La Terre telle que nous la connaissons de nos jours n'a pas toujours été ainsi. Elle ne s'est pas formée d'un bloc et lui aura fallu un certain temps avant d'avoir la composition et la structure interne d'aujourd'hui.

Grâce au développement des sciences, l'humanité a pu déterminer la structure de la planète sur laquelle elle a vu le jour. En progressant notamment dans la physique et la chimie, elle a pu faire des recherches afin de connaître indirectement la structure de la planète. Grâce à sa pratique elle a pu établir des modèles qui décrivent des lois particulières de la matière : que ce soit des propriétés atomiques, moléculaires, ou bien électriques, etc. Certains modèles se révélèrent erronés, d'autres au contraire étaient confirmés justement par la pratique.

Par exemple le fait qu'une onde ne se déplace pas à la même vitesse selon le milieu qu'elle traverse a permis à des scientifiques de connaître l'existence et la composition de couches qui composent la Terre. De plus, des méthodes utilisées pour différencier les types d'exoplanètes sont aussi valables pour la Terre.

Il n'y a donc pas qu'une méthode qui permet d'analyser la composition et la structure d'une planète, cela est d'autant plus vrai pour la Terre : habitant à sa surface, nous avons une plus grande marge de manœuvre par rapport aux astres situés à des milliers d'années lumière de nous.

Lorsque nous avons évoqués les différences entre les planètes telluriques et les géantes gazeuses, nous avions parlé d'une différence quant à leur composition. Il en existe une autre qui est liée : leur structure. Les planètes telluriques et les géantes gazeuses ont un noyau relativement proche, au-delà, les similitudes s'effacent de plus en plus. Des géantes gazeuses comme Neptune ou Uranus sembleraient avoir une couche intermédiaire glacée formée principalement d'eau, de méthane et d'ammoniac, suivie d'une atmosphère bien plus importante que celle des planètes telluriques. Tandis que Jupiter et Saturne sont vraisemblablement de plusieurs couches gazeuses à partir du noyau.

Au-delà de ces différences, il y a des similitudes et il est intéressant de comprendre pourquoi ce sont les noyaux qui sont similaires et non une des autres couches possibles.

1/ Le noyau

Le noyau est le coeur d'une planète, mais également la partie la plus ancienne. Que ce soit pour les planètes telluriques ou les géantes gazeuses, il est en général composé des éléments suivants : fer, nickel et silicates. Le fer et le nickel sont deux éléments chimiques qui appartiennent à la catégorie des métaux de transition dans le tableau périodique de Mendeleiev. Les silicates sont des composés chimiques dont la "base" est faite de silicium et d'oxygène, ceux-ci ne sont en général que très peu présents dans les noyaux (en particulier ceux des planètes telluriques).

Le fer est l'élément le plus présent dans tous les noyaux, et ce pour toutes les planètes. Par exemple, il forme près de 80% du noyau de la Terre (contre environ 20% pour le nickel). Par contre il devient bien moins présent dans le manteau terrestre, tandis que les silicates prennent de plus en plus d'importance : ils forment plus de 95% de la croûte terrestre.

Parmi les éléments présents en des quantités non-négligeables qui composent une planète, le fer et le nickel sont les deux éléments les plus lourds, mais surtout les plus complexes : leurs numéros atomiques sont respectivement 26 et 28, c'est-à-dire qu'ils comportent respectivement 26 et 28 protons (et donc autant d'électrons).

Note : la masse d'une atome ne correspond pas exactement à la somme des masses des protons, électrons et neutrons pris séparément.

Il y a ici deux aspects importants : parmi les éléments les plus importants dans la composition d'une planète, ce sont les plus complexes qui constituent l'immense majorité du noyau, de plus, le fer est le 6e élément le plus abondant dans la galaxie et dans l'univers tout entier : il représente environ 0,1% de la masse totale de la matière "normale" de la Voie Lactée. Cela peut sembler extrêmement petit mais il faut savoir que les atomes d'hydrogène et d'hélium sont de (très) loin les plus abondants (en terme de masse pour la matière "normale") dans l'univers. Les calculs pour notre galaxie indiquent qu'à eux deux ils représentent près de 98% (toujours en terme de masse) des atomes, environ 73,9% pour l'hydrogène et 24% pour l'hélium ! L'oxygène arrive juste derrière en troisième position pour à peine 1%.

