mise à
jour le 6 Décembre 2006 (merci à DH pour les commentaires)
SÉMINAIRE
TEMPS ET ESPACE
"LE GRAND BOMBARDEMENT TARDIF (LHB)
ET LA FORMATION DU SYSTÈME SOLAIRE"
Par
ALESSANDRO MORBIDELLI
Directeur de Recherche OCA, Nice
À
l'Observatoire de Paris, 77 Av Denfert Rochereau, Paris 14ème
le
Lundi 20 Novembre 2006 à 14H00
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- Photos : JPM.pour
l'ambiance Les photos en haute définition sont disponibles sur simple
demande pour ceux qui le souhaitent
- Les photos des slides
sont de la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos
- L'auteur met à la
disposition des internautes sa
présentation en format pdf de 6,3MB que vous pouvez télécharger.
- On consultera aussi
avec intérêt le
site du séminaire.
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- BREF COMPTE RENDU
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- Alessandro Morbidelli
est un grand spécialiste de la formation du système solaire, il nous présente
ce soir les dernières théories concernant sa formation.
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- Le début de la
formation du système solaire est bien connu : le disque proto planétaire
qui s'aplatit, les planétésimaux qui se forment : d'abord les planètes géantes
(elles ont grandi plus vite que les autres) puis les telluriques.
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- On pense que la durée
de formation des planètes a été extrêmement courte : quelques 30
millions d'années.
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- Mais la Lune nous dit
que les choses ne sont peut être pas aussi simples.
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- Les missions Apollo
ont rapporté des roches lunaires de diverses "Mers" lunaires qui
sont en fait d'énormes bassins d'impact, et on a pu dater leur age. Elles
sont de 65 millions d'années après la formation du système solaire.
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- Cela semble indiquer
qu'il s'est passé un événement cataclysmique à cette époque là, qui a
effacé toutes traces des anciennes roches (la Lune date comme la Terre de
4,5 Ga ou milliard d'années).
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- Qu'est ce qui a pu
causer une telle débauche de bombardement météoritique au moins dans
cette partie du système solaire interne?
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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. Ce pic
se situe vers les 3,9Ga
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- 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.
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- Avant ce bombardement le
système solaire était DIFFÉRENT.
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- COMMENT UN TEL CATACLYSME A T IL PU SE PRODUIRE?
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- Ceci n'est possible
que si un changement dans la structure orbitale des planètes géantes s'est
produit; un réservoir de petits corps (restes de la formation du Système
solaire) est devenu alors instable.
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- D'après A Morbidelli,
ce n'est pas si compliqué; on le prouve à l'aide de modélisations mathématiques.
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- L'hypothèse de départ était que les 4 planètes géantes
étaient en fait plus près du Soleil que maintenant
(pas plus loin que 20 UA) et entourées d'un ensemble de petits planétésimaux.
Il y a donc interaction gravitationnelle.
- La ceinture de Kuiper était vide.
- L'excentricité des
planètes était plutôt nulle (cercle) sauf pour Neptune qui va avoir une phase très excentrique.
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- C'est de cela qu'est née
l'idée de ce bombardement tardif. Les planètes avaient avant celui-ci un
autre ordre, leurs orbites étaient plus resserrées, par exemple Neptune était
deux fois plus près du Soleil que maintenant.
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- Comment évolue un tel
ensemble dans le temps?
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- Ce fut l'objet de la
simulation numérique effectuée par A Morbidelli et ses collègues (Rodney
Gomes (Brésil), Harold Levison (États-Unis), Kleomenis Tsiganis (Grèce))
à l'OCA.
- Ils font tourner leur
simulation jusqu'à obtenir la configuration des planètes actuelle.
- Ces simulations
montrent que la plupart des petits corps sont éjectés soit vers l'intérieur
(bombardement tardif de la Lune (et de la Terre bien entendu) notamment)
soit vers l'extérieur du système solaire, mais cela déplace l'orbite des
grosses planètes (action = réaction).
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- Mais comment en est on
arrivé à ce bombardement tardif?
- Au début (3 millions
d'années) les planétésimaux ont un temps de vie très court; à la
disparition du gaz des planètes géantes, les planétésimaux sont situés
au delà de Neptune.
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- Mais il arriva un
moment, après approximativement 800 millions d'années, où dans ce ballet
cosmique, Jupiter et
Saturne entrèrent en résonance 1:2, Jupiter faisait deux fois le
tour du soleil quand Saturne n'en faisait qu'un.
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- Cette résonance
perturba considérablement le système solaire et rendit les orbites de
Jupiter et de Saturne excentriques, ce qui à son tour perturba Uranus et
Neptune qui se trouvèrent chassées vers leurs orbites actuelles et repoussèrent
à leur tour les astéroïdes présents soit vers la position actuelle qui
forme la ceinture de Kuiper soit vers l'intérieur du système solaire.
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- Ce grand tohu-bohu
aurait favorisé ce bombardement astéroidal du système solaire interne.
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- Voici un petit
film vidéo de simulation (attention il fait 34MB) en avi élaboré par
nos amis Morbidelli et Michel de l'OCA qui représente entre 0 et 1 Milliard
d'années ce qui s'est passé. Il faut sélectionner le film vers le bas de
la page.
- En vert: disque de
planétésimaux entourant les planètes
- En rouge: orbite de
Jupiter
- Le Soleil est au
centre de l'image.
