Mise à jour le 7 Avril 2016
CONFÉRENCE DÉBAT
« AUTOUR DES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE »
À L’ACADÉMIE DES SCIENCES INSTITUT DE FRANCE 29Mars 2016
23 Quai Conti Paris 75006
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
BREF COMPTE RENDU
La grande salle des séances de l’Académie pour cet évènement exceptionnel.
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Ce programme a été concocté par Pierre Encrenaz (à gauche) et Françoise Combes (à droite).
1- Poussières cométaires et interplanétaires par
Annie-Chantal LEVASSEUR-REGOURD
2- Occultations stellaires et petits corps par Bruno SICARDY
3- Rosetta, Mars, des clés pour l’origine du vivant par Jean
Pierre BIBRING
4- Sous la brume, la surface de Titan par Alice LE GALL
5- Atmosphères planétaires par Thérèse ENCRENAZ
6- Dernières nouvelles de la planète IX par Jacques LASKAR
Une remarque, toutes les présentations étaient brillantes et très intéressantes, mais sont passées très (trop ?) vite pour pouvoir réellement prendre des notes qui se tiennent. C’est la raison pour laquelle, il y a peu de commentaires et de photos, il faudra se reporter aux présentations mises en ligne avec la vidéo de l’évènement.
1-Poussières cométaires et interplanétaires par Annie-Chantal LEVASSEUR-REGOURD
Professeur émérite, Université Pierre et Marie Curie‐Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS)
A.C. Levasseur Regourd, travaille notamment au LATMOS dont je joins en illustration une photo ; ce labo est situé à l’Université de St Q en Y.
Les poussières cométaires qui s’échappent des surfaces et sous surfaces des noyaux cométaires, devraient nous aider à mieux comprendre l’origine du système solaire.
Elles auraient pu apporter sur terre des molécules complexes.
Les premières observations eurent lieu lors du passage de la comète de Halley en 1986, où une armada de sondes spatiales ont étudié la comète : Giotto (ESA), Vega (Russie), Suisei (Japon) un peu après le passage au périhélie. La vitesse relative était relativement grande : 70km/s mais ce furent les premières images du noyau d’une comète et les premiers relevés.
Ils sont composés d’éléments essentiels comme les CHON, symboles des éléments chimiques correspondants.
La première comparaison des mesures de poussières de Giotto et des modèles, ont indiqué une très faible masse volumique (0,1) et albédo (4%).
Leur polarisation varie avec la distance au noyau.
Il semble aussi que ce soit un mélange de silicates amorphes et cristallins.
Ces observations à distance semblent aussi suggérer la présence de silicates et d’organiques qui subissent une dégradation thermique en s’approchant du Soleil.
Les propriétés sont proches de celles des poussières cométaires.
Des missions spatiales ont frôlé des comètes et certaines ont recueilli de la poussière cométaire, notamment la mission StarDust qui a permis la récupération de poussières.
Ce survol de Wild 2 a détecté des impacts à 6km/s approx.
Les matériaux étaient riches en CHON avec possible présence d’acides aminés (glycine).
La mission Rosetta.
Cette mission qui a eu un énorme succès et dont nous avons conté les aventures régulièrement, a consacré trois expériences aux poussières cométaires :
· GIADA (Grain Impact Analyzer and Dust
Accumulator)
· COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass
Analyser)
· MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis
System)
Retour sur nos origines:
· Effondrement gravitationnel d’un nuage moléculaire géant il y a 4,6 Ga, disque d’accrétion, noyaux cométaires au-delà de la ligne
des glaces.
· Ces noyaux stockés loin du Soleil pendant des milliards d’années, sont perturbés par influence gravitationnelle d’étoiles passant
près de notre système solaire. Certains vont foncer vers le système interne.
· Ont-ils apporté sur la Terre des molécules complexes ?
· Ont-ils apporté de l’eau ?
POUR ALLER PLUS LOIN :
Frontière floue entre comètes et astéroïdes : CR conf. SAF de AC Levasseur Regourd du 9 Nov 2011
Lumière zodiacale et nuage zodiacal par ACLR
Dossier comètes et astéroïdes sur votre site préféré.
Rosetta analyse son premier grain de poussière, article de Sciences et Avenir.