Ces deux aspects sont intéressants car cela permet de mieux comprendre la structure et la composition d'une planète, c'est-à-dire que les éléments les plus complexes sont au centre tandis que plus on s'en éloigne, plus les éléments deviennent légers et "simples" (au niveau de l'organisation de la matière). Encore une fois cela ne se vérifie que pour les éléments les plus importants, par exemple l'uranium est un élément bien plus lourd et complexe que le fer : celui-ci est fait de 92 protons et est près de 5 fois plus lourd que ce dernier (en partant de la masse atomique moyenne - c'est-à-dire la masse moyenne des isotopes). Il est donc plus lourd et complexe (plus complexe car le nombre de protons et de neutrons dans le noyau plus élévé), mais il est bien moins abondant sur Terre que le fer (que ce soit dans le manteau, la croûte, ou les océans). L'uranium 238 et 235 sont deux isotopes assez connus car ce sont eux que l'on retrouve dans les centrales nucléaires et dans les armes atomiques. La différence provient de la proportion d'uranium 235 par rapport au 238, l'uranium est dit faible lorsqu'il est composé de moins de 5% d'uranium 235 (c'est celui utilisé dans les centrales) et enrichi lorsqu'il est composé à plus de 90% d'uranium 235 (c'est celui utilisé dans les bombes). Le nombres 235 et 238 correspondent au nombre de masse de ces atomes qui sont deux isotopes de l'uranium (même nombre de proton, mais différence sur le nombre de neutrons), ils sont constitués respectivement de 143 et 146 neutrons (pour 92 protons).

Reprenons l'exemple de la Terre. Au centre, nous avons le noyau composé de fer et de nickel, puis un manteau, une croûte et enfin une atmosphère. Les silicates forment une grande partie des couches entre le noyau et la croûte terrestre (que nous appelons ici le manteau), et l'immense majorité (plus de 95%) de la croûte. Les silicates sont des éléments chimiques dont la base est faite de silicium et d'oxygène. Or leurs numéros atomiques sont respectivement 14 et 8.

Remontons ensuite vers l'atmosphère de la Terre; celle-ci est essentiellement composée de diazote et de dioxygène. Le diazote est une molécule formée de deux atomes d'azote, et le dioxygène de deux atomes d'oxygène, l'azote est l'élément qui précède l'oxygène dans le tableau périodique avec un numéro atomique de 7. Plus on perd en complexité et plus on s'éloigne du coeur de la planète. Cette propriété ne tombe pas du ciel, il y a une raison à tout cela : la gravité.

Si l'on se demande pourquoi est-ce que les géantes gazeuses peuvent "retenir" autant de matière contrairement aux planètes telluriques, la raison principale est qu'elles ont réussi à atteindre une masse assez conséquente lors de leur formation pour pouvoir retenir des éléments plus légers. Nous ne rentrerons pas en détail dans cet article sur la formation des planètes, néanmoins, il est important de comprendre le rôle de la gravité dans la composition et la structure des planètes : pour pouvoir retenir des éléments aussi légers que l'hydrogène et l'hélium (ce qui est le cas des géantes gazeuses) il fallait une masse initiale suffisante pour pouvoir "capturer" des éléments aussi légers en aussi grande quantité.

Pour terminer, il faut garder en tête que le noyau n'est pas nécessairement un bloc monolithique, il peut ainsi se décomposer en plusieurs parties, on parle souvent de noyaux interne et externe. Pour les planètes telluriques, mais peut-être également pour les géantes gazeuses, il est intéressant de savoir s'il y a un partie du noyau solide et une partie liquide. Pourquoi cela ?

Les noyaux sont composés principalement de fer, or s'il existe une partie liquide du noyau qui est, de fait, en mouvement autour d'une partie solide, cela génère un champ magnétique planétaire (ce qui est le cas pour la Terre). Il s'agit d'un effet dynamo à très grande échelle.

