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- Mise à jour le 2 Avril 2014
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- CONFÉRENCE VEGA de
Bernard LELARD
- Président de VEGA
- Organisée par
l'Association d'Astronomie VEGA et la Mairie de Plaisir
- Au théâtre R
Manuel (Château de Plaisir)
- «CHAOS
ET HARMONIE DES PLANÈTES,
LA MIGRATION DES PLANÈTES»
- Le Samedi 22 Mars
2014 à 20H30
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- Photos : JPM ou autre pour l'ambiance. (les
photos avec plus de résolution peuvent m'être
demandées directement)
- Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
- La présentation (avec toutes les vidéos) est
disponible sur
ma liaison ftp choisir planetastronomy, rentrer les login
et PW puis CONFÉRENCES VEGA ensuite
SAISON 2013/2014 ; elle
s’appelle : BL Migration Planètes.zip
- La présentation et les vidéos sont dans deux
dossiers séparés, à cause de la taille de ceux-ci. Les animations devront
probablement être vues séparément.
- Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
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- Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce
à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet
- On la trouve à cette adresse : http://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9TqVEcngNoAFXLsvGWtjzEtx
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- REMARQUE : le compte rendu de cette conférence
est commun avec celui de la commission de planétologie de la SAF (du 29
Mars), sur le même sujet, traité un peu plus complètement durant cette
dernière conférence.
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- BREF COMPTE RENDU
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- Le compte rendu sera succinct, étant donné,
que la présentation est disponible au téléchargement.
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- Une salle bien pleine encore une fois.
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- Bernard commence par un rappel sur les planètes
et en particulier, les nôtres.
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- Planète vient du grec (planêtès :
vagabond, astre errant. Une
planète réfléchit la lumière de son étoile.
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- Le système solaire possède un groupe de planètes
rocheuses (telluriques) proches de notre étoile, et un groupe de
planètes géantes gazeuses situées beaucoup plus loin, entre les deux une
ceinture d’astéroïdes et au delà de Neptune, un autre disque appelé
ceinture de Kuiper.
- Toutes ces planètes et disques sont situées
approximativement dans un même plan (l’écliptique).
- Beaucoup plus loin une bulle contiendrait
un immense réservoir de petits corps, les comètes, qu'on appelle
le nuage de Oort .
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- Une
représentation de notre système
solaire.
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- Les
exoplanètes :
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- C’est en 1995 que les astronomes Suisses
Michel Mayor et Didier Queloz, ont découvert à l’Observatoire de Haute
Provence, la première exoplanète dans le système de Pégase 51.
- C’était très surprenant, cette planète
extra solaire était énorme et orbitait son étoile très près de
celle-ci, à 0,05UA, bien plus près que n’est Mercure de notre Soleil.
Impensable pour l’époque. Tellement impensable que la célèbre revue
Nature refuse tout d’abord de publier leur article concernant cette découverte.
En effet comment imaginer un tel système solaire avec des planètes géantes
si proches de leur étoile.
- Mais c’est Shu-Lin LI du département
d’astronomie de l’Université de Pékin, et inventeur d’un système de
migration de planètes en 1986 qui sauva cet article et rendit célèbre
Mayor et son collègue ainsi que la théorie d’une possible migration de
planètes.
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- Des sondes spatiales, comme
Kepler notamment découvrent tous les jours de nouvelles exoplanètes.
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- En
fait on commence à penser que nos planètes ne seraient pas à leur place :
- ·
Jupiter serait trop loin par rapport aux exoplanètes découvertes
- ·
Mars serait trop petite (ou trop loin) par rapport à la place
qu’elle occupe.
- ·
Saturne trop loin ou trop petit par rapport à sa place
- ·
Uranus et Neptune trop loin
- Pourquoi ?
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- Quelques candidats exoplanètes pour être des
Terres des super terres ou autres…
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- Pour le moment nous n'avons pas encore trouvé
de planètes similaires à la Terre au point de vue taille et orbite.