Le blog de Rosetta sur les poussières.
2-Occultations stellaires et petits corps par Bruno SICARDY
Astrophysicien au LESIA (Observatoire de Paris), Professeur à l’université Paris VI
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B Sicardy nous parle maintenant du système solaire externe, |
Là où se trouve la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort. |
L’astéroïde 10199 Chariklo (250km) est le plus important de la famille des Centaures ; il orbite le Soleil à 2 milliards de km, entre Saturne et Uranus, et en 2013 une équipe du LESIA menée par B Sicardy a découvert un système d’anneau autour de cet objet.
Cette découverte a été due à une occultation stellaire.
Deux anneaux ont été mis au jour, ils seraient séparés d’une dizaine de kilomètres.
L’anneau intérieur, dénommé 2013C1R, a une largeur de 6 à 7 km kilomètres.
L’anneau extérieur, 2013C2R, est plus étroit avec une largeur de 3 à 4 kilomètres.
On se demande comment des anneaux ont pu se former autour d’un corps si petit. (Collision ??)
Le satellite Corot, chasseur d’exoplanètes a mis à profit ses possibilités de détection d’occultations pour découvrir des objets de la ceinture de Kuiper (les trans neptuniens TNO en particulier) de taille kilométrique.
13 évènements POE (Possible Occultation Events) ont été découverts après l’étude d’une centaine de milliers d’étoiles.
Illustration : l’évènement POE-02 où l’on remarque bien l’occultation.
Schéma d’après Liu et al et B Sicardy ppt.
Le but principal des détections de petits TNOs est de mesurer leur distribution de tailles, elle-même reliée à l'histoire collisionnelle du système solaire externe.
Ce phénomène d’occultation est important car l’atmosphère du corps étudié joue le rôle de lentille, un genre d’effet micro lensing.
Un phénomène très rare d'occultation stellaire a permis de déterminer précisément la taille de Charon: en effet, le 11 juillet 2005, le satellite de Pluton est passé devant l'étoile UCAC2 2625713, de magnitude 15.
Le phénomène a pu être observé depuis plusieurs sites en Amérique du Sud, lors d'une campagne organisée par une équipe de l'Observatoire de Paris (B Sicardy).
Cette observation fournit le rayon du satellite, 603.6 +/- 5 km, ainsi que sa densité, 1.71 +/- 0.08 g cm-3.
Illustration : Pluton lors de l’occultation (Obs de Paris)
De même en juillet 2012 et en juin 2015, une occultation stellaire de Pluton s’est produite qui a pu être étudiée en
comparaison avec les futures données de New Horizons.
Voilà ce qu’on déduit des observations terrestres et spatiales (New Horizons) à propos de l’atmosphère de Pluton.
Juste après le survol, les premiers résultats ont confirmé nos suppositions : l’azote et des hydrocarbures étaient bien présents dans l’atmosphère de Pluton, mais on s’est aussi rendu compte que cette atmosphère s’étendait très loin dans l’espace au moins jusqu’à plus de 1000km de la surface. De plus elle est symétrique entre lever et coucher du Soleil.
Du brouillard a aussi été détecté.
On voit parfaitement le passage de l’occultation sur ce graphique lors du passage de Juin 2015.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Découverte inattendue d’anneaux autour d’un petit corps du Système solaire du LESIA
Dessine-moi un anneau d’astéroïde…del’UPMC
Un APOD sur le sujet avec vidéo.
http://www.nature.com/nature/journal/v508/n7494/full/nature13155.html
Search for sub-kilometre trans-Neptunian objects using CoRoT asteroseismology data (Liu et al) des notices mensuelles de la RAS.
L'occultation stellaire par Charon du 11 juillet 2005 par B Sicardy.
Pluto's atmosphere from the 2015 June 29 ground-based stellar occultation at the time of the new horizons flyby par B Sicardy
Pluton et la mission New Horizons : CR de la conférence VEGA de F Forget du 28 Nov 2015
3-Rosetta, Mars, des clés pour l’origine du vivant par Jean Pierre BIBRING
Astrophysicien à l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay (IAS)
D’après JPB, l’exploration récente de Pluton et de la comète Churyumov-Gerasimenko marque la fin de la première phase de l’exploration planétaire de notre système solaire.
