Une seule Lune brille dans notre ciel nocturne, mais quelques 452 satellites naturels (connus en 2026) gravitent autour des planètes du Système solaire. Volcaniques, glacées, désertiques, ou abritant des océans internes, ces mondes d’une incroyable diversité recèlent des indices clés pour comprendre notre système planétaire et… l’origine de la vie dans l’Univers.

Une Lune, des lunes

La Lune de la Terre, celle visible à l’œil nu depuis notre planète, est l’un des rares satellites du Système solaire interne. Parmi les planètes de cette zone située entre le Soleil et Jupiter, hormis la Terre, seule Mars en possède également, et même deux : Phobos et Deimos. Mercure et Vénus, elles, en sont dépourvues. Possiblement à cause de la proximité du Soleil, dont l’attraction « arracherait » tout petit corps hors du champ gravitationnel de ces planètes les plus proches de notre astre.

Mais au-delà de la ceinture d’astéroïdes, une foule d’objets orbitent autour des planètes gazeuses. À elle seule, Saturne totalise 293 lunes connues (en 2026) ! On dénombre ensuite 115 satellites observés autour de Jupiter (en 2026), dont les quatre grandes lunes joviennes Io, Europe, Ganymède et Callisto. Ces premières lunes détectées en dehors du champ terrestre ont été révélées par l’astronome Galilée en 1610.

Depuis, les instruments astronomiques ne cessent d’évoluer et de nouveaux astres sont régulièrement découverts dans le Système solaire.

Comment se forment les lunes ?

Il n’existe pas de modèle unique pour expliquer la formation des lunes. On distingue toutefois deux grandes familles, et un scénario propre à notre satellite.

Les lunes régulières 

Elles tournent dans le plan équatorial de leur planète parente et dans le même sens de rotation qu’elle (on parle d’« orbite prograde »). La plupart de ces lunes sont considérées endogènes : elles se seraient formées en même temps que leur planète, souvent à partir d’un disque de débris ou d’extension des anneaux comme pour Saturne.

Les lunes irrégulières

Ces objets peuvent être en orbite prograde, mais certains tournent parfois autour de leur planète à contresens (on parle alors d’un mouvement rétrograde). Souvent, ils sont inclinés par rapport à l’équateur. Dans la plupart des cas documentés, il s’agit d’astéroïdes capturés. En frôlant l’atmosphère de la planète, l’astéroïde dévie de sa trajectoire et se retrouve bloqué dans la zone d’attraction de la planète autour de laquelle il se met en orbite. Le plus souvent, il se fragmente et seul un morceau de ses débris est ainsi retenu. 

L’impact géant, le modèle de notre Lune

Le scénario de formation de notre Lune a longtemps été sujet à débat. Jusqu’à ce que l’analyse des échantillons de sol lunaire rapportés dans les années 1970 par les missions Apollo révèle une composition identique à celle du manteau terrestre. Bingo ! Cela a confirmé la théorie de l’impact géant qui était pourtant la plus controversée.

Notre Lune serait donc née de la collision entre la Terre et un objet de la taille de Mars nommé Théia, il y a un peu plus de 4 milliards d’années. Sous le choc, Théia s’est enfoncé dans le manteau terrestre et a éjecté des matériaux en fusion qui se sont mis en orbite de la Terre où ils se sont agglomérés.

Ce mécanisme pourrait aussi expliquer la naissance de Phobos et Deimos, les deux lunes de Mars, ou encore celle des petites lunes de Pluton.

Les lunes du Système solaire : une diversité de mondes

Glacées, volcaniques, rocheuses, sphériques ou patatoïde… Les lunes du Système solaire sont aussi différentes que nombreuses.

Des surfaces lunaires et des comportements intrigants

Ce sont les sondes américaines Voyager 1 et Voyager 2, lancées en 1977, qui ont révélé l’immense diversité des lunes du Système solaire. Voyager 2, première et unique sonde à survoler Uranus et Neptune après avoir observé Jupiter et Saturne, a découvert une trentaine de lunes autour de ces planètes, toutes plus surprenantes les unes que les autres.

Les lunes joviennes (autour de Jupiter) apparaissent très différentes. Io est volcanique. Europe est parcourue de lignes orange trahissant des craquelures dans la banquise de surface. Ganymède est aussi glacée, comme Callisto, mais cette dernière, elle, est très cratérisée.

Autour de Saturne, Titan possède une atmosphère très dense. Elle est si épaisse – environ 1 200 kilomètres – que les astronomes l’ont longtemps confondue avec la surface de Titan. Aussi, ils surestimaient la taille de cet astre qui, avec ses 5 151 kilomètres de diamètre, est tout de même la seconde plus grosse lune du Système solaire après Ganymède. Titan est par ailleurs, avec la Lune, le seul satellite du système solaire sur lequel s’est posé un engin.

Japet, une autre grosse lune de Saturne, surprend par sa couleur : toute blanche, elle est tachée de noir sur la face présentée à sa planète. Ces salissures proviendraient d’un anneau voisin très fin, riche en poussière.

