Où s’arrête le système solaire ?

Pour en finir (momentanément) avec ma petite saga sur le Système solaire, auquel j’ai consacré récemment les billets Le Soleil dans tous ses états et Le royaume magnétique du Soleil, ce petit billet d’humeur concerne les récentes déclarations selon lesquelles la sonde américaine Voyager 1, lancée en 1977, aurait « passé la frontière du système solaire, devenant le premier objet envoyé par l’homme à atteindre l’espace intersidéral ». C’est ainsi que le 12 septembre 2013, la Nasa a une nouvelle fois annoncé que sa sonde Voyager 1 était sortie de la sphère d’influence du Soleil. Je dis bien « une nouvelle fois », car ne manquant jamais une occasion de faire mousser ses exploits technologiques, l’agence spatiale américaine n’en était pas à son coup d’essai. La sonde Pioneer 10 était déjà censée être sortie du Système solaire en… 1983, alors qu’elle avait à peine dépassé l’orbite de Neptune (autant dire la porte à côté). Même antienne en 2010 et en 2012 avec Voyager 1 & 2.  Alors cette fois, est-ce la bonne ? Nullement, comme je le démontre plus loin.

ciences_avenir_01_2014Cela n’a pas empêché  le magazine Sciences et Avenir du mois de janvier 2014 de publier en gros titre de couverture « Nous découvrons l’infini », accompagné du sous-titre « à 19 milliards de kilomètres de la Terre ». C’est donc si petit  que ça l’infini ?  19 milliards de kilomètres ? Alors que la frontière de l’univers observable est à 500 000 milliards de millards de kilomètres ? Et que par définition, l’infini est encore infiniment plus loin? Cette vue singulièrement étroite m’évoque cet aphorisme du sage chinois Han Yu, « Qui s’assied au fond d’un puits pour contempler le ciel le trouvera petit ».

A l’intérieur du même numéro de Sciences & Avenir, un gros dossier  en rajoute plusieurs couches : « La fin de l’empire du Soleil », « Vers l’infini … et au-delà » (carrément!). Tout cela apparemment étayé par des commentaires aussi incontournables que ceux de mes collègues et amis Hubert Reeves ou Rosine Lallemand. Sont-ils donc tous tombés sur la tête, ou bien y a-t-il désaccord sur ce que l’on entend vraiment par « Système solaire » ?

Définition élémentaire : le Système solaire est composé d’une étoile, le Soleil, et de tout ce qui gravite autour de lui : les planètes et leurs satellites, les astéroïdes, les corps glacés de la ceinture de Kuiper et les comètes, le gaz et les poussières interplanétaires. Quelle est donc sa limite?

Certains planétologues (ceux de la Nasa notamment) la définissent comme la zone où s’arrête le vent solaire, ce gaz chaud que notre étoile souffle dans l’espace et qui porte le champ magnétique solaire. La frontière de cette « héliosphère » est située environ 100 fois plus loin du Soleil que la Terre, soit 15 milliards de kilomètres. C’est la raison pour laquelle la sonde Voyager 1, actuellement située à 19 milliards de km, est censée avoir quitté le système solaire. En réalité elle n’a fait que franchir la limite de l’héliosphère, autrement dit l’empire magnétique du Soleil.

Position actuelle de Voyager1
Position actuelle de Voyager1. L’échelle de distances n’est pas linéaire. La frontière gravitationnelle du Système solaire est le bord externe du nuage de Oort. Alpha Centauri est l’étoile la plus proche.

Or il est beaucoup plus pertinent de parler de frontière gravitationnelle. La force d’attraction gravitationnelle du Soleil décroissant en fonction du carré de la distance, elle devient très faible à longue portée, et l’on peut définir l’endroit où la force d’attraction d’une autre étoile va l’emporter sur celle du Soleil. On peut ainsi tracer autour de chaque étoile une zone d’influence gravitationnelle, comme une cuvette dans laquelle les objets sont attirés vers elle plutôt que vers une autre. Pour le Système solaire, cette zone s’étend jusqu’au bord extérieur du nuage de comètes lointaines, le « nuage de Oort ». Dans la courte vidéo qui suit, datée de 1996, je donne une idée sommaire de ce vaste halo de corps cométaires, jamais observé directement, mais qui rend bien compte de l’origine et des orbites des comètes à longue période.