2/ Le manteau

Par manteau on entend la couche, ou l'ensemble des couches, qui se trouve entre le noyau et la surface de la planète. Parfois, selon la manière d'aborder la question, il est question de couches supplémentaires entre le manteau et la surface. Cela correspond à la diversité des structures existantes d'une part, et, d'autre part, de l'angle sous lequel on l'aborde : d'un point de vue plus chimique, ou physique, etc. S'agissant de cas particuliers, nous n'aborderons la question du manteau planétaire que de manière générale. Nous aurons l'occasion de voir ces particularités lors de prochains articles sur chacune des planètes du système solaire.

La notion de manteau planétaire est facilement applicable aux planètes telluriques, en effet celles-ci sont pourvues d'une croûte, c'est-à-dire d'une surface solide, et il est donc relativement aisé de parler du manteau en tant que partie entre celle-ci et le noyau. Il n'en est pas de même pour les géantes gazeuses. Tout particulièrement pour Jupiter et Saturne pour lesquelles la notion de manteau n'est pas applicable, en raison de leur structure en couches de gaz successives. Dans ce cas la seule partie qui pourrait être solide est le noyau, bien que, comme nous l'avons dit précédemment, nos connaissances sur les noyaux de ces planètes restent très théoriques.

Pour Uranus et Neptune le terme de manteau est employé même si, à la différence des planètes telluriques, il n'y a pas de croûte solide. Dans ce cas, le manteau est une partie de la planète que l'on peut différencier du noyau et de l'atmosphère, contrairement aux planètes du type de Jupiter ou Saturne.

3/ L'atmosphère

L'atmosphère est la partie de la planète en contact avec l'espace, en réalité, il est impossible de définir une frontière précise entre l'atmosphère d'une planète et l'espace : les éléments les plus loin de la surface se vident de manière diffuse pour une simple raison : l'attraction faiblit au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la surface (du noyau plus exactement).

La composition de l'atmosphère d'une planète dépend de plusieurs facteurs, dont deux principaux : les éléments qu'elle a pu attirer et retenir au cours de sa formation, et son activité. A cela vient s'ajouter, par exemple, la distance à son étoile : plus la planète est proche de son étoile, plus sa température est élevée et plus les gaz peuvent s'échapper  facilement (rappelons que la chaleur est directement liée au mouvement).

Ainsi Jupiter et Saturne ont des atmosphères colossales, par rapport à celles des quatre planètes telluriques, en raison de leur masse.

Des satellites de Jupiter, qui ne sont pourtant pas particulièrement massifs (100 voire 10 fois moins que la Terre - et même encore moins), possèdent une atmosphère. La raison principale est leur distance par rapport au Soleil et donc leur température : ceci leur permet d'avoir une atmosphère bien que très mince.

Le cas qui illustre le mieux le rôle de l'activité de la planète est celui de la Terre. En effet c'est grâce à son activité volcanique puis à l'apparition de la vie que l'atmosphère est telle que nous la connaissons maintenant. Son activité a joué un grand rôle, mais ne s'est pas fait sans apport extérieur : les bombardements de petits corps célestes (comètes, astéroïdes, météorites) ont joué un rôle important, il serait à l'origine de l'eau sur la Terre (c'est-à-dire que toute l'eau sur Terre aujourd'hui proviendrait de ces bombardements qui ont eu lieu il y a 4 milliards d'années).

Il n'existe ainsi rien abstraitement, tout est en relation avec tout. Cela s'illustre dans le cas des planètes de leur formation à leur état actuel : elles sont nées dans un milieu donné, puis se sont développées dans ce milieu en étroite relation avec celui-ci mais également grâce à une activité interne, puis elles disparaîtront, leurs éléments participeront alors à la vie, au mouvement de l'univers d'une autre manière. Mais en aucun cas on ne pourrait considérer les planètes en dehors de leur système solaire d'une part, et comme composante de l'univers et de la matière d'autre part.

Nous nous intéresserons dans la prochaine partie aux orbites des planètes, leurs rôles, leur poids et certaines propriétés.