La Terre est une planète rocheuse appartenant au système solaire, lui-même compris dans le vaste Univers. Sa taille, sa masse et sa distance au Soleil ont permis la réunion de conditions physico-chimiques particulières, permettant la formation d'une atmosphère contenant du dioxygène et la présence d'eau sous forme liquide. Cette singularité de la Terre par rapport aux autres planètes permet l'existence de la vie à sa surface.
La Terre au sein du système solaire
Le système solaire
Au sein de l'Univers, il existe des systèmes composés d'une étoile autour de laquelle gravitent des objets. Le système solaire par exemple, dans lequel se trouve la Terre, en contient une en son centre : le Soleil.
Univers
En physique, l'Univers correspond à l'ensemble des corps célestes, c'est-à-dire à l'ensemble des étoiles, planètes, comètes et autres objets présents dans l'espace. Les corps célestes forment des structures plus grandes comme les galaxies.
Étoile
Une étoile est un astre produisant de la lumière. Les étoiles ont des tailles variables mais constituent les plus gros objets de l'Univers. Elles naissent, évoluent dans le temps mais très lentement par rapport à l'échelle humaine, puis meurent.
Le Soleil est une étoile de taille moyenne. Il s'est formé il y a environ 4,5 milliards d'années et devrait continuer à exister sous sa forme actuelle pour environ 5 milliards d'années.
Le système solaire est ainsi constitué du Soleil autour duquel tournent différents objets :
- Huit planètes et leurs satellites
- Des comètes et des astéroïdes
Planète
Une planète est un corps céleste, de forme presque sphérique, ne produisant pas de lumière propre. Elle gravite en orbite autour d'une étoile. Elle est seule sur son orbite et éloignée des autres objets célestes.
Les orbites des huit planètes du système solaire sont dans un même plan appelé plan de l'écliptique.
Certaines planètes possèdent des satellites.
Satellite
Un satellite est un corps céleste semblable à une petite planète, mais qui est en orbite autour d'une planète et non d'une étoile.
La Terre a pour satellite la Lune. D'autres planètes, comme Jupiter, possèdent plusieurs satellites.
Les huit planètes du système solaire et leur position par rapport au Soleil
D'autres corps célestes sont présents dans le système solaire, comme les astéroïdes et les comètes.
Astéroïde
Un astéroïde est un corps céleste très petit comparé aux autres objets du système solaire, bien qu'il gravite également autour du Soleil. Les astéroïdes peuvent entrer en collision entre eux, formant ainsi des débris qui peuvent s'écraser à la surface des planètes. On parle alors de météorites.
Le système solaire possède une ceinture d'astéroïdes (c'est-à-dire de nombreux astéroïdes en orbite) entre l'orbite de Mars et celle de Jupiter.
Comète
Une comète est un petit corps céleste formé de poussières et de glaces. Ces corps sont caractérisés par un noyau brillant et une traînée. Leur orbite autour du Soleil est très elliptique (ovale).
La comète de Halley est probablement la plus connue des comètes du système solaire. Elle parcourt son orbite en 76 ans. Son prochain passage au voisinage de la Terre aura lieu vers 2061.
Les types de planètes
Au sein des planètes et de leurs satellites, on effectue une classification basée sur des critères de composition chimique, de masse, de densité et de distance par rapport au Soleil.
Densité
La densité des liquides et des solides est la masse volumique d'un objet (sa masse divisée par son volume), divisée par la masse volumique de l'eau (1000 kg.m-3). Plus la densité d'un objet est élevée, plus celui-ci est massif dans un faible volume.
La Terre possède une densité globale de 5,5. Jupiter, en revanche, possède une densité de seulement 1,3.
On distingue principalement deux types de planètes :
- Les planètes gazeuses, qui ont une grande taille mais une faible densité. Elles sont éloignées du Soleil (planètes externes) et sont essentiellement constituées de gaz (dihydrogène et hélium).
- Les planètes rocheuses, aussi appelées planètes telluriques, qui sont de taille moyenne ou petite, proportionnellement aux planètes gazeuses, et qui ont une densité élevée (entre 3,9 et 5,5). Elles sont proches du Soleil (planètes internes) et sont essentiellement constituées de silicates et de fer. Elles ont une surface solide et sont formées d'enveloppes concentriques (lithosphère, manteau, noyau). Elles possèdent généralement une atmosphère.
Au sein du système solaire :
- Les quatre planètes telluriques sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars.
- Les quatre planètes gazeuses sont Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.
Atmosphère
L'atmosphère est la couche de gaz qui entoure une planète. L'atmosphère est retenue par la gravité qu'exerce la planète.
La Terre a une atmosphère composée essentiellement de diazote ( \ce{N2}, 78 %) et de dioxygène ( \ce{O2}, 21 %). Mercure est la seule planète rocheuse du système solaire qui ne possède pas d'atmosphère.
La singularité de la Terre
Les paramètres physiques particuliers de la Terre
La distance au Soleil
La distance au Soleil influence fortement la température externe d'une planète. En effet, l'énergie solaire perçue par une planète diminue avec son éloignement par rapport au Soleil. Par convention, la Terre est à une distance de 1 UA (Unité Astronomique) du Soleil, ce qui correspond à environ 150.106 km.
Neptune, la planète la plus éloignée du Soleil dans le système solaire, est à 31 UA.