- Les coordonnées
indiquent les distances en Unités Astronomiques (1 UA = distance
Terre-Soleil)
- Les orbites des 4 planètes
correspondent aux 4 cercles. La planète la plus lointaine au Soleil est
donc à moins de 20 UA au début de la simulation et rejoindra sa position
actuelle à plus de 30 UA vers T= 880 millions d'années, lors du
chamboulement soudain provoqué par le passage de Jupiter et Saturne dans la
résonance 1:2
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- Cela explique les
grands bassins sombres de la surface lunaire.
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- À l'occasion de ce
bombardement, la ceinture de Kuiper qui était à l'origine située vers 20
à 35 UA a perdu 99% soit la
majorité de sa masse d'origine d'astéroïdes qui était de l'ordre de 35
masses terrestres; elle est située maintenant vers 32 à 45 UA avec
seulement 0,1 masses terrestres.
- C'est quand même
beaucoup plus que la masse des astéroïdes de la ceinture principale évaluée
elle à 0,5 10-3 MT.
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- Les planètes géantes ont migré : Jupiter vers le
Soleil, Saturne un peu vers l'extérieur, Uranus et Neptune beaucoup vers
l'extérieur.
- Ces perturbations ont
aussi favorisé une excentricité pour les orbites de Jupiter et Saturne et
ont rendu Uranus et Neptune très instables.
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- La résonance a aussi
favorisé la capture des planétésimaux par Jupiter et sont devenus les
Troyens.
- Ceci semble confirmer
cette hypothèse du LHB en effet les Troyens ont une densité inférieure
aux autres astéroïdes mais identique à ceux des objets de Kuiper (KBO),
de plus ils ont une masse totale de 10-5 masses terrestres qui
semble en accord avec le modèle.
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- ET LA CEINTURE DE KUIPER?
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- Elle est la résultante
de ce passage à la résonance 2:1 Jupiter-Saturne, tout comme pour le LHB..
- On s'aperçoit aussi
qu'elle s'arrête brusquement à la résonance 2:1 de Neptune (48 UA).
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- Il y a aussi deux sous
produits dans cette ceinture, deux types d'astéroïdes : les
"chauds" et le "froids", baptisés ainsi par analogie
avec la théorie cinétique des gaz.
- Une population, les
froids étant de faible inclinaison ce sont des petits objets rouges;
l'autre, les chauds ayant une grande excentricité étant plus grands et
moins rouges. Ces deux populations ont des propriétés physiques différentes.
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- LE DÉFICIT DE MASSE LE CEINTURE DE KUIPER.
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- La masse totale de la
ceinture de Kuiper est évalué entre 1/10 et 1/100 de la masse terrestre.
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- Or d'après les modèles
en cours de formation du système solaire, elle devrait avoisiner quelques
dizaines de masses terrestres.
- En effet une telle
masse est nécessaire pour que l'accrétion d'objets de la taille de
quelques centaines de km ait lieu.
- D'autre part on pense
que la répartition en masse autour du Soleil , devrait décroître régulièrement
et non pas qu'il se produise brusquement une absence de matière.
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- Où est la masse
manquante?
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- Une étoile est elle
passée trop près , ou alors…?
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- LES 4 PHASES DU SYSTÈME SOLAIRE :
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* L'accrétion
planétaire : planètes géantes, puis planètes telluriques puis première
déplétion de la ceinture des astéroïdes.
- * Ère de
tranquillité qui dure près de 600 Millions d'années; la ceinture d'astéroïdes
est 20 fois plus importante que l'actuelle. Un disque trans-neptunien massif
(50 à 35 MT) se forme.
- * Le
bombardement tardif se produit : déplacement des orbites des planètes géantes,
mise en place de la ceinture de Kuiper, les Troyens de Jupiter sont capturés.
Dure 100 millions d'années approx.
La cause est la migration planétaire dans le système solaire primitif
suite aux interactions gravitationnelles entre planètes et disque de planétésimaux,
migration qui a entraîné le passage dans la résonance 2:1, le déclencheur
de tout ce tohu-bohu.
- * La période
actuelle
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- Une remarque : la vie
sur Terre apparaît après le LHB, pourquoi?
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- POUR ALLER
PLUS LOIN:
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- La
formation du système solaire à la Cité des Sciences : concis et
clair, à voir absolument.
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- La
ceinture de Kuiper chez Wikipedia, très complet. (anglais)
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- L'article de Nature
par A
Morbidelli sur le LHB, en anglais.
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- La
formation de la Ceinture de Kuiper par A Morbidelli en pdf. (anglais).
-
- Un
cataclysme dans le système solaire sur ce site.
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- Nos amis de
Futura Sciences ont écrit cet article en français sur le même sujet.
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- Une présentation
Power Point (PPT) de 2,6MB un peu technique sur les
populations hot et cold de la ceinture de Kuiper (titre original : The
primordial sculpting of the Kuiper belt) par
- A Morbidelli.
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- Une présentation PPT
de 8MB sur les
objets trans-neptuniens et la ceinture de Kuiper en français par
Emmanuel Lellouch, très bon.
-
- Je signale aussi un
article très intéressant par nos amis Américains du Planetary Institute
PSRD sur la
migration des planètes géantes et du LHB, article en anglais bien sur
mais très bien illustré. On y retrouve l'animation de A Morbidelli.
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- C'est tout pour
aujourd'hui!
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- Bon ciel à tous
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- Jean-Pierre Martin
http://www.planetastronomy.com/
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