M.I.S.S. Arrée

M.I.S.S. Arrée, la Maquette Immense du Système Solaire dans les monts d'Arrée, vous invite à une promenade dans le système solaire à l'échelle du milliardième (1:10⁹). Donc, dans cette maquette :

• Un millimètre maquette correspond à 1000 kilomètres en réalité
• La lumière, ralentie 1 milliard de fois, circule à 30 centimètres/seconde, soit environ 1 km/h
• Les distances entre les astres, exprimées en temps-lumière, sont conservées : La vraie lumière du vrai Soleil met 8 mn pour arriver à la vraie Terre ; Il faut aussi 8 mn pour parcourir les 150 m qui séparent la maquette du Soleil de celle de la Terre à la vitesse de 1km/h.
• Vous pourrez rejoindre Neptune et revenir au Soleil à pied en une demi-journée. Vous irez plus vite que la lumière qui met une journée entière pour faire l'aller-retour
• La planète Terre, bille de 12 millimètres de diamètre, se trouve à 150 mètres du Soleil
• Vous arriverez à distinguer Brasparts de Paris, à ½ millimètre l'une de l'autre, sur la Terre.

Souvent les représentations du système solaire montrent les planètes avec des dimensions à l'échelle. Mais les distances entre les objets ne sont alors pas respectées. Parfois les distances entre objets sont respectées. Les planètes ne sont alors plus identifiables. Dans l'exemple ci-dessous ni les dimensions des planètes, ni leur éloignement du soleil ne sont à l'échelle. L'avantage est qu'un coup d'oeil suffit pour voir le soleil et toutes les planètes. L’inconvénient est que cela ne fournit visuellement aucune information sur les tailles et les distances.

Dans MISS Arrée, les dimensions des planètes comme leurs distances au soleil sont à la même échelle, les planètes sont visibles et l'échelle est simple.

La maquette met ainsi en évidence les rapports de taille et de distance dans le système solaire. La contrepartie est qu'il faut marcher. Chacun peut retrouver facilement les tailles des planètes et leur distance au soleil : il suffit, pour obtenir les valeurs réelles, d'ajouter 9 zéros aux dimensions et distances ramenées à l'échelle humaine dans MISS Arrée.

MISS-Arrée, la Maquette Immense du Système Solaire dans les Monts d'Arrée, est à l'échelle choisie du milliardième : un millimètre représente 1000 km, aussi bien pour les tailles des astres que pour leurs distances respectives.

Son but est de donner une idée des tailles et des distances entre les principaux objets du système solaire : le soleil, ses satellites - les planètes et quelques satellites de ces planètes ou lunes.
Il s'agit de ramener le système solaire à l'échelle du promeneur : si la Terre avait la taille d'une bille, à quelle distance serait le soleil, quelle taille aurait-il et pourrais-je rendre visite à Neptune à pied dans la journée ?

L'idée initiale du projet revient à Arrée Astronomie Brasparts. La fabrication de modèles réduits du Soleil et des planètes a demandé la participation bénévole d'artistes, d'artisans et de bricoleurs locaux.

• Le soleil, sphère de 140 cm de diamètre, a été réalisée en résine par les membres d'Arrée Astronomie Brasparts.
• Jupiter, 15 cm de diamètre, a été réalisé à la poterie du Tuschenn Kador à Saint Rivoal par Evelyne Talbourdet.
• Les autres planètes ont été peintes à la main par Laeticia (peintre en décors à Brasparts peinturelaetitia.blogspot.com).

Site internet : www.astrosurf.com/ArreeAstronomie/

Le Système Solaire est l’ensemble des corps sous influence gravitationnelle du Soleil, qui s’étend jusqu’à plusieurs milliers de milliards de km, voire une année-lumière. Si on prend en compte la distance au-delà de laquelle le vent solaire est arrêté par le milieu interstellaire, ce qu’on appelle l’héliopause, le Système Solaire ne s’étend « que » jusqu’à de l’ordre de 20 milliards de km (à 20 km à l’échelle de MISS Arrée, la Maquette Immense du Système Solaire dans les Monts d’Arrée).

Le Soleil est une gigantesque centrale nucléaire brûlant 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde. Ce faisant il « maigrit » de plus de quatre millions de tonnes par seconde, entièrement transformée en énergie conformément à l’équation établie par Einstein E=mc². Il émet donc une énergie de l’équivalent de l’explosion de 91 millions de tonnes de TNT chaque seconde. Il est âgé de 4,5 milliards d’années et est presque à la moitié de sa vie. A lui seul, le Soleil pèse deux milliards de milliards de milliards de tonnes (2x1030 kg), ce qui représente 99,86% de la masse totale du Système Solaire. Jupiter et Saturne représentent à eux deux plus de 90% de la masse restante.