Triton, le plus gros satellite de Neptune et l’un des plus imposants du Système solaire, se démarque notamment par la présence de geysers gazeux à son pôle Sud. Un phénomène rare, observé uniquement sur Encelade et épisodiquement sur Europe.

Autour de Pluton, outre Charon, son principal satellite (sur la photo), gravitent des petites lunes aux comportements excentriques. Certaines tournent par exemple à l’envers des autres astres

Des lunes sous influence gravitationnelle

Ces disparités s’expliquent en partie par la diversité des mécanismes de formation, mais également par les environnements gravitationnels et les évolutions de chacune de ces lunes.

Plus un objet est proche d’une planète, plus il subit son attraction. Celle-ci génère un effet de marée qui provoque des mouvements à l’intérieur de l’astre. Ainsi, Io, la plus volcanique des lunes du Système solaire est la plus active, car peu distante de Jupiter.

Toujours dans le système jupitérien, Io, Europe et Ganymède sont en résonance orbitale. Elles sont synchronisées ensemble sur un rythme binaire : lorsque Ganymède fait un tour autour de Jupiter, Europe en réalise deux et Io quatre. Ce rythme stabilise et fige leurs positions orbitales. C’est pourquoi ces astres évoluent peu.

Les forces de marée seraient aussi responsables de la présence et du maintien d’un océan liquide sous la croûte glacée d’Encelade. Les frictions internes provoquées par cette force engendreraient en son sein une chaleur suffisante pour y conserver de l’eau à l’état liquide depuis des milliards d’années.

Archives du Système solaire

Au fil de l’exploration spatiale, nos connaissances des mécanismes à l’œuvre dans les systèmes lunaires s’affinent. De nombreuses questions restent toutefois en suspens. Or, comprendre la formation et l’évolution des lunes, c’est aussi mieux appréhender celles du Système solaire. C’est tout l’enjeu des missions spatiales vers ces satellites.

Déterminer les modes de formation et des mécanismes d’évolution

Phobos et Deimos, les lunes de Mars, sont-elles des astéroïdes capturés ou les débris agglomérés d’un impact géant sur la planète rouge ? Fin 2026, la mission japonaise Mars Moon Exploration (MMX) va tenter de trancher. Pour cela, un robot franco-allemand, Idefix, a pour mission d’atterrir sur Phobos pour en explorer la surface. La sonde MMX doit elle aussi se poser sur Phobos à deux reprises afin d’y recueillir des échantillons qui seront rapportés ensuite sur Terre.

Phobos, la plus grosse des deux lunes martiennes, est condamnée : très proche de Mars, elle subit si fortement son attraction qu’elle s’en rapproche inexorablement au risque de s’y écraser, à moins qu’elle ne se désintègre avant sous l’effet de force des marées. Un phénomène sous haute surveillance.

La sonde européenne JUICE, lancée en 2023 et attendue en orbite de Jupiter en 2031, s’intéresse quant à elle aux interactions entre Jupiter et ses lunes. Et plus particulièrement Ganymède autour de laquelle elle se mettra en orbite.

Sonder la géologie

Notre Lune elle-même n’a pas encore livré tous ses secrets, en particulier concernant sa structure interne. La mission FSS (Far Side Seismic Suite, NASA-CNES) prévoit d’installer un sismomètre sur la face cachée de notre satellite.

De son côté, Tianwen 4, une sonde chinoise programmée pour 2030, tentera de comprendre pourquoi certaines lunes comme Callisto possèdent une surface ancienne et cratérisée, alors que celles de ses voisines Europe et Ganymède semblent jeunes et actives.

Et si la vie extraterrestre se cachait dans les lunes ?

Le poisson lune est bien terrestre et ne doit son appellation qu’à sa forme toute ronde. Mais l’analyse des potentiels réservoirs d’eau extraterrestre reste l’un des objectifs phares de l’exploration spatiale, car elle est synonyme de vie possible.

Les « mondes océans » que constituent les trois lunes glacées de Jupiter (Europa, Callisto et Ganymède) mais aussi Encelade et Titan pour Saturne, sont de très bonnes candidates.

La sonde américaine Europa Clipper, lancée en 2024, approchera sa cible en 2030. Elle étudiera alors la composition et l’épaisseur de la surface glacée d’Europe et cherchera à confirmer les observations de la sonde Galileo (NASA, 1989-2003) présumant la présence d’un océan interne.

La sonde JUICE (ESA, 2023) s’intéressera elle aussi aux caractéristiques physiques et chimiques d’Europe, mais elle scrutera plus particulièrement Ganymède pour localiser et quantifier les réserves d’eau et analyser leur composition chimique, afin d’évaluer si elles peuvent potentiellement abriter la vie.

L’agence spatiale européenne vise le même but sur Encelade à l’horizon 2050. Son ambition est de poser une sonde à proximité des pôles pour examiner directement les matériaux éjectés de l’océan interne.