Le nuage de Oort est le vestige de l’immense nébuleuse protosolaire, dont la périphérie est restée disséminée en halo tandis que l’intérieur s’est condensé et aplati en un disque d’où sont nés le Soleil et les planètes. Or, ce nuage est beaucoup plus lointain que la plus éloignée des planètes et que la limite du champ magnétique solaire. Il s’étend en effet jusqu’à environ une année-lumière, soit dix mille milliards de kilomètres. Un chiffre si grand qu’il ne nous parle plus.

Imaginons alors un modèle à échelle réduite, où le Soleil n’est qu’une bille d’un centimètre ; la Terre est un grain de sable tournant à un mètre de distance, Pluton une poussière à quarante mètres ; la ceinture de Kuiper s’étend jusqu’à cinquante-cinq mètres, l’héliosphère jusqu’à cent mètres, et le nuage de Oort jusqu’à … cent kilomètres ! Voilà la véritable zone d’influence gravitationnelle de la petite bille centrale. Les grains de poussière qui gravitent à cette énorme distance, et pour qui le Soleil paraît à peine plus gros qu’une autre étoile, sont encore gouvernés par sa masse. Et, à cette même échelle, où se trouve la plus proche étoile? À quatre cents kilomètres. C’est Proxima du Centaure, autre petite bille d’un centimètre.

Alpha Centauri, le système planétaire le plus proche de nous, à 4,4 années-lumière.
Alpha Centauri, le système planétaire le plus proche de nous, à 4,4 années-lumière.

Je crois qu’au delà du désir de la Nasa de publier régulièrement des scoops sur les performances de ses sondes spatiales, il y a une vraie divergence d’avis chez les scientifiques sur ce qu’est vraiment le Système solaire. Quand on est astronome, on s’attache avant tout aux diverses manifestations du rayonnement électromagnétique, et à cet égard l’influence de notre étoile  cesse là où s’arrête le vent solaire. Quand on est astrophysicien, c’est la gravitation qui prime, car c’est elle qui organise la cohérence des systèmes planétaires. Or, l’empire gravitationnel du Soleil s’étend mille fois plus loin que son empire magnétique.

En atendant, Voyager 1 continue sa route à environ 60 000 km/h de moyenne. Il lui faudra entre 30 000 et 40 000 ans pour traverser le nuage de Oort, et quatre fois plus de temps pour aborder les parages d’Alpha Centauri. D’ici là, la Nasa n’existera plus pour nous annoncer enfin la vraie bonne nouvelle…

10 réflexions sur “ Où s’arrête le système solaire ? ”

  1. C’est vrai que « l’infini » à 19 milliards de km (même pas 19 miliards d’années-lumière, ce qui serait déjà plus intriguant) c’est un peu léger comme journalisme scientifique !

  2. Point de vue très intéressant et qui remet les choses à leur place.
    Cependant, il me semble qu’il faut voir la communication de la NASA d’un bon oeil : plus on parle de science (même sur un ton spectaculaire) et plus on la fait avancer dans les esprits.
    Je sens comme un frémissement autour de l’espace en ce moment, c’est une bonne nouvelle !

    1. Merci pour votre commentaire. Votre point de vue se tient, et ce n’est certainement pas moi qui me plaindrais que l’on parle de science dans les médias. Malgré tout je suis agacé par le fait que
      1/ 75% des communiqués de presse scientifiques publiés en France proviennent du monde anglo-saxon (la plupart des journalistes paresseux se contentant de reprendre les dépêches de l’AFP – où l’on se demande demande d’ailleurs si la lettre F signifie encore France – ou de Reuters)
      2/ sur ces 75%, 90% ne font que claironner une prétendue supériorité de la science américaine. Or, la majorité des annonces sont surfaites. L’une des dernières en date, la prétendue découverte des ondes gravitationnelles issues du big bang (auxquelles nous aimerions tous croire), mise en une des médias du monde entier, est un travail précipité, destiné à tenter de couper l’herbe sous le pied de cosmologistes européens qui font un travail autrement plus fouillé avec les données du télescope Planck. Ce que les médias n’ont pas dit, c’est que dans les jours qui ont suivi cette annonce triomphaliste, une flopée d’articles techniques ont montré à quel point la conclusion était prématurée, car nombre d’effets produisant le même type de polarisation du rayonnement fossile avaient été oubliés par l’équipe américaine…

