Le système solaire a acquis sa configuration actuelle peu de temps après sa formation

Bonjour lecteur! Je m'appelle Irina, je dirige une chaîne de télégrammes sur l'astrophysique et la mécanique quantique "Quant" . Cette fois, je vous ai préparé une traduction d'un article sur le processus de configuration du système solaire à l'état que nous observons maintenant (et surtout, quand cela s'est produit!)
Bonne lecture.



Un modèle développé par des chercheurs brésiliens montre une phase chaotique qui place des objets sur les orbites actuelles.

L'hypothèse selon laquelle le système solaire est né d'un nuage géant de gaz et de poussière a été avancée pour la première fois dans la seconde moitié du XVIIIe siècle par le philosophe allemand Immanuel Kant et développée par le mathématicien français Pierre-Simon de Laplace. Actuellement, les astronomes sont unanimes sur cette question.

Mais cela n'a pas été sans controverse. Jusqu'à récemment, on pensait que le système solaire avait acquis ses caractéristiques actuelles à la suite d'une période de turbulence survenue environ 700 millions d'années après sa formation. Cependant, certaines des dernières études montrent qu'il s'est formé dans un passé plus lointain, à un certain stade au cours des 100 premiers millions d'années.

Une étude menée par trois chercheurs brésiliens fournit des preuves solides de cette structuration antérieure. Selon un article publié dans la revue Icarus, l'étude a été soutenue par la Fondation de recherche de São Paulo - FAPESP. Tous les auteurs sont affiliés à l'École polytechnique de l'Université d'État de São Paulo à Guaratingueta (Brésil).

L'auteur principal est Rafael Ribeiro de Souza. Les deux autres auteurs sont Andre Isidoro Ferreira Da Costa et Ernesto Vieira Neto, chercheur principal pour cette étude.

"Une grande quantité de données obtenues à la suite d'une observation détaillée du système solaire nous permet de déterminer avec précision les trajectoires de nombreux corps en orbite autour du soleil", a déclaré Ribeiro. - Cette structure orbitale nous permet d'écrire l'histoire de la formation du système solaire. En quittant le nuage de poussière de gaz entourant le Soleil il y a environ 4,6 milliards d'années, des planètes géantes se sont formées sur des orbites plus proches les unes des autres, ainsi que plus près du Soleil. Les orbites étaient également plus coplanaires et plus circulaires que maintenant, et plus interconnectées dans les systèmes dynamiques résonants. "Ces systèmes stables sont le résultat le plus probable de la dynamique gravitationnelle de la formation de planètes à partir de disques protoplanétaires gazeux."

«Les quatre planètes géantes - Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune - ont émergé du nuage de poussière de gaz sur des orbites plus compactes», poursuit Isidoro. «Leurs mouvements étaient très synchronisés en raison des circuits résonnants, Jupiter faisant trois orbites autour du Soleil et Saturne deux. Toutes les planètes ont été impliquées dans ce synchronisme, généré par la dynamique du disque de gaz primaire et la dynamique gravitationnelle des planètes. »

Cependant, dans toute la zone de formation du système solaire externe, y compris la zone située en dehors des orbites actuelles d'Uranus et de Neptune, le système solaire avait un grand nombre de planétésimaux, de petits corps de pierre et de glace étaient considérés comme des blocs de construction de planètes et les précurseurs d'astéroïdes, de comètes et de satellites.

Le disque planétésimal externe a commencé à perturber l'équilibre gravitationnel du système. Les résonances ont été rompues après la phase gazeuse et le système est entré dans une période de chaos au cours de laquelle des planètes géantes ont interagi violemment et projeté de la matière dans l'espace.

"Pluton et ses voisins glacés ont été poussés dans la ceinture de Kuiper, où ils se trouvent actuellement, et l'ensemble du groupe de planètes a migré vers des orbites plus éloignées du Soleil", a déclaré Ribeiro.

La ceinture de Kuiper, dont l'existence a été proposée en 1951 par l'astronome néerlandais Gerard Kuiper et confirmée plus tard par des observations astronomiques, est une structure toroïdale composée de milliers de petits corps en orbite autour du Soleil.

La diversité de leurs orbites n'est observée dans aucune autre partie du système solaire. Le bord intérieur de la ceinture de Kuiper commence dans l'orbite de Neptune à environ 30 unités astronomiques du Soleil. Le bord extérieur est à environ 50 unités astronomiques du soleil. Un A.E. égale à la distance de la terre au soleil.

Revenant à la violation du synchronisme et au début de la phase chaotique, la question se pose, quand est-ce arrivé - très tôt dans la vie du système solaire, quand il avait 100 millions d'années ou moins, ou bien plus tard, probablement environ 700 millions d'années après la formation des planètes?

"Jusqu'à récemment, l'hypothèse d'une instabilité tardive prévalait", a déclaré Ribeiro. —La datation des pierres de lune apportées par les astronautes d'Apollo suggère qu'elles ont été créées par des astéroïdes et des comètes qui se sont écrasés dans la surface lunaire en même temps. Ce cataclysme est connu comme le "bombardement lourd tardif" de la lune. Si cela s'est produit sur la lune, cela s'est probablement produit également sur Terre et sur d'autres planètes du système solaire. Puisqu'une grande quantité de matière sous forme d'astéroïdes et de comètes a été projetée dans toutes les directions du système solaire pendant une période d'instabilité planétaire, il a été déduit des roches lunaires que cette période chaotique était tardive, mais ces dernières années, l'idée d'un «bombardement tardif» de la lune est devenue démodée. »

Selon Ribeiro, si une catastrophe chaotique tardive se produisait, elle détruirait la Terre et d'autres planètes proches de la Terre, ou au moins provoquerait des perturbations qui les placeraient sur des orbites complètement différentes de celles que nous observons actuellement.

