Les
taches sombres lunaires témoignent d'un chamboulement des orbites
planétaires bien après la formation du Système Solaire
Observatoire
de la Côte d'Azur, Nice, le 26 Mai 2005.
(Cliquer ici
pour aller directement sur le communiqué de presse de l'INSU)
Un nouveau
modèle proposé par une équipe internationale dans le
cadre d'un programme de visiteurs de l'Observatoire
de la Côte d'Azur (Laboratoire Cassiopée, UMR CNRS) explique
pour la première fois de façon naturelle et en même temps
les orbites des planètes géantes, l'existence des astéroïdes
Troyens et le bombardement planétaire tardif de la Terre et la Lune
avec une précision jusqu'alors inégalée. Ces travaux
font l'objet d'une série de trois articles publiés dans le
journal Nature du 26/05/05.
Les peuples
de toutes cultures ont toujours été fascinés par les
taches sombres sur la Lune, qui semblent dessiner un lapin, des grenouilles,
ou la figure d'un clown. Avec les missions Apollo, les scientifiques se sont
aperçus que ces taches sont en fait d'énormes bassins d'impacts
qui furent inondés par une lave qui s'est solidifiée. Les
planétologues furent surpris de découvrir que ces bassins se
sont formés relativement tard dans l'histoire du Système Solaire
– approximativement 700 millions d'années après la formation
de la Terre et de la Lune. De nombreux scientifiques pensent maintenant qu'ils
portent le témoignage d'une augmentation brutale et conséquente
du taux de bombardement des planètes – appelé le bombardement
intense tardif ou Late Heavy Bombardment (LHB) en anglais. La cause de ce
bombardement aussi soudain et intense est restée l'un des mystères
les mieux préservés de notre Système Solaire.
Dans une
série de trois articles publiés dans le journal Nature du 26
Mai 2005, une équipe internationale de scientifiques, Rodney Gomes
(Obs. National du Brésil), Harold Levison (Southwest Research Institute,
USA), Alessandro Morbidelli (Obs.
de la Côte d'Azur, O.C.A.) et Kleomenis Tsiganis (O.C.A et Univ. de
Thessaloniki, Grèce) – rassemblés par un programme de visiteurs
de l'O.C.A. à Nice – propose un modèle qui non seulement apporte
une solution naturelle au mystère de l'origine du LHB, mais explique
aussi pour la première fois simultanément de nombreuses caractéristiques
observées du Système Solaire externe.
Le nouveau
modèle part de l'hypothèse que les quatre planètes
géantes, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, quand elles se sont
formées, étaient dans une configuration bien plus compacte qu'actuellement.
De plus, au-delà de nos quatre planètes s'étendait
un disque constitué de nombreux petits corps glacés ou rocheux
(dénommés "planétésimaux"). Les simulations numériques
effectuées par l'équipe de Nice, consistant à faire
évoluer ce système, montrent alors que certains de ces planétésimaux
ont été lentement éjectés du disque sous l'effet
des perturbations gravitationnelles exercées par les quatre planètes.
Celles-ci ont alors éparpillé ces petits objets dans le Système
Solaire, parfois vers l'intérieur et parfois vers l'extérieur.
"Comme Isaac Newton nous l'a appris, chaque action provoque une réaction
égale et opposée", rappelle Kleomenis Tsiganis. "Si une planète
éjecte un planétésimal en dehors du Système
Solaire, en compensation, la planète se déplace légèrement
dans la direction opposée, vers le Soleil. Si à l'inverse
la planète envoie le planétésimal vers l'intérieur,
alors elle va s'éloigner légèrement du Soleil. "
Les simulations
numériques indiquent qu'en moyenne Jupiter a dû se déplacer
vers le Soleil tandis que les autres planètes géantes s'en
sont éloignées.
