Questions aux experts
Ciel, Terre, Univers
Le Soleil et les astres tournent-ils ?
Mes élèves se demandent si le Soleil tourne lui aussi. D'autre part, ils aimeraient savoir ce qui a produit le premier choc à l'origine de ce mouvement de rotation de tous les corps dans l'espace.
Oui, le Soleil tourne. On le sait depuis Galilée. Depuis que Galilée a découvert des taches sombres sur la surface du Soleil (ce qui au passage retirait de son côté "idéal", "immaculé", "parfait" à cet objet et venait à l'encontre de certaines doctrines de l'Eglise Catholique).
Galilée a très rapidement compris que ces taches se déplaçaient le long du Soleil et que c'était dû à la rotation de celui-ci (elles disparaissaient à un bord pour réapparaître quasiment identiques à l'autre bord). Le Soleil n'étant pas une sphère solide, mais une sphère de gaz ionisé (plasma), sa rotation n'est pas uniforme comme celle de la croûte terrestre ou de la Lune. L'équateur tourne plus vite que les pôles. A l'équateur, la rotation se fait en un peu plus de 25 jours alors qu'elle dépasse les 30 jours près des pôles.
Ce n'est pas la seule rotation du Soleil ! Le Soleil et les planètes tournent ensemble autour de leur point commun qu'on appelle le centre de masse du système solaire. En effet, il n'y a pas de point "solide" auquel s'accrocher pour tourner autour comme dans le cas de la fronde que l'on tient à la main pour reprendre l'image de Gilles Henri (dans "Pourquoi la Terre tourne-t-elle ?"). Le centre de masse est un point d'équilibre en perpétuel changement qui résulte de la géométrie du système solaire combinée à la masse de ses composants à chaque instant. Si nous disons que les planètes tournent autour du Soleil, c'est parce que le Soleil, 1 500 fois plus massif que toutes les planètes réunies, est très près de ce centre de masse. En fait, le centre de masse est encore à l'intérieur du Soleil puisqu'il est à environ 500 000 km du centre du Soleil (dont le rayon est de 700 000 km).
Pour illustrer cet effet, on peut penser à une expérience simple : deux personnes se tiennent par les mains, face à face, pieds contre pieds, et se penchent en arrière pour s'équilibrer et tourner ensemble. Pour ne pas tomber la personne la plus massive se penchera moins que l'autre, elle est plus près du centre de rotation. A noter qu'il en est de même pour le système Terre-Lune. Cette dernière pesant 1,2 % de la masse de la Terre, le couple Terre-Lune tourne autour d'un point qui est très approximativement à 4 500 km du centre de la Terre.
Enfin, le système solaire dans son ensemble tourne autour du centre de la Galaxie à la vitesse moyenne de 900 000 km/h !. C'est le centre de masse du système solaire qui suit une trajectoire régulière (une ellipse) et non pas le Soleil lui-même. Toute la Galaxie tourne ainsi autour de son centre (lui aussi en redéfinition perpétuelle bien que très peu variable).
Si on pouvait s'élever au-dessus du système solaire et le regarder se déplacer par rapport aux autres étoiles, on verrait le Soleil avancer en zigzaguant (puisqu'il tourne autour du centre de masse qui lui avance en ligne "droite"). C'est une des méthodes qu'on peut utiliser pour chercher des planètes extrasolaires : chercher des étoiles qui avancent en "titubant".
L'origine de la rotation dans l'Univers est une question très délicate pour laquelle on ne peut pas donner de réponse simple (je renvoie à la réponse de Gilles Henri dans "Pourquoi la Terre tourne-t-elle ?").
Il faut introduire des perturbations sur des objets de forme non-sphérique pour que des couplages se forment (entre protogalaxies par exemple) et que la rotation s'installe. Ensuite, par absence d'effets dissipatifs (de frottements donc), cette rotation est conservée et s'applique à tout le gaz dans la protogalaxie. Le gaz se contracte pour former des étoiles et des systèmes planétaires en continuant de tourner sur lui-même, cette rotation est alors répartie en rotation des planètes sur elles-mêmes, en rotation autour de leur étoile et en rotation de l'étoile sur elle-même.