De plus, il a été découvert que les pierres de lune apportées par les astronautes d'Apollo avaient été tirées d'un coup. S'ils surgissaient à la fin de l'instabilité des planètes géantes, il y aurait alors des preuves de plusieurs collisions, étant donné la dispersion des planétésimaux par les planètes géantes.

«Le point de départ de notre étude était l'idée que l'instabilité devrait être datée dynamiquement. L'instabilité pourrait se produire plus tard s'il y avait une distance relativement grande entre le bord intérieur du disque des planétésimaux et l'orbite de Neptune lorsque le gaz était épuisé. Cette distance relativement grande était inacceptable dans notre simulation », a déclaré Ribeiro.

Cet argument est basé sur une hypothèse simple: plus la distance entre Neptune et le disque planétésimal est petite, plus l'effet gravitationnel est fort et, par conséquent, plus la période d'instabilité est précoce. Inversement, l'instabilité ultérieure nécessite une plus grande distance.

«Nous avons d'abord créé un modèle du disque planétésimal primaire. Pour ce faire, nous avons dû retourner à la formation des géants des glaces Uranus et Neptune. Des simulations informatiques basées sur un modèle construit par le professeur Isidoro [Ferreira Da Costa] en 2015 ont montré que la formation d'Uranus et de Neptune peut s'être produite dans des noyaux planétaires avec plusieurs masses terrestres. Les collisions massives de ces SuperEarths expliquent, par exemple, pourquoi Uranus tourne sur le côté », a déclaré Ribeiro, se référant à l'inclinaison d'Uranus, avec les pôles Nord et Sud situés sur les côtés, et non pas au-dessus et en dessous.

Des études précédentes ont souligné l'importance de la distance entre l'orbite de Neptune et la limite intérieure du disque planétésimal, mais ils ont utilisé un modèle dans lequel quatre planètes géantes étaient déjà formées.

«La nouveauté de cette dernière étude est que le modèle ne commence pas avec des planètes entièrement formées. Au lieu de cela, Uranus et Neptune sont encore en phase de croissance, et deux ou trois collisions avec des objets pesant jusqu'à cinq masses terrestres sont la force motrice de la croissance », a déclaré Isidoro.

«Imaginez une situation dans laquelle Jupiter et Saturne se forment, mais au lieu d'Uranus et de Neptune, nous avons cinq à dix SuperEarths. Les super-terres sont forcées par le gaz de se synchroniser avec Jupiter et Saturne, mais comme il y en a beaucoup, leur synchronisme fluctue et elles finissent par entrer en collision. Les collisions réduisent leur nombre, rendant la synchronisation possible. Finalement, Uranus et Neptune sont restés. Alors que deux géantes de glace se sont formées dans le gaz, le disque planétésimal a été absorbé. Une partie de la matière a été renvoyée à Uranus et Neptune, et une partie a été transférée à la périphérie du système solaire. Ainsi, la croissance d'Uranus et de Neptune a déterminé la position de la limite intérieure du disque planétésimal. Ce qui reste du disque s'appelle maintenant la ceinture de Kuiper. La ceinture de Kuiper est essentiellement une relique du disque planétésimal d'origine,qui était une fois beaucoup plus massive. "

Le modèle proposé est cohérent avec les orbites actuelles des planètes géantes et la structure observée dans la ceinture de Kuiper. Cela est également cohérent avec le mouvement des chevaux de Troie, un grand groupe d'astéroïdes qui partagent l'orbite de Jupiter et, apparemment, ont été capturés lors de la violation de synchronisation.

Selon un article publié par Isidoro en 2017, Jupiter et Saturne étaient encore au stade de la formation et leur croissance a contribué au déplacement de la ceinture d'astéroïdes. Le dernier article est une sorte de continuation, à commencer par le stade où Jupiter et Saturne ont été entièrement formés, mais toujours synchronisés, et décrit l'évolution du système solaire à partir de ce moment.

«L'interaction gravitationnelle entre les planètes géantes et le disque planétésimal a provoqué des perturbations dans le disque de gaz, qui se sont propagées sous forme d'ondes. Les vagues ont créé des systèmes planétaires compacts et synchrones. À la fin du gaz, l'interaction entre les planètes et le disque planétésimal a perturbé le synchronisme et généré une phase chaotique. En tenant compte de tout cela, nous avons constaté qu'il n'y avait tout simplement pas de conditions pour que la distance entre l'orbite de Neptune et la limite intérieure du disque planétésimal devienne suffisamment grande pour soutenir l'hypothèse d'une instabilité tardive. Il s'agit de la principale contribution de notre étude, qui montre que l'instabilité s'est produite au cours des 100 premiers millions d'années et peut avoir eu lieu, par exemple, avant la formation de la Terre et de la Lune », a déclaré Ribeiro.