Modèle de Nice

Le bombardement planétaire tardif

Le mystère des orbites des planètes géantes et le bombardement planétaire tardif, est expliqué, dans trois articles publiés dans le journal Nature du 26 mai 2005, par le laboratoire Cassiopée (CNRS), une collaboration internationale de scientifiques : Rodney Gomes (Rio de Janeiro, Brésil), Hal Levison (Boulder, Colorado), Alessandro Morbidelli (Nice, France) et Kleomenis Tsiganis (Thessaloniki, Grèce).
Les taches sombres sur la Lune sont d'énormes bassins d'impacts qui se sont formés environ 600 à 700 millions d'années après la formation de la Terre et de la Lune. La liste et les caractéristiques des cratères de la Lune et de notre Terre sont l'un des témoignages forts qui attestent du bombardement massif tardif. Le nombre de planétésimaux qui auraient atteint la Lune, selon le modèle de Nice est cohérent avec la liste et la chronologie des cratères d'impacts observés sur la Lune pendant le grand bombardement tardif, appelé, le bombardement intense tardif ou Late Heavy Bombardment (LHB) en anglais.
Dans ces publications, les auteurs montrent, qu'après la dissipation du gaz et de la poussière du disque solaire primordial, les quatre géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) se situaient sur des orbites quasi-circulaires, à des distances d'environ 5,5 à 17 unité astronomique (ua (symbol : ua ou au) Créée en 1958, c’est l'unité de distance utilisée pour mesurer les distances des objets du système solaire, cette distance est égale à la distance de la Terre au Soleil. La valeur de l'unité astronomique représente exactement 149 597 870 700 m, lors de son assemblée générale tenue à Pékin, du 20 au 31 août 2012, l'Union astronomique internationale (UAI) a adopté une nouvelle définition de l'unité astronomique, unité de longueur utilisée par les astronomes du monde entier pour exprimer les dimensions du Système solaire et de l’Univers. On retiendra environ 150 millions de kilomètres. Une année-lumière vaut approximativement 63 242 ua. Mercure : 0,38 ua, Vénus : 0,72 ua, Terre : 1,00 ua, Mars : 1,52 ua, Ceinture d’astéroïdes : 2 à 3,5 ua, Jupiter : 5,21 ua, Saturne : 9,54 ua, Uranus : 19,18 ua, Neptune : 30,11 ua, Ceinture de Kuiper : 30 à 55 ua, Nuage d’Oort : 50 000 ua.), bien plus proches et plus compactes qu'aujourd'hui. De plus un disque dense (environ 35 masses terrestres), de petits planétésimaux de roches et de glaces, s'étendait de 17 jusqu'à quelques 35 UA. Ces planétésimaux ont été peu à peu, éjectés dans toutes les directions, par les perturbations gravitationnelles des quatre planètes.
"Comme Isaac Newton nous l'a appris, chaque action provoque une réaction égale et opposée... Si une planète éjecte un planétésimal en dehors du Système Solaire, en compensation, la planète se déplace légèrement vers le Soleil. Si à l'inverse la planète envoie le planétésimal vers l'intérieur, alors elle va s'éloigner légèrement du Soleil." explique l'article Nature, Kleomenis Tsiganis.