Nous attaquons aussi l’exploration de systèmes exoplanétaires, par centaine.
Et nous nous apercevons de la grande diversité de ces mondes, ce qui nous oblige à réfléchir à notre propre évolution et à notre propre formation de notre système planétaire.
Comment s’est constituée la diversité des chemins de l’évolution ?
À cette occasion, une question, sommes-nous les seuls exemplaires de monde vivant « intelligent » ?
Comment imagine-t-on la formation de notre système solaire, au cours des quelques premiers centaines de milliers d’années ?
Le modèle que l’on doit élaborer doit expliquer le fait que la planète Mars est 10 fois moins massive que la nôtre, alors que si elle s’était formée comme on le pensait à partir d’un disque de poussières important, elle devrait être plus grande que la Terre.
Alors pourquoi ?
Pour qu’il en soit ainsi le disque servant à former les planètes internes devrait être plus petit, en gros orbite terrestre.
Pour expliquer cela, les scientifiques ont mis au point une théorie qui semble expliquer les bizarreries de notre système solaire.
La plupart des planètes de type Jupiter observées dans d'autres systèmes solaires (les fameux Jupiters chauds) sont bien plus proches de leur Soleil que notre Jupiter. Finalement, celui-ci a eu pendant un temps cette même propriété, mais il a finalement rejoint une position plus lointaine, nous allons voir pourquoi.
Jupiter et Saturne se sont formées en quelques millions d’années à partir d’un disque proto planétaire composé de gaz, de glace et de poussières principalement, elles se sont formées en fait loin du Soleil, là où il y avait suffisamment de matière (glace d’eau) à accréter.
Les géantes gazeuses Jupiter d’abord, puis plus tard Saturne, en absorbant le gaz (sa masse augmente et sa distance au Soleil diminue) et la glace, perd de son moment cinétique et se met à spiraler vers l’intérieur.
Elle migre vers l’intérieur vers une orbite approximativement où se trouve Mars actuellement.
En se déplaçant, Jupiter bouscule tout sur son passage et dégage l’espace (zone représentée en blanc).
Saturne subit le même genre de phénomène plus tard et se précipite aussi vers la partie centrale du système solaire.
Ces deux planètes compriment alors la matière proto planétaire près du Soleil menant à un anneau (ne dépassant pas 1UA), dont la matière va servir à faire grossir les planètes telluriques, sauf Mars, situé sur son bord externe (cela explique la petite taille de Mars).
Là se produit, à un moment une résonance (3/2) entre les orbites de Jupiter et de Saturne
Cette résonance (3/2) entre les orbites de Jupiter et de Saturne, affecte l’ensemble ; or le rapport de masse particulier Jupiter/Saturne a fait que l’ensemble est reparti vers l’extérieur (le virement de bord ou Grand Tack en anglais). Ils sont repoussés alors vers leurs positions actuelles.
Le disque de poussières et de gaz devient celui indiqué, de diamètre relativement faible mais expliquant la taille de Mars.
Se faisant le nouveau couple en se retirant va créer un déséquilibre monstre au niveau des astéroïdes qui se baladaient vers les 1,5 UA, ils vont se regrouper en ceinture et c'est Mars qui va en faire les frais en n'ayant pas le temps de grossir comme la Terre.
Mais l’évolution du disque interne (grains anhydres) n’aurait pas conduit à des objets suffisamment hydratés comme nos planètes internes.
L’accrétion des planètes ne s’est pas faite uniquement à partir de ce disque mais avec du matériau (comètes) qui vient du système externe. Des grains de glace se sont mélangés avec les grains anhydres du disque pour former les planètes telluriques.
Cette glace sera éventuellement la source de l’eau remontée en surface pour participer aux océans.
Tout ceci s’est déroulé en l’espace de quelques millions d’années.
Cette migration de Jupiter et de Saturne semble aussi bien expliquer les deux types d’astéroïdes de la ceinture principale.
En effet certains sont anhydres et d’autres plutôt riches en eau, un peu comme les comètes.
Les corps de la partie interne de la ceinture proviendraient de la région proche du Soleil (1 à 3 UA) alors que ceux de la partie externe, eux, proviendraient de la région située au-delà des planètes géantes.
