DE L'ASTRONOMIE : la mort du système solaire

La nébuleuse planétaire "l'oeil du chat" (cateye)

     Le Soleil brille depuis toujours dans notre ciel et, compte tenu de la brièveté de la vie humaine – et même des civilisations – il nous apparaît comme quelque chose d'immuable, au point que, à l'aube de l'Humanité, il fut vénéré comme un Dieu immortel. Ce n'est évidemment qu'une illusion d'optique ou, plutôt, de temps. Comme toutes choses dans l'Univers, le Soleil évolue et se transforme : nos vies sont tout simplement trop courtes pour que nous nous en rendions compte. Toutefois, c'est un des grands mérites du cerveau humain que de pouvoir, comme ici grâce à la science, comprendre et imaginer des évènements hors de notre portée immédiate. Et nous pouvons savoir.

     Le Soleil et son cortège planétaire se sont créés voilà approximativement 4,5 milliards d'années, un temps si ancien que la perception de ce chiffre échappe à l'esprit humain. Notre étoile a surgi rapidement (en terme de temps galactique bien sûr) à partir d'un nuage de gaz intersidéral, par contraction puis embrasement nucléaire sous l'effet des forces de gravitation (peut-être grâce à la présence d'une supernova voisine ayant à cette époque engendré les ondes de choc nécessaires à l'embrasement gazeux; voir : le sujet "origine du système solaire"). En raison de ces phénomènes locaux et de la quantité de gaz disponible, l'étoile naissante s'est révélée être de type G2-V (voir glossaire), c'est à dire une étoile assez commune comme il en existe des milliards de milliards dans l'univers (et plus de cent millions dans la seule Voie lactée). Le Soleil en est à peu près au milieu de sa vie prévisible et il brillera encore longtemps mais, un jour incroyablement lointain à imaginer pour nos esprits, il sera inéluctablement voué à disparaître et cette disparition cataclysmique sera extraordinaire.

 

Le Soleil : quelques précisions

 
     Le Soleil est une naine jaune, c'est à dire de type assez commun puisque l'on estime que 10 % des étoiles de la galaxie sont de ce genre : elles sont moins fréquentes que les naines rouges qui sont un peu plus petites et un peu moins chaudes (d'où leur couleur) et représentent le gros du bataillon stellaire (près de 80 %) . En revanche, les naines jaunes sont bien plus nombreuses que les étoiles géantes ou supergéantes, voire des astres encore plus atypiques.

     Notre étoile est composée de 25 % d'hélium, de 74 % d'hydrogène et de quelques traces d'éléments plus lourds comme le fer ou le carbone. Ces éléments lourds attestent d'ailleurs du fait que le Soleil n'est bien sûr pas une étoile de la première génération (celles que l'on appelle les étoiles « primordiales ») puisque ces éléments n'ont pu se trouver dans le nuage gazeux à partir duquel s'est formé le Soleil que parce que d'autres étoiles, bien plus anciennes, ont précédemment vécu et sont mortes... On trouvera de plus amples informations sur ces étoiles très particulières dans le sujet qui leur est dédié : les étoiles primordiales.

     Le Soleil représente 95% de la masse du système solaire (les 5% restants étant principalement concentrés dans Jupiter). C'est dire combien notre planète est minuscule par rapport à lui. Je me souviens encore de ces images que, enfant, je contemplais dans les manuels de vulgarisation astronomique : on y montrait notre Terre comme une tête d'épingle sur une page où notre étoile ne pouvait figurer que partiellement ! Et que dire alors des étoiles géantes comme Antarès ou Bételgeuse... Oui, notre monde terrestre, si vaste à nos yeux, est en réalité un grain de poussière.

     Le Soleil tourne sur lui-même selon une période de 27 jours mais, comme ce n'est pas un objet solide, cette rotation imprime des vitesses différentes selon l'endroit que l'on observe : 25 jours à l'équateur solaire contre 35 jours aux pôles, cette déformation ne l'empêchant évidemment pas d'être parfaitement homogène et de brûler à peu près régulièrement.. Comme nous l'avons déjà dit dans un sujet précédent (voir sujet place du Soleil dans la Galaxie), notre étoile se déplace par rapport à notre galaxie (la Voie lactée appelée aussi LA Galaxie), riche de 200 milliards d'étoiles, dont il fait le tour en environ 220 millions d'années tout en se situant à quelques 26 000 années-lumière de son centre.

     Comme très certainement la majorité des étoiles de l'Univers, le Soleil est entouré d'un système planétaire ; le nôtre comprend huit planètes (depuis la rétrogradation de Pluton en 2006 par l'Union Astronomique Internationale) et, donc, trois planètes naines que sont : Pluton, Cérès et Éris. Ajoutons à cela une ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter et une autre à la périphérie du système (ceinture de Kuiper), des comètes, des météorites (voir glossaire) et de la poussière interstellaire. Bref, rien de très particulier.