- Notre système solaire serait-il unique ?
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- Chronologie
de la formation du système solaire :
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- Phases de la formation des planètes
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- Le temps zéro, base du début du
système solaire se situe il y a 4,567
Milliards d’années (Ga = Giga années)
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- 3 phases sur des durées de temps différentes:
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- ·
entre 1 et 10 Ma: formation d’embryons planétaires
- ·
jusqu’à 10 Ma: formation des planètes géantes
- ·
jusqu’à 60 Ma: formation de la Terre-Lune
- ·
jusqu’à 100 Ma: formation des planètes rocheuses
- Les processus en jeu varient avec la taille des
agrégats:
- La gravitation devient dominante sur les objets
ayant au moins un km
- On pense qu’il y avait 22 planètes autour du
jeune Soleil
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- La
formation des planètes.
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- Elles naissent d’un nuage de gaz et de poussières.
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- Je reprends ici une partie du texte de Bernard
Lelard :
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- **La
condensation de gaz et de poussières engendre des centaines d’étoiles en
quelques millions d’années.
- Il y a formation
d’ amas d’étoiles, qui sont nées ensemble, avec des masses différentes
et donc des durées de vie différentes.
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- **Facteurs
déclenchant:
- • des ondes de
choc dues aux vents stellaires engendrés par le rayonnement des étoiles
massives voisines
- • l’explosion
d’une supernova voisine
- • le passage
dans un bras spiral de la galaxie,
- • la collision
de deux nuages.
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- **Un
tel nuage peut mesurer 480 milliards de milliards de km de diamètre.
- la lumière met 50
ans à le traverser.
- sa densité est très
faible ( moins d'1 millier d'atomes par cm3 )
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- On pense
aujourd’hui que le
Soleil est né dans un amas d’étoiles, les modèles parlent de
1.000 à 10.000 étoiles dans un nuage de 6 à 20al de diamètre. Ce sont
les étoiles de 3e génération.
- Les corps de la
ceinture de Kuiper au-delà de Neptune pourraient avoir été chassés aux
confins du système solaire par une étoile, sœur du Soleil, qui l’aurait
frôlé (à environ 400 UA).
- Une fois déclenché,
cet effondrement se poursuit, plus rapidement dans les parties internes plus
denses sous l’effet de la gravité.
- la rotation se
fait à des vitesses différentes entre le centre et l’enveloppe la partie
centrale s’aplatit.
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- Des milliers d'années
plus tard, des globules
se forment dans le nuage effondré (concentrations de matière)
- la température
augmente légèrement (-205° C)
- le rayonnement est
une lumière invisible
- les dimensions, de
ce "proto-soleil" est de l'ordre de plus de 100 systèmes solaires
- la densité est très
faible
- sa gravité attire
toujours des milliards de milliards de tonnes de poussières et de gaz
- la température
continue alors de s'élever et devient assez importante pour émettre dans
l'Infra-Rouge
- En moins de 100
000 ans, le globule se réduisit à 1 millionième de son volume d'origine.
Les dimensions de ce globule devenu une protoétoile est de l'ordre de 2
systèmes solaires ( 24 milliards de km de diamètre)
- L'effondrement
continu mais se ralentit
- Le
phénomène d’accrétion est relativement rapide, environ 100 000 ans pour
une étoile comme le Soleil.
- Près de l’étoile
la température est très élevée à l’extérieur c’est le domaine du
froid (glace et molécules)
- L’étoile en
formation éjecte de la matière par ses pôles sous la forme de jets bi
polaires
- L’étoile se
contracte lentement sous l’influence de la gravitation, ce qui lui fournit
son énergie lumineuse.
- Cette phase dure
environ 100 Ma au terme desquelles se déclenche en son centre les réactions
nucléaires qui arrêtent sa contraction.
- La température du
Soleil a atteint alors 15 millions de degrés.
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- Sous l'effet de sa
propre gravité, ce nuage s'est contracté, effondré, créant au centre un
noyau très dense, dans lequel la pression et la température sont considérablement
élevées, de sorte que les réactions de fusion nucléaire peuvent démarrer
: l’étoile s'allume.
