Les planètes du Système solaire, ainsi que les différentes exoplanètes détectées jusqu’à maintenant, présentent toutes une structure sphéroïde (quasi-sphère), et la Terre n’y fait pas exception. Toutefois, cette forme majoritairement répandue n’implique pas qu’il soit physiquement impossible pour une planète de posséder un certain degré de platitude.
Depuis des centaines d’années, l’Homme sait que la Terre n’est pas plate. Il existe de nombreuses façons de le démontrer, des mâts de navires disparaissant au fur et à mesure qu’ils dépassent l’horizon, en passant par une vision étendue à des niveaux d’altitudes plus élevés, par les ombres plus longues du Soleil à des latitudes plus élevées, par l’étude de la forme de l’ombre de la Lune projetée sur la Terre lors d’une éclipse solaire, ou encore par l’observation directe de la Terre depuis l’espace.
Cependant, le fait que la totalité des planètes que nous avons observé jusqu’à maintenant ne soient pas plates, n’interdit pas qu’une planète puisse présenter une certaine platitude. D’ailleurs, certaines observations prises isolément pourraient correspondre à une Terre plate et circulaire.
Comment parvenir à une planète la plus plate possible ? Une stratégie possible serait de considérer un bloc solide de matériau — pierre, acier ou quelque chose de plus dur comme le diamant ou le graphène — et de construire le plus grand disque plat possible. En utilisant des matériaux conventionnels comme ceux-ci, il serait possible de former un disque fin et plat stable, de plusieurs centaines de kilomètres de rayon. Un monde plat plus grand que n’importe quel objet de la ceinture d’astéroïdes et peut-être même d’une taille similaire à la Lune.
Mais dans ce cas, il ne s’agirait techniquement pas d’une planète. En 2006, lorsque le statut de planète est retiré à Pluton, l’Union Astronomique Internationale arrête trois critères pour qu’un corps soit considéré comme une planète : il doit orbiter le Soleil ou une étoile hôte ; il doit posséder une masse suffisante pour que sa gravité le maintienne en équilibre hydrostatique, c’est-à-dire sous une forme quasi-sphérique, oblongue ou prolate (dans le cas d’une rotation) ; il doit nettoyer son orbite de tout autre corps de taille comparable.
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Ainsi, une corps totalement plat ne satisferait pas le second critère imposant un équilibre hydrostatique, et ne pourrait donc pas être classifié comme une planète. Néanmoins, il est tout de même possible d’atteindre un fort degré de platitude tout en satisfaisant à ce second critère : la rotation.
La Terre possède une rotation relativement lente : elle effectue une rotation de 360° en 24 heures. Cela signifie qu’une personne vivant à l’équateur (la distance maximale à l’axe de rotation terrestre), subit une vitesse supplémentaire de 464 m/s comparée à une autre vivant aux pôles. Ce « surplus » de vitesse façonne la forme de la Terre en causant son élongation, conduisant la planète à adopter une forme de sphéroïde oblongue : une quasi-sphère aplatie aux pôles et allongée à l’équateur.
Le diamètre de la Terre à l’équateur est de 12’756 km, tandis qu’aux pôles il n’est que de 12’714 km. Ainsi, l’on est 21 km plus proche du centre de la Terre au pôle Nord qu’à l’équateur. Si cette rotation est lente pour notre planète, elle s’avère bien plus rapide pour d’autres, particulièrement chez les géantes gazeuses. Par exemple, les pôles de Saturne sont aplatis de 10% comparés à l’équateur.
Toutefois, selon les modèles planétaires actuels, cette rotation peut être bien plus élevée, et la platitude plus prononcée. Si aucune planète connue ne possède actuellement une forte platitude, certains objets de la ceinture de Kuiper présentent d’impressionnantes propriétés. La planète naine Haumea détient le record de platitude, avec un diamètre équatorial le long de son grand axe étant deux fois plus grand que son petit axe. Ce ratio 2:1 en fait l’objet connu possédant l’équilibre hydrostatique le plus extrême.
Les astronomes pensent que la rotation d’Haumea provient d’une collision, au même titre que ses deux lunes : Hiʻiaka et Namaka. Hiʻiaka, la plus massive des deux, exerce une forte influence gravitationnelle sur Haumea, ce qui complique encore plus le système. Haumea n’est pas simplement un monde avec un renflement équatorial et des pôles compressés ; il possède trois axes distincts de différentes longueurs, ce qui en fait un ellipsoïde triaxial.
Des vitesses de rotation plus élevées sont envisageables ; plus une planète est dense et tourne vite, plus elle est aplatie. La limite maximale étant celle à partir de laquelle l’équateur commence à se désagréger dans l’espace, la force de cohésion gravitationnelle et électromagnétique étant surpassées par la rotation. Pour une planète comme la Terre, la limite serait un ratio d’environ 3:1. Pour une planète plus dense, comme une planète d’uranium, ce ratio pourrait monter jusqu’à 5:1.
Dans tous les cas, plus un corps est aplati, plus il lui est difficile de maintenir sa rigidité, du fait que les forces internes conduisent à des phénomènes de friction et de rotation différentielle de ses couches périphériques. De la même manière que les régions extérieures des anneaux de Saturne tournent moins vite que les régions intérieures, une planète plate devrait faire face aux mêmes forces. En définitive, il peut exister des planètes plus aplaties que la Terre, mais la physique impose une limite à cette platitude.