C’est le modèle de Nice modifié (le Grand Tack) élaboré par A. Morbidelli et ses collègues.
700 ou 800 millions d’années après se produira les impacts du grand bombardement tardif (LHB) qui façonnera presque définitivement le système solaire. Il a joué un rôle fondamental pour la Terre en créant, à cause d’un impact géant (10.000°C !), la Lune qui a stabilisé l’obliquité de notre planète, de plus en faisant remonter le magma (imbibé d’eau) et en se refroidissant, a permis la formation des océans et des plaques
tectoniques. Plus tard les comètes auraient pu apporter des molécules organiques par exemple.
La formation de notre système solaire a donc comporté les phases suivantes :
· Accrétion des planétésimaux et cométésimaux
· Migration des planètes géantes
· Accrétion planétaire
· Grand bombardement tardif (LHB)
En résumé :
Les planètes géantes nécessitent des noyaux massifs qui ont grossi rapidement afin d’accréter des atmosphères massives.
Cela impose que ces noyaux soient majoritairement formés de glace d’eau, qui ne peut rester dans cet état que loin de son étoile.
Les planètes géantes proches de leur étoile (comme on le remarque parmi les exoplanètes) y ont migré.
Lors de cette migration, il y a action sur le matériau du disque et donc sur les propriétés des futures planètes internes.
Illustration qui devrait résumer ce qu’a présenté JPB. (Adapté de Fig. 2 of Walsh et al. 2013)
Une grande question :
Notre évolution a-t-elle été spécifique, où non ?
La vie aurait-elle émergé ailleurs que sur notre planète ?
Les chemins de l’évolution sont certainement divers !
Mars peut peut-être en certains endroits en témoigner.
Les sondes Exomars (ESA) et MSR (Mars Sample Return de la NASA/ESA) pourront peut être répondre à ces questions.
C’était passionnant mais les slides passent trop vite et même certaines ne sont pas montrées, dommage ! On passe au paragraphe suivant concernant Rosetta.
Rosetta était un défi technologique et la mission couplée à celle de Philae a été un succès sans précédent malgré le rebond de l’atterrisseur et ses problèmes.
POUR ALLER PLUS LOIN :
La Mission Rosetta/Philae Par Jean Pierre BIBRING IAS
Mars : Planète bleue ? ouvrage de JPB
Mars, l’exploration commence : CR de la conf SAF de JP Bibring du 12 Dec 2012
Mars un monde habitable ? par JPB aux mardis de l’espace des sciences à Rennes.
Missions spatiales et Exobiologie conf de JPB lors des rencontres exobiologiques de 2015
L'exploration spatiale de Mars : tout commence conf de JPB aux mardis de l’espace de Rennes en 2012.
4-Sous la brume, la surface de Titan par Alice LE GALL
Planétologue, Maître de conférences au Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations Spatiales (LATMOS), Université de Versailles‐Saint Quentin‐en‐Yvelines
Les débuts de l’exploration de Titan :
· Titan est découvert en 1655 par C Huygens
· C’est G Kuiper qui en 1944 détecte du méthane dans son atmosphère
· Et c’est la sonde Pioneer 11 qui survole Titan en 1979 pour la première fois
· Voyager complètera ces informations par des occultations radio en 1980
Titan est le seul satellite à posséder une atmosphère dense siège d’une intense photochimie. Présence d’aérosols.
La composition de l’atmosphère :
95% N2 ; 4% CH4 ; traces d’hydrocarbures et CO2. Pression à la surface : 1,5 bars ; température : -180°C.
Ces conditions de température et de pression, font que méthane et éthane peuvent exister sous les trois formes.
Qu’a-t-on appris de Cassini en orbite autour de Saturne et qui effectue régulièrement des passages au dessus de Titan.
· Existence d’un océan global probablement composé essentiellement d’éthane,
avec précipitations de méthane.
· Présence probable de cryo volcans (Sotra
Facula, à priori le seul endroit)
· Les aérosols se déposent sur la surface en une couche épaisse (tholins)
· Peu de dunes
· Molécules prébiotiques ?? Possible car Titan est un vrai laboratoire de fabrication de molécules.