     Comme toutes les étoiles, le Soleil doit son éclat à la fusion nucléaire : lui, il transforme son hydrogène en hélium et, ce faisant, produit une énergie considérable qui se transmet à son enveloppe externe pour y être émise sous la forme d'un rayonnement électromagnétique (lumière et rayonnement solaire) et d'un flux de particules qu'on appelle le vent solaire. On estime que la chaleur à la surface de la Terre est due pour près de 99,98 % au Soleil et pour seulement 0,02 % par la Terre elle-même (essentiellement la radioactivité naturelle) : c'est dire l'importance pour notre planète d'éventuelles variations de l'activité solaire...

     Cette transformation de l'hydrogène solaire en hélium est considérable : chaque seconde qui s'écoule, le Soleil « brûle » plus de quatre millions de tonnes de matière. Chaque seconde ! Et pourtant, sa masse est si considérable qu'il continuera ce petit jeu durant environ quatre à cinq milliards d'années... Tout, pourtant, a une fin. Celle du Soleil est si lointaine à nos yeux qu'elle ne nous préoccupe guère : lorsqu'elle surviendra, nous ne serons plus – et depuis si longtemps – que des atomes éparpillés et réincorporés à une quelconque structure elle-même transformée et modifiée tant de fois ! Mais elle surviendra.

 
La fin du système solaire

 
     Nous savons exactement de quelle manière cette fin arrivera (sauf impondérables assez improbables). Il est vraisemblable que si d'éventuels êtres vivants assistent (de loin) à ce spectacle ils n'auront pas grand chose à voir avec ceux que nous connaissons. Stephen Jay Gould, le paléontologue bien connu, écrit quelque part dans un des ses livres que les différentes espèces de mammifères ne vivent que quelques dizaines de millions d'années chacune au plus avant de disparaître. Alors, les hommes, avec leur développement hyperaccéléré en quelques millénaires... Quoi qu'il en soit, le scénario est prévisible.

     Le Soleil, on l'a déjà dit, est une naine jaune et on sait que seules les étoiles d'une taille huit fois supérieure aboutissent à une supernova (voir le sujet mort d'une étoile). Notre étoile, elle, épuisera progressivement sa réserve d'hydrogène, augmentant sa lumière d'un peu moins de 10% chaque milliard d'années. A terme, lorsque l'équilibre sera rompu, le noyau solaire se contractera en se réchauffant. De ce fait, les couches externes de l'étoile se dilateront progressivement et celle-ci se transformera en géante rouge (rouge puisque l'enveloppe extérieure de l'astre, plus loin du centre, se refroidira partiellement). Le diamètre du Soleil englobera alors les premières planètes du système, Mercure et Vénus, qui seront désintégrées tandis que la Terre sera définitivement brulée. L'hélium accumulé dans le cœur de l'étoile commencera ensuite à fusionner en formant du carbone et de l'oxygène tandis que, en périphérie, dans la coquille qui entoure le cœur, l'hydrogène restant sera lui aussi en fusion. L'énergie libérée sera alors considérable.

     Deux cent cinquante millions d'années s'écouleront encore avant que l'étoile ne devienne une supergéante rouge, 10 000 fois plus lumineuse que le Soleil actuel. Cet équilibre sera évidemment très instable et le noyau solaire va finir par s'effondrer sur lui-même éjectant dans l'espace intersidéral les couches externes de l'étoile mourante sous la forme d'une nébuleuse (dite improprement planétaire) aux formes multiples et changeantes. Il s'agit là de ces objets superbes et très impressionnants que l'on peut découvrir au télescope : je pense, entre autres, à la magnifique nébuleuse de l'œil du chat (NGC 6543) aux formes étranges - voir photo en début de sujet - ou encore à la nébuleuse de la boule de neige bleue (NGC 7862) qui affiche en périphérie de sa coque bleutée des éclaboussures de gaz rouge.

 
Vu de la Terre

 
     Il n'y aura – du moins je l'espère - plus personne pour contempler le spectacle sinistre et magnifique. Imaginons-le néanmoins.

     L'immense Soleil rouge aura englobé et détruit ses deux premières planètes mais la Terre sera probablement relativement épargnée. En effet, si le globe solaire parviendra bien jusqu'à l'orbite actuelle de notre planète, celle-ci aura été repoussée sur une orbite plus lointaine et cela en raison de l'attraction plus faible exercée par le Soleil qui aura à ce stade perdu environ 40% de sa masse. Le Soleil rouge sera plus froid que notre Soleil actuel (2000 kelvins contre 5800 aujourd'hui) mais il sera également bien plus proche. Du coup, la Terre verra la chaleur de sa surface portée à près de 1 000° ! Les océans se seront rapidement évaporés tandis que les continents ne seront plus identifiables (de toute façon, ceux que nous connaissons actuellement auront bien changé...).