Initialement,
ce processus était très lent car quelques millions d'années
étaient nécessaires pour produire un petit déplacement
des planètes. Cependant, selon ce nouveau modèle, après
700 millions d'années, la situation a subi un changement brutal. A
cette époque, Saturne a atteint une position à laquelle sa
période orbitale correspondait exactement à deux fois celle
de Jupiter. Cette configuration particulière a provoqué un allongement
soudain des formes des trajectoires de Jupiter et de Saturne, c'est-à-dire
une augmentation des excentricités de leurs orbites.
"Cela a
rendu folles les trajectoires d'Uranus et de Neptune" explique Rodney Gomes.
"Leurs orbites sont devenues excentriques elles aussi et elles ont commencé
à se perturber violemment entre elles, ainsi que Saturne. "
L'équipe
de Nice suggère que cette évolution des orbites d'Uranus et
de Neptune est à l'origine du LHB sur la Lune. Leurs simulations informatiques
montrent que ces planètes ont très rapidement pénétré
le disque de planétésimaux, éparpillant ces petits objets dans l'ensemble du système
planétaire. Un grand nombre d'entre eux ont ainsi atteint le Système
Solaire interne où ils sont venus percuter la Terre et à la
Lune. De plus, le processus global a destabilisé
les orbites des astéroïdes situés entre Mars et Jupiter
qui ont de ce fait contribué au LHB. Enfin, les effets gravitationnels
du disque de planétésimaux ont provoqué le déplacement
d'Uranus et de Neptune sur leurs orbites actuelles.
"C'est très
convaincant", s'enthousiasme Hal Levison, "nous avons effectué
plusieurs douzaines de simulations de ce processus, et statistiquement, les
planètes ont fini sur des orbites très similaires à
celles que nous observons, avec des séparations, des excentricités
et des inclinaisons correctes. Donc, en plus du LHB, nous pouvons aussi expliquer
les orbites des planètes géantes. Aucune autre recherche n'avait
jamais réussi à reproduire en un seul modèle ces deux
caractéristiques."
Cependant,
il restait une difficulté de taille à surmonter. Le Système
Solaire contient actuellement une population d'astéroïdes qui
évolue à la mème distance du Soleil que Jupiter mais
suit ou devance la planète selon un angle de 60 degrés avec
le Soleil. Les simulations numériques indiquent que ces corps, connus
sous le nom d'astéroïdes Troyens, auraient dû être
perdus lorsque les planètes géantes se sont déplacées.
"Nous sommes restés assis pendant des mois à cogiter sur
ce problème qui semblait rendre invalide notre modèle", précise
Alessandro Morbidelli, "jusqu'à ce que nous réalisions que
si un oiseau peut s'échapper d'une cage ouverte, un autre peut y rentrer
et y faire son nid !"
Ainsi, l'équipe
de Nice a déterminé que ces mêmes objets qui ont dirigé
les évolutions des planètes et qui ont provoqué le LHB
ont pu aussi être capturés sur les orbites des astéroïdes
Troyens. Dans leurs simulations, les Troyens ainsi piégés reproduisent
la distribution observée, restée jusqu'alors inexpliquée.
De plus, la masse totale calculée de ces objets est en accord avec
la population observée.
En conclusion,
dans sa totalité, le nouveau modèle proposé par l'équipe
de Nice explique pour la première fois de façon naturelle et
en même temps les orbites des planètes géantes, l'existence
des astéroïdes Troyens et le LHB avec une précision jusqu'alors
inégalée. "Notre modèle explique tant de choses", selon
Alessandro Morbidelli, "qu'il doit être relativement correct. La
structure du Système Solaire externe suggère que les planètes
doivent avoir subi une sorte d'ébranlement sismique tard dans son évolution.
"
Références:
Gomes,
R., Levison, H.F., Tsiganis, K. and Morbidelli, A., "Origin of the cataclysmic
Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planets", Nature, 26 May
2005.
Tsiganis,
K., Gomes, R., Morbidelli, A. and Levison, H.F., "Origin of the orbital architecture
of the giant planets of the Solar System", Nature, 26 May 2005.
Morbidelli,
A., Levison, H.F. Tsiganis, K. and Gomes, R., "Chaotic capture of Jupiter's
Trojan asteroids in the early Solar System", Nature, 26 May 2005.
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