Cassini possédait 3 instruments dédiés à l’étude de la surface de Titan :
· ISS (Imaging
Science Subsystem) la meilleure caméra du système solaire d’après le JPL !
· VIMS (Visible
and Infrared Mapping Spectrometer) le spectromètre de la mission dans le visible et l’infra rouge
·
RADAR prend des photos radar (micro ondes) de la surface, sensible à l’état de surface, si plat, lisse et homogène : image noire, si surface rugueuse et hétérogène : image brillante.
Actuellement le radar a pris 65% de la surface de Titan.
On voit ci-contre les différentes images d’une même zone avec les différents instruments.
Que peut-on dire de la surface de Titan à l’issue de l’étude de cette cartographie radar ?
On a répertorié seulement une douzaine de cratères d’impact.
Ce qui prouve que la surface de Titan est jeune, 500 millions d’années, des processus de renouvellement de surface sont en permanence à l’œuvre.
On voit ici une image radar de deux cratères Sinlap (à gauche) qui est relativement « frais » et Soi (à droite) très dégradé. Ils font 80km de diamètre. Les cratères semblent se remplir au cours du temps.
Crédit : Catherine Neish/NASA/JPL-Caltech/ASI/GSFC
Les pluies existent sur Titan, même si on pense qu’elles sont moins abondantes que sur Terre, mais très violentes.
Ces pluies comme sur Terre, érodent la surface :
· Des
rivières se créent
· Des
canyons sont sculptés
· Des
lacs et des mers existent
L’activité éolienne donne naissance à des dunes géantes de 100 à 200m de haut sur plusieurs centaines de km.
Il existe aussi de larges plaines formées par le vent.
L’activité tectonique.
Titan possède aussi des montagnes signe d’une activité tectonique certaine.
Mais les reliefs sur Titan restent quand même modérés (moins de 2000m).
Les mers et les lacs.
Titan est le seul objet extraterrestre de notre système solaire à posséder de grandes étendues de liquides.
Une des plus grandes étendues étant Ligeia Mare, mais il en existe plein de plus petites. Le relief de ces mers et lacs évolue avec les saisons, on s’en aperçoit car Cassini a déjà effectué des mesures pendant deux saisons.
Sur cette image HR du Pôle Nord de Titan ; on remarque un grand nombre de taches noires correspondant à ces lacs et mers.
Cassini a aussi mis en évidence l'existence d'un océan d'eau et d'ammoniaque sous la croûte de surface.
Ceci a été le résultat de mesures effectuées au radar (SAR) de la rotation de Titan.
On pense qu'une centaine de km sous la croûte glacée se trouve un océan liquide à base d'un mélange d'eau et d'ammoniaque.
On peut voir sur cette vidéo de 12MB en QT une animation de cet océan et sur ce dessin une coupe de Titan..
En conclusion, la mission Cassini/Huygens a changé notre vision de cet objet en nous montrant sa surface en détail.
Les paysages y sont familiers, le méthane joue le rôle de l’eau, la glace joue le rôle de pierres.
Encore une dizaine de survols de Titan avant la plongée définitive de Cassini dans l’atmosphère de Saturne.
Néanmoins les 13 années de données recueillies occuperont certainement nos scientifiques pendant quelques décennies !
De nombreuses missions pour retourner sur Titan sont en gestation comme : AVIATR ; TiME ou
TSSM.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Analyse de la surface de l'un des plus grands lacs de Titan: LIGEIA MARE article du Latmos
Surface of Ligeia Mare, Titan, from Cassini altimeter and radiometer analysis par Alice Le Gall
Début de la saison estivale sur les lacs de Titan! Article du Latmos.
Transient features in a Titan sea article de Nature avec A Le Gall
Cassini may have spotted waves in Titan's seas article de Phys.org
NASA's Cassini Spacecraft Reveals Clues About Saturn Moon de la NASA
The Mysterious ‘Lakes’ on Saturn's Moon Titan de la NASA.
Cassini: Première carte topographique globale de Titan article du monde intemporel.
Formation et Développement des Lacs de Titan : Interprétation Géomorphologique d’Ontario Lacus et Analogues Terrestres
Thèse de doctorat de Thomas Cornet année 2012.
Huygens Data Confirms Presence Of Methane Fog At Titan’s South Pole de Universe Today
Tectonics on Titan par la NASA.