Les simulations montrent que Jupiter a dû se déplacer vers le Soleil tandis que les autres planètes géantes s'en sont éloignées. Normalement ces déplacements auraient du être très lents, mais selon le modèle, après 700 millions d'années, un changement brutal est apparu. Saturne se trouve alors, exactement à deux fois la distance de Jupiter.
"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."
Ce modèle de Nice explique que cette évolution des orbites d'Uranus et de Neptune est à l'origine du LHB. Certains de ces planétésimaux envoyés dans le système solaire interne, ont produit de violent impacts sur les planètes telluriques.
Harold 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."
Le modèle de Nice est un scénario décrivant correctement la formation et l'évolution du système solaire. Il propose que les planètes géantes aient migré depuis une configuration initiale compacte vers leurs positions actuelles, longtemps après la dissipation du disque de gaz protoplanétaire. Cette migration planétaire explique les évènements tel que, le bombardement massif tardif du système solaire interne, la formation du nuage de Oort, l'existence des populations de petits corps du système solaire incluant la ceinture de Kuiper, les astéroïdes troyens de Jupiter et de Neptune, et le nombre des objets en résonance transneptunienne dominés par Neptune. Le modèle de Nice est largement accepté comme le modèle le plus réaliste connu, pour expliquer l'évolution du système solaire, mais il ne parvient pas à expliquer complètement, la formation de la ceinture de Kuiper.

Image : Les quatre lunes galiléennes de Jupiter. De haut en bas : Io, Europe, Ganymède et Callisto.
Jupiter possède plus de 60 satellites naturels connus dont les noms sont tirés de la mythologie grecque.

Naissance du système solaire

L'évènement se passe il y a 4,5 milliards d'années au voisinage d'un bras spiral de la Galaxie. Dans une nébuleuse de gaz opaque tournant, de petits amas se constituent. Parmi eux, notre futur Soleil s'en échappe alors que ses compagnons se dispersent dans la Voie lactée. Au centre de ce futur système encore gazeux, une étoile se forme, aidée par la force de gravité, elle se contracte et va capter 99,86% de la masse totale du nuage. Pendant cette période juvénile la température centrale augmente.
Ce nuage va se contracter encore jusqu'à atteindre des températures de quelques millions de degrés kelvin. Cet échauffement du cœur va enclencher la mise en route du réacteur thermonucléaire.
Dans cette phase les protons s'associent libérant de l'énergie sous l'effet de la force nucléaire. C'est la fusion de l'hydrogène en hélium, qui arrête la contraction de l'étoile et qui stabilise son volume.
Dans le système solaire, le Soleil a capté 99,86% de la masse totale de la poussière et du gaz de la nébuleuse originelle. Jupiter, la plus grosse planète du système, a capté 71% du restant. Les autres planètes se sont partagées, le résidu de cette évolution gravitationnelle.
Notre Soleil est né ! rappelons que notre Soleil a capté 99,8% de la masse totale de son système. Le reste de la nébuleuse gazeuse chaude du départ, dont la composition est identique à celle du Soleil, continue à perdre de la chaleur. Il arrive un moment où elle atteint la température à laquelle certains composés chimiques ne sont plus stables à l'état gazeux.

Ces composés vont donc se condenser, non pas en liquides mais en solides, car la pression est très faible.
La nébuleuse se charge donc de grains solides, de poussières que l'on appelle des condensats Grains solides de composés chimiques et minéralogiques condensés nais dans les nébuleuses, à la suite de se que l'on appelle: la séquence de condensation. Les premiers composés qui se condensent à 1300°C, sont des oxydes riches en titane, aluminium et calcium. Vers 1050°C se condense massivement le fer métallique, puis vers 950°C, le premier silicate en l'occurrence le silicate de magnésium et de fer. Vers 800°C, se forment des silicates à structures plus lâches, les feldspaths et le sulfure de fer. A des températures encore plus basses se condense un silicate contenant de l'eau et à 0°C l'eau se condense en glace..
Ce sont ces grains qui, en s'accumulant sous l'effet de la gravitation, vont donner naissance à des objets solides de plus en plus gros; d'abord, aux météorites, puis plus tard, aux planètes.

Image : Le Soleil a capté 99,86% de la masse totale de la poussière et du gaz de la nébuleuse originelle. Jupiter, la plus grosse planète du système, a capté 71% du restant. Les autres planètes se sont partagées le résidu de cette évolution gravitationnelle.

Image : Le système solaire appartient à une galaxie, nommée la Voie Lactée, parmi le milliard de galaxies constituant l'univers observable.