  3. Pareil : je suis heureux que de plus en plus de monde se tourne vers l’espace et les sciences qu’il engendre.
    Le seul « hic », c’est qu’il est vrai qu’aujourd’hui, beaucoup trop de néophytes découvrent les sciences astronomiques/astrophysiques avec soit de fausses informations, soit des déformations de la réalité à des fins commerciales voir même de vulgarisation irréfléchie.
    À force de schémas où il n’est par exemple pas précisé que les échelles sont non-linéaires ou bien de ces fameux croquis représentant des électrons tournoyant tout autour d’un noyau censé se trouver plutôt des kilomètres plus loin (sur le papier), beaucoup d’entre nous oublient que nos conceptions des choses ont facilement tendance à se heurter à ces ordres de grandeur vertigineux.

  4. En tant que néophyte, j’étais absolument fasciné par le fait de penser qu’un objet humain avait quitté le système solaire. Apprendre qu’en fait il faudra 30000 ans me désespère. Cela ne fait qu’ accentuer l’angoissante sensation de solitude dans cet univers.

  5. @jpluminet
    Bonjour Monsieur,
    Ne pensez vous pas que, si la « majorité des annonces sont surfaites » de la part des équipes américaines (ce qui est vrai puisque vous le dites et que vos compétences en la matière sont évidentes), c’est que beaucoup de scientifiques sont en quête de budgets pour continuer leurs recherches et doivent de ce fait donner des « résultats » rapidement. Merci de votre réponse.

    1. C’est en partie vrai, combiné à la fameuse (et dommageable) maxime « publish or perish ». Cet état de fait nous arrive maintenant en France où, malgré des institutions à financement public comme le CNRS, la recherche de budgets devient prioritaire sur la qualité et l’originalité des recherches. En partie vrai seulement, car je pense que les annonces de plus en plus spectaculaires relèvent aussi du goût pour la société du spectacle, qui est un peu plus prononcé aux US que chez nous (mais ça ne saurait tarder, vu que nous prenons systématiquement avec dix ans de retard le train des mauvaises choses). Merci en tout cas de m’avoir lu et réagi.

  6. La vérité est que la couverture de Science et Vie et le commentaire « absurde » de Hubert Reeves (qui devrait songer sérieusement à passer la main) sont incompréhensibles même pour un public peu informé. Tout d’abord, par définition, l’infini ne peut être « découvert », la phrase est pompeuse et vraiment mal choisie. Ensuite parce que cela fait tout de même très longtemps (une bonne cinquantaine d’années) qu’on a découvert le rayonnement de fond de ciel et que nous enregistrons des photons qui ont quasiment l’âge de l’Univers (13,78 Milliards d’années dans la théorie actuelle du Big-Bang) et donc voilà une distance bien grande devant les sauts de puce des sondes de la NASA (par ailleurs technologiquement très réussies). Il reste que l’infini est un concept mathématique inventé par l’être humain et que l’Univers physique n’est pas infini (et si il le devient ce sera dans un temps… infini). Pour la définition de la sphère d’influence du Soleil, j’apprécie celle que vous donnez car je trouve le nuage de Oort assez fascinant et oui son diamètre extérieur peut servir de point de repère pour baliser les limites de notre Système Solaire. Pour la petite histoire, cette sphère de Oort est environ à 1 année lumière (si je me souviens bien), à comparer à ces photons du Big-Bang qui eux proviennent de vraiment très loin (mais pas de l’infini). Les sondes de la NASA ne sortiront pas de la sphère d’influence du Soleil avant des millénaires (j’ai la flemme de faire le calcul!)

  7. Tout à fait d’accord avec vous !
    Hélas la sonde n’enverra plus d’information à l’horizon 2025.
    Sa position ne sera plus que spéculation.
    Sinon il existerait entre A du centaure et notre soleil une zone d’une année lumière au moins qui ne serait gouverné par la gravité d’aucune étoile? Alors ça c’est du milieu interstellaire !

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