Cassini Spies Titan's Tallest Peaks par la NASA.
Sur les cratères de Titan par la NASA.
Mystery Feature Evolves in Titan's Ligeia Mare de la NASA.
Toute l’actualité sur Titan sur votre site préféré.
5-Atmosphères planétaires par Thérèse ENCRENAZ
Astrophysicienne, Directrice de recherche au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
Quelques questions ouvertes :
Les planètes telluriques :
· Formées près du Soleil, elles sont riches en éléments réfractaires, elles sont petites et denses.
· Leurs atmosphères : CO2 et N2, échappement de l’Hydrogène primitif
Comment comprendre leurs évolutions différentes.
Les planètes géantes :
· Formées loin du Soleil, leurs noyaux sont riches en glace (une dizaine de masses terrestres). Elles sont volumineuses et peu denses,
effondrement de la nébuleuse environnante
· Leurs atmosphères (basse température) : dominées par H2 (piégé par la gravité), CH4, He, NH3 et H2O
Comprendre le scénario de leur formation.
La spectro imagerie à haute résolution.
· Cette technologie combine la haute résolution spatiale et spectrale
· Elle permet de cartographier les constituants mineurs des atmosphères planétaires
· Dans le domaine des micro-ondes (milli et sub millimétriques) : interférométrie avec des réseaux d’antennes comme l’IRAM,
NOEMA et récemment ALMA
· Dans le domaine infra rouge : spectro à longue fente et défilement de la fente le long du disque planétaire, par exemple :
VISIR au VLT ; TEXES à Hawaï ; EXES dans le Boeing
SOFIA ; etc..
Le rôle de l’eau dans la formation des planètes telluriques :
Vénus : pression 95 bars de CO2 température au sol approx : 450°C
Effet de serre énorme, l’eau présente à l’origine s’est échappée. (Confirmé par l’étude du D/H)
La Terre : pression 1 bar (azote et oxygène) température : 15°C.
Conditions optimales pour abriter la vie. Un effet de serre modéré a fait que sa température de surface est de 15°C au lieu de -15°C sans effet de serre
L’atmosphère permet l’eau liquide, le CO2 est capté par l’océan pour donner CaCO3
L’Oxygène forme la couche d’ozone (O3) protectrice.
Mars : pression 6 mbar de CO2 température : -40°C
Le D/H de l’atmosphère est approx. 6 fois plus important que sur Terre. L’eau très présente aussi, s’est très vite échappée dans l’espace dû à la faible gravité et à l’absence de champ magnétique, laissant ainsi agir le vent solaire.
L’enrichissement du D/H est dû à l’échappement différentiel de H par rapport à D (plus lourd).
Il reste de l’eau (glace) sous la surface, surtout près des pôles. Même si on trouve épisodiquement de la saumure
sur Mars, l’eau a bien disparu.
Concernant les planètes extérieures :
Après leur formation initiale, les planètes géantes, l’effondrement gravitationnel favorise la formation d’un disque équatorial comprenant des petits et des gros satellites (comme un système solaire en miniature).
Mais les gros satellites ne peuvent rester trop près de la planète sinon ils seraient détruits par effet de marée, ce qui favorise de nouveau un anneau équatorial constitué majoritairement de petites particules.
Les planètes comme Jupiter et Saturne possèdent de l’eau à l’intérieur (eau apportée par les comètes, voir SL-9) et à l’extérieur !
Les satellites extérieurs, comme Europe, Ganymède et Callisto sont couverts de glace, Europe est particulièrement intéressante, car il y a certainement sous sa couche de glace un océan d’eau en contact avec l’assise rocheuse.
On en saura peut être plus lors de l’arrivée de la mission Juno cette année (le 4 Juillet 2016, j’aime vraiment les Américains, ils ont un sens des dates !).
Concernant Jupiter, la sonde Galileo a mesuré l’abondance des différents éléments composant l’atmosphère de la planète ;
On note l’enrichissement en éléments lourds due à la formation à partir d’un noyau de glace.