Au sein des planètes rocheuses, il existe des différences importantes de températures externes. Sur Terre, il règne une température moyenne compatible avec la vie (15°C). Cependant, son satellite, la Lune, qui est à la même distance du Soleil, présente une température moyenne bien inférieure (-23°C). Cela signifie que d'autres facteurs, spécifiques à la Terre, influencent ses conditions d'habitabilité.
La masse et la taille
La masse d'une planète détermine la force de gravitation qu'elle exerce. Sa taille compte également pour déterminer l'attraction qu'une planète exerce à sa surface (la pesanteur). Pour retenir une atmosphère à sa surface, une planète doit être massive et d'assez petite taille. Elle doit donc avoir une forte densité.
Mars, dont la densité est la plus faible des planètes rocheuses, possède une atmosphère de faible épaisseur. Sa masse est insuffisante pour conserver une atmosphère aussi épaisse que peut l'être, par exemple, celle de la Terre.
Mercure, la plus petite des planètes telluriques, possède une densité moyenne. En revanche, sa proximité au Soleil fait que la température y est importante et que l'atmosphère est soufflée par les vents solaires. De ce fait, l'atmosphère de Mercure est quasi inexistante.
Grâce à ses spécificités de taille (12 750 km de diamètre), de masse (environ 6.10^{24} kg) et de distance au Soleil, la Terre possède une atmosphère relativement épaisse. Celle-ci est riche en dioxygène et pauvre en dioxyde de carbone (par rapport aux autres planètes). Cela constitue des conditions favorables à l'apparition et au maintien de la vie.
De plus, certains gaz atmosphériques présents dans l'atmosphère de la Terre (vapeur d'eau, ozone, \ce{CO2} ) permettent de maintenir une température moyenne de surface de 15°C car ils sont à l'origine du phénomène naturel d'effet de serre. Sans ce phénomène, la température moyenne de surface serait autour de -18°C. L'effet de serre explique donc pourquoi des objets situés à la même distance du Soleil ont des températures de surface différentes (c'est le cas de la Terre et de la Lune).
Effet de serre
L'effet de serre permet le réchauffement de la Terre du fait de la présence de gaz (GES) dans l'atmosphère. Ces gaz captent les rayonnements infrarouges émis par la Terre après que celle-ci s'est échauffée en absorbant les rayons lumineux solaires. Parmi les GES, on trouve par exemple le dioxyde de carbone.
Les paramètres chimiques particuliers de la Terre
Une atmosphère riche en dioxygène
La Terre est la seule planète du système solaire à posséder du dioxygène (\ce{O2}) dans son atmosphère. Le dioxygène est utilisé par les êtres vivants pour vivre, grâce au mécanisme de respiration. Le dioxygène par l'intermédiaire de la formation d'ozone participe également à la protection de la surface de la Terre contre les rayonnements ultraviolets émis par le Soleil. Toutefois, la part la plus importante du dioxygène présent dans l'atmosphère provient des êtres vivants eux-mêmes, via la photosynthèse.
La présence d'eau liquide
La Terre contient une très grande quantité d'eau à sa surface (70% de la surface terrestre est recouverte d'océans). Cette eau, présente principalement à l'état liquide, est indispensable au développement et au maintien de la vie.
L'eau est une molécule (\ce{H2O}) qui peut exister sous trois états : solide, liquide ou gazeux. L'état sous lequel se trouve l'eau sur une planète dépend des conditions de température et de pression atmosphérique.
Afin de savoir sous quel état se trouve (ou se trouverait) de l'eau pour une pression et une température donnée, on utilise un diagramme d'état de l'eau, qui indique les zones de pression et de température correspondant à chaque état.
Graphique mettant en évidence les différents états de l'eau sur différents satellites ou planètes (NB : il peut, selon les sources utilisées, exister de petites variations dans la position des valeurs présentées, mais qui ne remettent pas en cause les faits essentiels).
Sur Terre, les conditions sont telles que l'eau est présente à l'état liquide. C'est actuellement la seule planète du système solaire qui possède ces caractéristiques. La présence d'eau liquide à la surface d'autres planètes par le passé est une question scientifique majeure.
La vie est-elle possible sur d'autres planètes ?
Les particularités physico-chimiques de la Terre en font la seule planète habitable du système solaire. Cependant, plusieurs milliers d'exoplanètes ont été découvertes. Les scientifiques recherchent si certaines d'entre elles peuvent réunir les conditions nécessaires à la vie. Pour cela, elles doivent être situées dans la zone d'habitabilité de leur étoile.
Exoplanète
Une exoplanète est une planète orbitant autour d'une autre étoile que le Soleil.
Il existe des exoplanètes ressemblant à la Terre. Par exemple, Gliese 581c, gravitant autour de l'étoile Gliece 581, aurait une température externe moyenne comprise entre 0°C et 40°C, ce qui serait compatible avec la présence d'eau liquide.
Zone d'habitabilité
On parle de zone d'habitabilité pour une région de l'espace où les conditions sont favorables à l'apparition ou au maintien de la vie (présence d'eau liquide, distance planète - étoile, de la masse et de la taille de l'objet). Une planète étant dans la zone d'habitabilité de son étoile, peut accueillir la vie, mais elle ne s'y trouve pas obligatoirement.
À l'heure actuelle, on ne sait pas si des exoplanètes hébergent ou ont hébergé la vie.
De plus, dans le passé, certaines planètes du système solaire pouvaient présenter de l'eau liquide à leur surface, ce qui n'est plus le cas aujourd'hui, et on ignore si la vie a pu exister sur ces planètes par le passé.