- Tout le nuage ne
se contracte pas en un point, mais (par conservation du moment cinétique)
une partie forme un disque autour de la jeune étoile.
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- La température
diminue lorsque que l’on s’éloigne de l’étoile, passant de 1500 K
pour quelques rayons stellaires, à 100 K ou moins au-delà de quelques UA.
La ligne de glace est la limite à partir de laquelle les grains sont froids
et recouverts d’un manteau de glace.
- Pour le système
solaire, cette limite se trouve à environ 4 UA du Soleil
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- De nombreux corps commencent à s’assembler
à cause de la gravitation
- Des collisions libèrent beaucoup d’énergie
(potentielle + gravitationnelle) sous forme de chaleur.
- La décroissance de certains éléments
radioactifs donne aussi de la chaleur
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- Les jeunes planètes sont donc liquides
- Les éléments plus lourds coulent, les plus légers
remontent. (cela s’appelle la différentiation), se forment alors un cœur
fer-nickel, un manteau de silicates et une croûte
- La différence entre planètes telluriques et
gazeuses dépend de la masse des éléments accrétés par gravitation et de
la proportion poussières-gaz
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- Les géantes une fois formées, les planètes
rocheuses se forment peu à peu.
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- Les noyaux des planètes gazeuses sont très
importants et solides (dû à la pression), ils comporteraient au delà du
noyau très compact de Fer et de silicates, une
couche de glace d’eau sous haute pression. Ces planètes géantes
se forment par élaboration d’un cœur massif solide qui va accréter le
gaz restant à ce niveau dans le système solaire.
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- Il semble impossible que ces planètes géantes
à noyau solide et glacé soient nées si près de leur étoile brûlante.
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- Alors,
on pense de plus en plus qu’elles auraient migré d’une position
beaucoup plus lointaine.
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- LA
MIGRATION DES PLANÈTES.
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- Là, c’est l’auteur de ce compte rendu qui
reprend la parole, je vais essayer d’expliquer ce mouvement de migration,
tel que je l’ai compris et tel qu’il est expliqué dans divers articles
sur ce que l’on appelle les
modèles de Nice.
- Pourquoi d’ailleurs Nice ? C’est en
effet à l’Observatoire de la Côte d’Azur (OCA au dessus de Nice) que
ces théories ont été élaborées notamment par Alessandro
Morbidelli et son équipe du Laboratoire Lagrange.
- Je reprendrai par moment des éléments déjà
diffusés dans les astronews.
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- Si un jour vous appreniez qu'avant la naissance
de la Terre Jupiter
était près du Soleil jusqu'à la distance actuelle de Mars (1,5
fois la distance Terre-Soleil) puis était reparti rejoindre sa position actuelle (5 fois la
distance Terre-Soleil), et si l'on vous expliquait que grâce à cela Mars a une masse plus faible que la
Terre, que la Ceinture des astéroïdes entre Mars et Jupiter contenait
des objets de compositions très diverses et que l'eau fut apportée sur
Terre par des petits corps à la fin de sa formation (et peut-être aussi
les molécule organiques contribuant peut-être à l'émergence de la Vie), vous
croiriez à un scénario de science fiction.
- Et pourtant, grâce à des simulations numériques
et une intuition osée, c'est ce qu'ont montré des membres de l'équipe de
Planétologie de l’OCA en publiant divers
articles.
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- C’est la fin de l’époque où l'on pensait
encore notre Système Solaire statique avec des planètes se formant là où
nous les observons.
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- La plupart des planètes de type Jupiter observées
dans d'autres systèmes solaires 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.
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- Jupiter et Saturne se sont formées en quelques
millions d’années à partir d’un disque proto planétaire formé de gaz
principalement.
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- Les
géantes gazeuses notamment Jupiter en absorbant le gaz (sa masse augmente
et r diminue), perd de son moment cinétique et spirale vers l’intérieur.