Les quatre planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre et Mars), composées essentiellement de roches et de métal sont les plus proches du Soleil. Leur orbite est comprise entre 58 millions de km et 228 millions de km (de 58 m à 228 m à l’échelle de MISS Arrée). La lumière du Soleil met quelques minutes à leur parvenir. Elles sont principalement composées de roches et de métal, parce qu’elles sont proches du Soleil. Sous l’effet de la température, les composants gazeux de leur atmosphère originelle (hydrogène et hélium) se sont échappés. Du fait de leur relativement petite taille, elles ont peu ou pas de satellites naturels.

Les quatre planètes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) sont plus éloignées. Leur orbite est comprise entre 780 millions de km et 4 503 millions de km (de 780 m à 4,5 km à l’échelle de MISS Arrée). La lumière du Soleil met quelques heures à leur parvenir. A elles quatre, elles représentent 99% de la masse des objets orbitant autour du Soleil. Elles sont principalement composées d’hydrogène et d’hélium. Elles ont de nombreux, voire très nombreux satellites naturels (plus de 120 au total autour de Jupiter et Saturne). Elles sont toutes pourvues d’anneaux, constitués de petites particules et de poussières, mais seuls les anneaux de Saturne sont visibles depuis la Terre.

Les petits corps du Système Solaire (planètes naines, astéroïdes, comètes, etc.) sont principalement regroupés en deux régions.

D’une part, la ceinture principale d’astéroïdes est située entre l’orbite de Mars et celle de Jupiter, à plus de 350 millions de km du Soleil. Elle comprend des corps dont la taille varie de quelques centaines de km à des poussières microscopiques. Les astronomes en ont répertorié plus de 700 000 de plus d’un km. Ils sont principalement rocheux, métalliques ou carbonés.

D’autre part, la ceinture de Kuiper (au-delà de l’orbite de Neptune, à plus de 4,5 milliards de km du Soleil).

Le nuage d’Oort, encore hypothétique, serait situé à plus de 3000 milliards de km (à 3000 km à l’échelle de MISS Arrée !). La lumière du Soleil mettrait de trois à six mois, voire plus, à parvenir aux milliers de milliards d’objets, principalement des comètes, qui le constituent. Toutes ces régions du Système Solaire sont extrêmement peu densément peuplées. Les sondes spatiales les ont toujours traversées sans incident. Leur masse totale est extrêmement faible et représenterait au total quelques milliardièmes de la masse du Système Solaire, ou encore quelques millièmes de la masse de la Terre.

« Planète » signifie « astre errant » en grec ancien. De tout temps, les humains ont été intrigués par les mouvements du Soleil et des planètes visibles à l’oeil nu sur le fond des étoiles, qui apparaissent fixes à l’oeil nu.

Dans l’Antiquité, Aristote (vers 350 avant JC), se conformant aux apparences, considérait que tous les astres tournaient autour de la Terre, considérée comme fixe. Cette théorie, le géocentrisme, reprise et systématisée par Ptolémée (vers 150 après JC), a été considérée comme valide jusqu’à la fin du XVIe siècle. Pour autant, on savait que la Terre était un globe. Eratosthène (vers 200 avant JC) l’avait même mesuré assez précisément.

Peu à peu, précisions des mesures aidant, l’héliocentrisme, c’est-à-dire placer le Soleil au centre du Système Solaire, s’est imposé. Il rendait plus simples les calculs des trajectoires des planètes. Ensuite, les théories de Kepler sur les orbites en ellipses (en 1609), puis les observations visuelles par Galilée (en 1610) des satellites autour de Jupiter et enfin la théorie de la gravitation universelle de Newton (en 1687), ont montré que l’héliocentrisme avait une réalité physique. Cependant, ce cheminement n’a pas été de tout repos, en particulier du fait de l’opposition de l’Eglise Catholique.

Mais le Soleil lui-même n’est pas le centre de l’univers ! Dès 1584, Giordano Bruno, défenseur de l’héliocentrisme et plus philosophe que scientifique, a eu l’intuition « qu'il existe une infinité de terres, une infinité de soleils et un éther infini ». Il sera brulé vif à Rome en partie pour cette affirmation. En 1783 seulement, Herschel prouva que les étoiles étaient très lointaines, plusieurs années-lumière (AL)² pour les plus proches, et que le Soleil se déplaçait dans la Voie Lactée. Il faudra attendre le début du XX° siècle et la découverte d’autres galaxies pour comprendre que la Voie Lactée est une galaxie parmi d’autres.

La Voie Lactée, notre galaxie, est un ensemble distinct de plus de 100 milliards d’étoiles. Son diamètre est de l’ordre de 100 000 AL. La galaxie d’Andromède, galaxie voisine et jumelle de la Voie Lactée, est située à 2,2 millions AL. Les galaxies sont elles-mêmes organisées en très grandes structures que les astronomes commencent à comprendre. Laniakea, un ensemble de super-amas de galaxies contenant la Voie Lactée et évoluant ensemble, a un diamètre de 520 millions AL (5200 milliards de km à l’échelle de MISS Arrée). Les galaxies observables les plus lointaines sont situées à 14 milliards AL (140 000 milliards de km à l’échelle de MISS Arrée).