Mais pourquoi donc, Thérèse Encrenaz nous répond :
« L'argument est le suivant. L'hypothèse de base est celle des abondances cosmiques, selon laquelle la fraction en masse des éléments lourds par rapport au total est d'environ 2% (NB: on appelle "élément lourd" tout ce qui est plus lourd que l'hydrogène et l'hélium). On suppose pour chaque
planète géante, un noyau de glace (supposé contenir l'ensemble des éléments lourds) de 12 masses terrestres (MT). Cette valeur est choisie car, selon les modèles, c'est le seuil au delà duquel le champ de gravité est suffisant pour capturer la nébuleuse environnante, constituée essentiellement d'hydrogène et d'hélium. Lors de l'effondrement de la nébuleuse environnante, on suppose que l'échauffement de la protoplanète est suffisant pour entraîner l'homogénéisation des éléments à l'intérieur. On peut alors
faire le bilan de la fraction (en masse) d'éléments lourds dans chaque planète géante:
Jupiter:
Masse totale = 318 MT, Masse noyau = 12 MT -> Masse de la nébuleuse environnante effondrée sur la planète = 306 MT
Total des éléments lourds dans cette masse= 306 x 0.02 = 6 MT
Total de la fraction d'éléments lourds dans la planète: 12 + 6 = 18 MT
En l'absence de noyau (en supposant la planète formée par effondrement de la nébuleuse sur elle-même), la masse d'éléments lourds serait inchangée, donc de 6 MT; on a donc un enrichissement d'un facteur 3 pour Jupiter. C'est ce qu'a mesuré la
sonde Galileo (Owen et al. Nature 402 269, 1999).
Le même calcul donne un facteur 7 pour Saturne (masse totale 90 MT) et un facteur de plus de 30 pour Uranus (14 MT) et Neptune (17 MT), eux aussi mesurés sur les 3 planètes dans le rapport C/H, obtenu à partir de CH4/H2.
Plus tard, les abondances solaires ont été revisitées (c'est d'ailleurs un débat permanent). Suite aux nouvelles valeurs, on a maintenant pour les abondances cosmiques une valeur de 1,6% pour la fraction des éléments lourds. Ca donne une petite modification des enrichissements dans les
planètes géantes: 4 pour Jupiter et 9 pour Saturne (Owen & Encrenaz, Plan. Space Sci. 54, 1188, 2006), toujours en accord avec les observations (les enrichissements mesurés étant modifiés de la même manière). »
POUR ALLER PLUS LOIN :
Planetary atmospheres : Solar system and Exoplanets Spectroscopic characterization par Th Encrenaz.
L’eau dans le système solaire : CR de la conférence SAF de Thérèse Encrenaz du 9 Dec 2015
L’eau dans l’univers par J Sauquet sous la direction d’Alain Doressoundiram
Prélude à la mission Venus Express : étude de l’atmosphère par spectro-imagerie infrarouge thèse de E Marcq.
HDO and H2O vertical distributions and isotopic ratio in the Venus mesosphere by Solar Occultation at Infrared spectrometer on board Venus Express
Solar System Deuterium/Hydrogen Ratio par François Robert
Peering into Jupiter by J. Fortney UC Santa Cruz
Analyse des données planétaires HRSC/PFS/OMEGA/CRISM/HiRISE par Geosciences.
6-Dernières nouvelles de la planète IX par Jacques LASKAR
Membre de l’Académie des sciences, CNRS, Observatoire de Paris.
Jacques Laskar est un de nos plus grands spécialistes du mouvement des planètes ; de leur évolution à long terme, et de leur mouvement chaotique dû à l'évolution de leur obliquité.
Il a montré que le mouvement des planètes du système solaire est chaotique, rendant impossible toute prévision à long terme.
La découverte de nouveaux objets dans la ceinture de Kuiper a mis en avant l’éternelle question d’une planète à découvrir dans le fin fonds de notre système.
Tout démarre avec la découverte des planètes géantes comme Uranus ((W Herschel 1781) et Neptune (Le Verrier/Adams 1846) qui aboutirent à rechercher une éventuelle planète X (comme inconnue) au delà.
C’est Clyde Tombaugh qui a la main heureuse avec Pluton en 1930, mais elle est très petite et n’expliquerait peut être pas les perturbations d’Uranus et de Neptune. Puis on découvre que dans la zone au-delà de Neptune se trouve une multitude d’objets, les objets de la ceinture de Kuiper qui ont les mêmes caractéristiques que Pluton.