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- (un rappel : le moment cinétique ou
angulaire d’un ensemble doit être conservé dans le temps. Le moment cinétique
étant défini comme le produit de la masse par le rayon vecteur et par la
vitesse, c’est en fait un peu plus compliqué car c’est un vecteur, mais
en gros on peut dire que L = m v r ; exemple typique de la patineuse qui
referme ses bras, elle tourne plus vite car r diminue, le moment cinétique
est conservé à son échelle)
- Dans notre système solaire, le Soleil porte
99,8% de la masse totale du système, mais seulement une très faible
fraction (2%) du moment cinétique global (r est très petit) !
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- Ces planètes auraient été sensibles aux
migrations dues à des mouvements de gaz sur une échelle de plusieurs
centaines de milliers d’années (voir
article de Ph Armitage).
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- Des simulations hydrodynamiques montrent que
ces planètes géantes peuvent subir une
migration en deux étapes ; vers l’intérieur puis vers l’extérieur.
- Les planètes telluriques finirent de s’accréter
bien plus tard et leurs caractéristiques sont bien en accord avec un disque
de planétésimaux dont la limite serait située vers un ou deux UA.
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- De nouvelles simulations du début du système
solaire ont été faites, qui montrent comment la migration
de Jupiter vers l’intérieur à la position 1,5 UA et sa migration vers l’extérieur qui en
fut la conséquence, ont entraîné la troncature du disque de planétésimaux
à 1UA.
- Les planètes terrestres se sont ensuite formées
à partir de ce disque pendant 30 à 50 millions d’années.
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- Jupiter vida d’abord la ceinture principale ,
puis Saturne se déplaçant vers le Soleil, aurait forcé Jupiter à revenir
à sa position actuelle, ce faisant repeuplant la ceinture principale avec
des corps provenant de 1 à 3 UA et au delà des planètes géantes.
- Cela devrait expliquer les différences de
composition de la ceinture principale.
- Cela expliquerait aussi la petite taille de
Mars (1/10 masse de la Terre) due à la faible quantité de matière vers 1
UA.
-
- La grande différence des simulations et idées
actuelles tient au fait de l’aller et retour de Jupiter (et de Saturne)
vers l’intérieur du système solaire.
-
- On savait aussi que Uranus et Neptune
n’avaient pas pu se former là où elles sont maintenant, car à l’époque
de leur formation, il n’y avait pas assez de matières pour donner des
planètes aussi grosses, là où elles se trouvent maintenant.
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-
- Voilà un schéma qui résume cette
incroyable migration de planètes.
- En 1 Jupiter jeune se rapproche du Soleil,
puis est repoussé vers sa position actuelle, lors de la résonance (R )
avec Saturne (vers les 800 millions d’années) ; en 2 Saturne
jeune, il se forme après Jupiter et grossit aussi et entraîne Jupiter
avant de se retrouver à sa position actuelle.
Se faisant le nouveau couple en se retirant va créer un tohu bohu monstre
au niveau des astéroïdes qui se baladaient vers les 1,5 UA, 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.
- En 5 et 6 Uranus et Neptune sont repoussés
vers l’extérieur du système solaire.
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- Voici un graphique publié avec l’article de
nos amis de Nice. (© Nature et A Morbidelli et al).
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Graphe
: échelle verticale : excentricité des orbites ; échelle horizontale :
demi grand axe.
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- Évolution de la population des petits corps
pendant la migration des planètes géantes. On
voit le « ballet » cosmique des 4 planètes géantes ainsi que
l’augmentation de taille de Saturne, Uranus et Neptune.
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- Les planétésimaux de type S (Silicaté) sont
représentés par des points rouges, ils étaient initialement situés entre
0,3 et 3 UA. Les embryons de planètes sont figurés par des cercles noirs
(pas à l’échelle).
- Les planétésimaux de type C (Carboné) démarrent
entre les planètes géantes sont représentées par des points bleus clairs
et les planétésimaux du disque extérieur sont figurés par des points
bleus foncés ; initialement situés entre 8 et 13 UA.