     Il n'y aura, bien entendu, plus aucune trace de l'Humanité qui aura disparu depuis longtemps. Quoiqu'il en soit, pour peu qu'un observateur soit présent, il assistera à un spectacle extraordinaire : le Soleil rouge envahira presque tout le ciel et il n'y aura que quelques minutes d'obscurité relative entre son coucher à l'ouest et son lever à l'est. Cette situation durera encore près d'un milliard d'années, le temps que le noyau du Soleil éjecte ses couches externes sous la forme d'un vent stellaire incroyablement puissant pour aboutir, comme on l'a déjà dit, à une nébuleuse planétaire que la Terre verra se former de l'intérieur. Comme un oignon, le Soleil rouge sera « pelé » de ses enveloppes externes successives pour ne plus subsister que sous l'aspect d'une boule de gaz brûlante de couleur bleue à l'éclat 10 000 fois plus intense que celui du Soleil actuel. L'atmosphère terrestre ayant été détruite, les rayons ultraviolets émis par l'astre agonisant pourront encore plus facilement transformer les roches en une lave d'où s'élèvera une légère brume irisée bleutée.

     Le Soleil épuisera petit à petit ce qui lui reste d'énergie et deviendra une naine blanche (voir sujet mort d'une étoile) qui s'éteindra peu à peu au fil des millions d'années pour ne plus subsister que sous la forme d'une naine noire à la luminosité rémanente à peine visible, à la manière d'une lanterne sourde s'éteignant doucement. Enfin, ce qui restera du système solaire perdurera sous la forme d'une matière inerte et perpétuellement glacée dérivant dans l'espace. Le froid éternel après la chaleur infernale en quelque sorte. 

     Cette fin apocalyptique ne se produira pas avant très longtemps et il est certain que nous n'avons guère à nous en soucier. Notre planète bleue aura auparavant abrité ces espèces vivantes qui en font certainement un astre à part. Parmi ces espèces, l'Homme, probablement, aura poursuivi sa domination sans partage. Qu'en aura-t-il fait ? A cette question, la science ne peut pas répondre et c'est tant mieux. L'avenir, s'il est probable, n'est jamais totalement écrit par avance pour peu qu'une intelligence essaie de l'interpréter : un soupçon de (relative) liberté au sein d'un Univers purement mécanique.

Glossaire

 
     * type spectral G2-V : c'est le groupe auquel appartient le Soleil, un groupe assez banal faisant partie des naines jaunes. G2 veut dire que l'étoile est plus chaude que la moyenne des autres étoiles (qui sont, rappelons-le, pour la plupart des naines rouges) ; la chaleur de surface de ce type d'étoiles est d'environ 5770 Kelvins ce qui confère au Soleil une couleur jaune tirant sur le blanc. Le suffixe V, appelé classe de luminosité, rappelle que notre étoile est une naine qui se situe sur la branche principale du diagramme de classification des étoiles, appelé diagramme de Hertzsprung-Russel (cf sujets mort d'une étoile et la couleur des étoiles).

 
     * météorites : une météorite est un corps matériel extra-terrestre de taille comparativement petite qui atteint la surface de la Terre. On appelle astéroïde le corps céleste dans l'espace et météorite lorsqu'il s'écrase sur la Terre (in Wikipedia France). Pour plus d'informations, consulter le sujet : météorites et autres bolides)

Images

1. La nébuleuse planétaire NGC 6543, "l'oeil du chat", observée en 2004 par le télescope spatial Hubble,qui présente au moins 11 coquilles concentriques de matière éjectée.  

(sources : NASA/ESA/HEIC/STScI/AURA In www.astronomes.com)

2. Dans plusieurs milliards d'années, le soleil deviendra une géante rouge et attirera la Terre dans son atmosphère ardente (sources : www.techno-science.net/) 

3. géante rouge (sources : friendsweb.free.fr) 

4. naine blanche au sein de sa nébuleuse planétaire (sources : pagesperso-orange.fr/)

(Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

Mots-clés : naine jaune - naine rouge - géante - supergéante - étoiles primordiales - Antarès - Bételgeuse - Voie lactée - ceinture d'astéroïdes - fusion nucléaire - rayonnement électromagnétique - vent solaire - supernova - géante rouge - supergéante rouge - nébuleuse planétaire - naine blanche - naine noire

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Articles connexes sur le blog :

* mort d'une étoile

* novas et supernovas

* la couleur des étoiles

* origine du système solaire

* place du Soleil dans la Galaxie

*  les étoiles primordiales

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Mise à jour : 22 février 2023