En fait Pluton est trop « ordinaire » dans ce nouvel ensemble et perd sa qualité de vraie planète, car on trouve de plus en plus de tels objets similaires. (Les premiers par Jewitt et Liu à Hawaï).
La plupart ont des orbites aléatoires, mais on remarque que les plus gros semblent avoir une orientation privilégiée.
Il se pourrait donc qu’une planète située plus loin soit responsable de cette particularité.
C’est le célèbre découvreur de petits corps, Mike Brown du Caltech et son collègue Konstantin Batygin, qui se lancent dans une recherche par modélisation de cette possibilité et qui finalement annoncent cette nouvelle le 20 Janvier 2016.
Cette planète aurait au cours du temps, éjecté les autres corps dans d’autres directions ; ce qui a poussé A Morbidelli et son équipe de Nice à faire des simulations qui semblent lui donner raison.
Ces simulations sont basées sur le modèle de système solaire baptisé INPOP (Intégrateur Numérique Planétaire de l’Observatoire de Paris). Ce modèle intègre près de 150.000 observations des planètes et des astéroïdes du système solaire
C’est l’existence d’une telle planète qui permet aux orbites anti-alignées de survivre sur 4 milliards d’années.
Les caractéristiques d’une telle planète, la planète 9 seraient :
· Excentricité : e = 0,6
· Masse : M = 10 MT
· Demi grand axe : a = 700 UA
· Période orbitales : P = 18.500 ans.
Ensuite, Jacques Laskar se pose la question suivante :
Une telle planète est-elle compatible avec les exoplanètes découvertes par Kepler ?
Il semble bien que de telles planètes apparaissent dans le classement de la NASA.
Mais attention, cette hypothétique planète n’a PAS été vue ; on a déduit après de savants calculs, modèles mathématiques élaborés et hypothèses qu’elle devait exister.
On établit donc des zones de recherche, basées sur les études en cours.
Certaines zones de recherche sont exclues comme celles :
· En Jaune exclue par les études sur Dark Energy
· En bleu exclue par les études
CRTS (Catalina Real Time Transient Survey), les données publiées par cette étude.
· En vert exclue par
PAN Starrs (Panoramic Survey Telescope & Rapid Response System) de l’Université de Hawaï.
Il reste les zones en marron !
Un précieux outil d’aide au positionnement dans le ciel nous est fourni par la sonde Cassini, en effet sa position est connue à quelques dizaine de mètres près, en fait 75m soit 6 10-11 !
En comparant les mesures données par notre modèle INPOP avec celles de la position de Saturne issues de Cassini, on a favorisé ou exclu certaines zones de recherche du ciel.
Et on est ainsi arrivé à des zones où la probabilité de trouver cette planète est forte.
Illustration : orbite possible de la planète 9, les zones rouges et mauves sont interdites (par les données Cassini de respectivement 2014 et 2020), zone probable en vert.
Crédit : Laskar et Fienga. et al.
Pour J Laskar et ses collègues, il serait bien de pouvoir étendre encore quelques années la mission Cassini pour continuer cette recherche, mais cela coûte beaucoup de $, alors….
Mais comme me dit malicieusement Jacques Laskar en conclusion, on détecte une grande activité concernant la planète 9, mais toujours pas de planète !!!
POUR ALLER PLUS LOIN :
Evidence grows for giant planet on fringes of Solar System de Nature
"Neuvième planète": la traque est lancée de Sciences et Avenir.
Le système solaire est-il stable ? : CR de la conf de J Laskar à l’IAP le 6 Dec 2011
Les planètes telluriques sont chaotiques : CR de la conférence de J Laskar au BdL
Constraints on the location of a possible 9th planet derived from the Cassini data de J Laskar et al.
Planète 9 : la piste se précise du journal du CNRS.
NINE : Une neuvième planète ???? article tiré des astronews du site.
Searching for Planet 9 par l’Obs de Paris.
Where might Planet Nine be hiding?
On the Saga of Planet Nine par Starguy
On the Search for Planet Nine (Part 2) par Starguy
Jean Pierre Martin .Commission de Planétologie de la SAF.
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