- La limite approximative de la ceinture
principale est dessinée en pointillé.
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- La dernière ligne du graphique est une
combinaison de la fin de la migration des planètes géantes avec le résultat
de la simulation du matériau du disque interne qui a évolué sur 150
Millions d’années.
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- Nos amis de Nice nous donnent à voir une
superbe simulation de cet événement :
- vidéo
- x
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- https://www.youtube.com/watch?v=6LzQfR-T5_A
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- Dans le premier modèle Neptune est à l’intérieur
d’Uranus ,alors que dans le II (plus actuel), ce n’est plus le cas.
- Lorsque l’on s’approche de la résonance,
le film est ralenti pour observer plus facilement ce qui se passe.
- Credit:
Hal Levison, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado pour Sky and
Telescope par Shweta Krishnan
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- Le
LHB (le grand bombardement
tardif).
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- On cherchait des traces de ce début de la
formation de notre système solaire. c’était à l’époque des missions
Apollo, et surtout de la dernière où un vrai géologue (Harrison Schmitt)
faisait partie de l’équipe.
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- Il ramène de nombreuses roches. La Mer de la Sérénité
date de 3,9 Ga alors que les échantillons des monts sont plus anciens.
-
- Il s’est donc passé quelque chose il y a 3,9
Ga.
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- C'est ce qu'on appelle l'épisode du grand
bombardement tardif (LHB ou Late Heavy Bombardment an anglais).
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- Il y a eu un pic de bombardement de matière
que l'on voit très bien sur cette courbe qui représente l’âge des différentes
roches lunaires. Ce pic se situe vers les 3,9Ga
- C'est un événement global qui a duré
de 50 à 150 millions d'années. Le taux de bombardement cosmique (un impact
d'un corps de 1km tous les 20 ans pour la Terre) devait être près de
20.000 fois plus important que le taux actuel.
- Avant ce bombardement le système
solaire était DIFFÉRENT.
-
- C’est pour les Niçois la preuve de cette
migration de planètes et du grand chambardement qui a suivi au moment de la
résonance Jupiter/Saturne
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- À
retenir : vers les 3,9 Milliards d’années tout le système solaire a
subi un grand bombardement météoritique dont on trouve les traces sur la
Lune et sur les météorites de certains astéroïdes (notamment Vesta).
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- Ce phénomène apparaît comme la consécration
de la justesse du modèle de Nice sur la formation du système solaire.
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- Il y a quand même un problème : comment
cette migration s’est arrêtée et a-t-elle changé de sens ?
-
- C’est la phase du Grand Tack (la grande virée
de bord) mis au point par nos amis Niçois.
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- Je reprends ce que j’avais écrit il y a
quelque temps :
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- Jupiter se serait formé en quelques millions
d’années, dans une région de l’espace aux alentours de 3,5 UA (UA
= distance terre soleil, approx 150 millions de km) ; une grande
quantité de gaz (le disque proto planétaire) circulant toujours autour du
Soleil interagit avec cette planète et l’attire vers notre étoile.
(conservation du moment cinétique)
- Le disque protoplanétaire est maintenant
composé de plusieurs anneaux de matière, situés entre les planètes géantes.
- L’anneau proche du Soleil servira à former
les planètes telluriques, mais
Mars situé près du bord externe aura peu de matière à sa
disposition, on en reparlera plus loin..
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- Jupiter augmentant de masse (accrétion de matière)
par action de la gravité, spirale donc vers une position proche de 1,5UA,
approximativement où se trouve Mars maintenant (mais pas à l’époque).
-
- Mais pour les mêmes raisons, Saturne, située
plus loin que Jupiter, subit les mêmes effets et s’approche du Soleil et
donc aussi de Jupiter.
