques, croisant celles d’autres planètes. Un astéroïde qui croise l’orbite de la Terre est appelé astéroïde géocroiseur : ils sont sous haute surveillance car une collision avec la Terre n’est pas exclue.

Certains peuvent aussi être capturés par une planète : soit ils s’écrasent dessus, soit ils se mettent en orbite autour (devenant des lunes). C’est le cas d’un petit rocher qui a récemment été découvert et qui constitue, le temps de quelques siècles, une petite seconde lune pour la Terre.
D’autres astéroïdes finissent sur la même orbite qu’une planète. S’ils y restent, c’est généralement sur des points appelés « point de Lagrange », situés de part et d’autre de la planète à un angle de 60° avec le Soleil : ces points de l’orbite sont gravitationnellement stables et les astéroïdes y restent. On les nomme alors des astéroïdes troyens.
Dans le système solaire, la quasi-totalité des astéroïdes troyens se trouvent près de Jupiter, mais la Terre en a également.

Pour les astéroïdes aussi, leur noms constitue un fait amusant.
Il faut savoir que quand quelqu’un découvre quelque chose, c’est à lui de le nommer : ça vaut pour les nouvelles espèces animales, aux recettes de cuisines, en passant par les éléments chimiques et les astres.
En astronomie il y a des règles strictes à respecter pour le nommage des corps, mais pour les astéroïdes, en raison de leur nombre très important, l’union d’astronomie internationale est plus laxiste sur les règles. On trouve dès lors des noms comme Eureka, Monty Python, Mr. Spock, James bond ou encore Wikipédia.

La Ceinture de Kuiper

En plus de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter, on trouve la Ceinture de Kuiper contenant des débris rocheux. Ces débris se trouvent au delà de l’orbite de Neptune, d’où leur nom d’objets transneptuniens (ou TNO en anglais) et dont l’ex-planète Pluton est un membre important :

objets transneptuniens
Quelques objets transneptuniens (source : Wikimedia)

Il est question ici de millions de petits corps épars, dont la totalité dépasse de plusieurs dizaines à plusieurs centaine de fois la ceinture d’astéroïdes. La ceinture de Kuiper, bien plus lointaine la ceinture principale, est également bien plus large : elle s’étend de une à deux fois la distance Soleil-Pluton.

Ici, ces corps en présence y sont depuis le début du système solaire. Ils ne se sont pas tous accrétés pour former des planètes. Selon certaines théories, les planètes comme Neptune se sont constitués avec des éléments de la ceinture de Kuiper. La planète aurait ensuite été attiré plus près du Soleil à cause de l’influence gravitationnelle de Jupiter (oui, encore) et de Saturne.

Si les corps de la ceinture principale sont principalement rocheux ou métalliques, dans la ceinture de Kuiper, on suppose qu’ils sont également composés de gaz gelés (méthane, ammoniaque…) et d’importantes quantités d’eau.

Les comètes

Ce sont des astres qui ont une orbite très elliptique autour du Soleil, à tel point qu’ils passent rapidement très près du Soleil pour ensuite s’en éloigner très fortement. Elles sont caractérisées par une « queue » de gaz et poussières qui s’échappent de la comète au fur et à mesure de leur approche du Soleil. Cette queue est extrêmement longue (plusieurs millions de kilomètres) et largement visible depuis la Terre :

comete hale boop
La comète de Hale-Boop, vue depuis la Croatie en 1997 (source : Wikimedia)

Les comètes sont en partie des objets de la ceinture de Kuiper qui ont subi une importante déviation à un moment (dû à un choc ou une attraction d’un autre corps) et qui finissent par se diriger vers le Soleil.
Certaines comètes sont connues depuis longtemps et ont désormais une orbite périodique, comme la très célèbre Comète de Halley, dont on connaît des traces écrites depuis plusieurs millénaires, et qui permit à Halley de valider les lois de gravitation de Newton, en prédisant son retour 40 ans par avance, ce qui au XVIIe siècle faisait grande sensation dans le monde scientifique.

D’autres comètes vont trop près du Soleil et brûlent, comme Ison en 2013. Enfin, certaines finissent capturés par l’incroyable attraction de Jupiter et finissent « mangés » par la géante, comme c’était le cas de la comète Shoemaker-Levy 9, en 1994.

Les nuages de Hills et d’Oort

L’autre source possible pour des comètes sont des nuages de rochers encore plus lointains, plus grands et plus massifs. Le Nuage d’Oort est un nuage situé entre 300~3000 et 20 000~30 000 fois la distance Terre-Soleil de notre étoile et même au delà de 100 000 fois la distance Terre-Soleil. Contrairement au plan de l’écliptique, qui contient les planètes, les astéroïdes et dans lequel on peut également inclure la ceinture de Kuiper, le Nuage d’Oort est sphérique, centré sur le Soleil.

Le nuage de Hills, parfois appelé « nuage d’Oort interne » est la partie du nuage d’Oort la plus proche du Soleil et qui s’est placé sur le plan de l’écliptique.

Ces deux nuages contiennent des milliards de corps rocheux. Leur nombre extrêmement important ne signifie pourtant pas que le nuage est dense : la sphère qui les contient est tellement grande (jusqu’à une ou deux année-lumière de rayon) que chaque corps reste éloigné des autres de millions de kilomètres.

le nuage d’oort
Schématisation du Nuage d’Oort (source : Wikimedia)

Le nuage d’Oort marque la limite du système solaire et de l’influence gravitationnelle et électromagnétique (par le biais des vents solaires) de notre étoile sur les autres corps plus petits.

Et la ceinture de Van Allen ?

On rencontre parfois le nom de ceinture de Van Allen dans la littérature d’astrophysique.
Cette entité n’a rien avoir avec la ceinture de Kuiper ou la ceinture d’astéroïdes, n’étant en rien une ceinture de rochers autour du Soleil.

La ceinture de Van Allen représente un tore de particules chargées qui sont piégées dans la magnétosphères de la Terre, au niveau de l’équateur magnétique, entre 700 et quelques milliers de kilomètres d’altitude (la station ISS se trouve sous cette ceinture). L’interaction des particules qui s’y trouvent avec l’atmosphère et les vents solaires est responsable des aurores polaires.

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