Dès l’antiquité, les humains ont exploré le Système Solaire avec des instruments, mais à l’oeil nu.

Depuis l’invention de la lunette par Galilée, les instruments d’observation et de mesure, et les méthodes de calcul, n’ont cessé de s’améliorer.

Depuis moins d’un siècle, les humains envoient des fusées dans l’espace. L’homme n’est jamais allé plus loin que la Lune. A l’échelle de MISS Arrée, c’est à 40 cm de la Terre. Mais la sonde Voyager 1, qui a déjà visité les planètes externes (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune), a franchi la première frontière du Système Solaire qu’est l’héliopause. A plus de 21 milliards de km (21 km à l’échelle de MISS Arrée), elle est maintenant dans le milieu interstellaire et continuera à envoyer des informations jusqu’en 2025. Elle est ainsi l'artefact humain le plus loin de la Terre jamais envoyé.

Aujourd’hui, les étoiles et galaxies les plus lointaines sont observés dans toutes les longueurs d’onde de la lumière : radio, infra-rouge, visible, ultra-violet, rayon X. Certains télescopes géants, combinant leurs images par interférométrie, accroissent encore leur résolution : Ils pourront bientôt distinguer visuellement des planètes tournant autour d’étoiles situées à des milliers d’AL.

Mais l’exploration des étoiles et des galaxies par des vaisseaux spatiaux reste du domaine de la science-fiction. Pour visiter une planète dans la galaxie voisine d’Andromède, même en y allant à la vitesse de la lumière, qui ne peut pas être dépassée, il nous faudrait plus de deux millions d’années.

Parmi les objets de M.I.S.S. Arrée, la Maquette Immense du Système Solaire dans les monts d'Arrée, il y a déjà la vitesse de la lumière à l'échelle. Aucune raison donc de se priver de présenter également une équation, la loi de gravitation, et sa représentation visuelle courante, la Germaine de Brasparts.
Cette pomme, semblable en tous points à celle qui vous est présentée ici – pas à l'échelle, mais comment mettre une abstraction à l'échelle - apparaît dans une anecdote racontée par Isaac Newton à William Stukeley en 1726 et rapportée par ce dernier dans ses Memoirs of Sir Isaac Newton's Life parus en 1752 :

"La notion de gravitation lui vint de la chute d'une pomme, alors qu'il était assis de manière contemplative. Pourquoi la pomme tombe-t-elle toujours perpendiculairement au sol ? s'est-il demandé. Pourquoi ne va-t-elle pas de côté, ou vers le haut, mais irrémédiablement vers le centre de la Terre ?Assurément la raison en est que la Terre l'attire. Il doit bien y avoir en jeu une force d'attraction. Et l'ensemble de la puissance attirante de la matière terrestre doit loger en son centre, pas en l'un de ses côtés. Cette pomme, alors, tombe-t-elle perpendiculairement ou en direction du centre ? Si la matière attire ainsi la matière, ce doit être en proportion de sa quantité. Par conséquent la pomme attire la Terre de même que la Terre attire la pomme."

Cette pomme a changé le monde. Elle est, et la loi de gravitation qui va avec, à l'origine de la révolution de la compréhension du monde en ce 18e siècle des Lumières qui promeut la démarche scientifique en lieu et place de la didactique scolastique.
La loi universelle de la gravitation stipule :

FA/B = FB/A =G MA MB / d²

Cette équation détermine la force F de l'attraction gravitationnelle entre deux corps A et B en fonction de leur masses MA et MB et de la distance d qui les sépare. G est la constante gravitationnelle dépendante des unités utilisées (mais indépendante de l'échelle).
Cette loi mathématique simple, permet la prédiction exacte des orbites planétaires ou du retour des comètes, et le guidage des satellites artificiels et des sondes interplanétaires. M.I.S.S. Arrée même lui doit son existence.
Le point majeur de la théorie de gravitation de Newton n'est pas tant la loi en carré inverse proprement dite (la force d'attraction dépend de l'inverse du carré de la distance) que son caractère universel. La loi s'applique à la pomme comme elle s'applique à la Lune dont le mouvement subtil est à la fois sous l'influence de la Terre mais aussi du Soleil, beaucoup plus lointain mais aussi beaucoup plus massif.
Plus fondamentale, la théorie de la relativité générale d'Einstein supplante aujourd’hui celle de la gravitation de Newton. Elle est indispensable dans des conditions extrêmes (forte gravité ou vitesse élevée), ou quand une précision extrême est nécessaire, par exemple pour les horloges des satellites GPS.
A l’exception du mouvement de Mercure du fait de sa très grande proximité avec le Soleil (voir fiche Mercure), dans le contexte de notre système solaire, l'approche newtonnienne, plus simple, règne toujours en maitresse absolue, par exemple pour les agences spatiales du monde entier.