-
- Il y a même une période où Jupiter et
Saturne se trouvent en résonance 3:2 (Jupiter fait 3 tours quand Saturne en
fait 2) ; cela modifie profondément leurs orbites et le gaz interplanétaire
étant aussi épuisé, les
migrations des planètes géantes s’arrêtent et même commencent à
s’inverser. C’est le Grand Tack !
-
- Jupiter arrive à sa position actuelle (5,2 UA)
et Saturne à 7UA (plus tard d’autres forces la pousseront jusqu’à
9,5UA).
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- Ces migrations prirent approximativement
quelques millions d’années et eurent des conséquences énormes dans la
composition de la ceinture d’astéroïdes.
- La période pendant laquelle Jupiter est restée
plus proche du Soleil, a aussi eu des conséquences sur Mars.
- On ne comprenait pas jusqu’à présent pourquoi
Mars était si petite, alors que se formant au delà de Vénus et de la
Terre, elle aurait dû avoir plus de matières premières à sa disposition.
-
- C‘est
là, la grande force du modèle actuel Grand Tack, il explique cela :
lorsque Jupiter est resté proche du Soleil, il aurait dispersé de la matière
interplanétaire servant à former les planètes ; Mars en ayant ainsi
moins à sa disposition, est devenue petite comme on la voit actuellement.
Par contre la Terre et Vénus avaient plus de matière à leur disposition,
car cette partie du disque n’avait pas été perturbé par Jupiter.
-
-
-
-
- Ce Big Tack a eu
aussi des conséquences pour les astéroïdes :
- ·
La ceinture d’astéroïdes est
composée d’un mélange d’astéroïdes rocheux et de glace.
- ·
C’est parce qu’il y a eu des
corps « mouillés » dans l’anneau où notre planète s’est formée
qu’il y a eu de l’eau sur Terre en plus de celle des comètes!
- ·
Si Saturne n’avait pas rattrapé
à temps Jupiter, notre planète serait sèche! Ce bouleversement est
probablement la raison de la petite taille de Mars.
- Un dernier
« plus » de ce modèle, il correspond aussi à ce que l’on
observe au niveau des planètes extra solaires, avec les Jupiter chauds si
près de leurs étoiles.
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- Nos amis de Ciel et Espace proposent des
vidéos explicatives sur le sujet.
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- Voilà comment on imagine en ce début de XXIème
siècle la formation de notre système solaire.
-
- Trouvera-t-on un système extra solaire
similaire, c’est la question !
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- PROCHAINE
CONFÉRENCE VEGA : samedi 24
Mai 2014 20h30 au TRM (Château
de Plaisir 78370)
-
- Jean Pierre LEBRETON, Dr de recherche CNRS , un
des pères de la mission Cassini-Huygens fête avec nous
- les 10 ans de mission
autour de Saturne et de Titan
- Ce sera un grand moment, venez nombreux,
ouverture des portes : 20H00
-
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- POUR ALLER PLUS LOIN :
-
- De
l’eau à haute pression notamment
dans le noyau des planètes géantes par P Thomas et collègues.
-
- La
migration des planètes extrasolaires,
article de La Recherche.
-
- Chaos
in the Early Solar System par Sky and
Telescope.
-
- La
migration emballée des proto-planètes
par l’IRFU-CEA.
-
- Le
grand bombardement tardif (LHB) par A
Morbidelli, CR sur planetastronomy.com
-
- Le
grand Tack sur ce site.
-
- Chamboulement
dans le système solaire sur ce site aussi.
-
- Groupe
Cassiopée à l’OCA
-
- Unité
Lagrange à l’OCA.
-
- Formation
et évolution planétaire, les 700 premiers millions d’années
par Aurélien CRIDA.
-
- Thèse
de Aurélien Crida sur la migration des planètes.
-
- Sur
les rotations et moments cinétiques
par JC Boulay.
-
- Origin
of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial
planets par Morbidelli et al.
-
-
-
-
- Bon ciel à tous
-
-
- Jean Pierre Martin
- www.planetastronomy.com
- Abonnez-vous
aux astronews du site en envoyant votre e-mail.
-
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