[RISIPHYSIQUE] Une brève histoire du système Solaire

Republication des risiphysiques

Salutations mes kheys

On nous dit à l'école de ne jamais commencer une dissertation par "depuis l'origine de l'homme et tatati et tatata..." mais ici c'est à propos : depuis son origine l'homme a observé un ciel qui n'a jamais varié autant qu'il s'en souvienne, les étoiles ont toujours été fixes et les planètes ont toujours suivi les mêmes trajectoires

Mais cela n'a probablement pas toujours été le cas et plusieurs observations actuelles nous le laisse penser et j'y reviendrai à la fin du pavé si je n'ai pas oublié d'ici-là, cas échéant libre à vous de me le rappeler pendant la séance Q&R

Au cours de ce petit pavé pas piqué des vers on va parler d'une partie de l'histoire probable de notre système solaire qui nous permettra de survoler un processus physique assez intéressant qui est la migration des planètes

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Ordres de grandeurs et autres carabistouilles

Avant toute chose faut comprendre que les processus qu'on va considérer se produise sur des centaines de milliers d'années voire millions d'années sur des échelles de longueur colossales. Le meilleur moyen pour parler de telles distances est de changer d'unité de mesure et l'unité de distance interplanétaire pertinente qu'on a trouvé est l'UA pour unité astronomique qui vaut 150 millions de kilomètres et correspond à la distance Terre-Soleil

Pour tenter de vous aider à mieux sentir je vous donne les distances de quelques planètes par rapport au Soleil dans cette unité :

• Mercure 0.4 AU

• Mars 1.5 AU

• Jupiter 5.2 AU

Jusque là j'ai normalement perdu personne

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Le modèle de Nice

Commençons par présenter d'où je tire tout ce que je vais dire et un petit disclaimer : personne n'était là pour le vérifier donc ce que je vais vous raconter n'est même pas une théorie mais plus prosaïquement un modèle, c'est-à-dire qu'il s'agit du scénario le plus probable étant donné nos connaissances et nos observations actuelles du système solaire mais il n'est pas impossible que certains détails changent dans les années à venir

Ce modèle marche cependant assez bien et date de 2005, il porte le doux nom de modèle de Nice et nous apprend que le système solaire actuel est issu d'une évolution qui a eu lieu sur 1 milliard d'années

Le scénario est assez complexe même si le processus qui y joue un rôle important est simple et c'est pourquoi pour vous mettre en confiance on va d'abord en parler

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Tout migre même les planètes paix sur les chofchof

En effet bien que nos planètes semblent être pour toujours dans une orbite stable autour de notre étoile ce n'est pas le cas sur des échelles de temps très longues car une planète n'est jamais seule avec son étoile mais aussi sensibles à l'interaction gravitationnelle dûes à d'autres corps

Si cette phrase était trop longue pas de panique on reprend

Le mouvement des planètes appris à l'école n'est vraie que pour un système à deux corps, au-delà et même à partir de trois il devient chaotique et impossible de prédire où seront les objets avec certitudes sur un temps long. Il est par exemple possible que dans quelques milliards d'années Mercure rentre en collision avec Vénus ou la Terre mais c'est une autre histoire

C'est d'autant plus vrai au début du système solaire quand il était encore composé de beaucoup de poussières et de gazs qui interagissaient avec nos planètes. Dans ce cas il est possible de montrer que selon certaines conditions ces interactions produisent un mouvement global vers l'intérieur ou l'extérieur du système, on dit que la planète migre

On est fin parés pour tout comprendre et on va pas se priver, accrochez-vous mes kheys notre point de départ est la naissance de Jupiter

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Partie I : La Grande Virée de Bord

Il est raisonnable de penser que Jupiter se soit formée vers 3-4 UA où la quantité de matière était maximale. Elle atteint sa taille relativement vite (moins d'un million d'années) et commence à migrer vers l'intérieur du système solaire. Pendant ce temps-là Saturne finit de se former à 4.5 AU et finit par migrer à son tour dans la même direction

Jupiter atteint l'orbite de Mars à 1.5 AU ce qui a pour effet de stopper sa croissance et expliquerait sa faible masse par rapport à la Terre et Vénus mais finit par se faire rattraper par Saturne et les deux planètes rentrent en résonance orbitale 3:2

Que siginifie-ce ? Cela veut dire que les deux planètes sont dans une configuration particulière pour laquelle Saturne fait exactement 3 fois le tour du Soleil quand Jupiter le fait 2 fois; ce genre de chose est évidemment pas anodin et a pour effet de créer des interactions gravitationnelles assez "cocasses" entre ces deux planètes qui est qu'elles font marche arrière

On appelle ce moment la grande virée de bord (ou Grand Tack pour les anglophones)

Ce type de résonance n'est pas un fantasme de théoricien et est assez fréquent, on l'observe dans un grand nombre de systèmes exoplanétaires et certaines lunes de Jupiter sont en résonance

Nos deux planètes commencent donc à migrer à l'extérieur du système solaire et finissent par entrainer avec elles les deux autres géantes gazeuses qui s'étaient respectivement formés à 6 et 8 AU que sont Neptune et Uranus

Un khey qui connait par coeur l'ordre des planètes est normalement assez dubitatif et commence déjà à écrire que je suis un fake qui se trompe grossièrement car Uranus est avant Neptune

C'est effectivemennt le cas aujourd'hui mais nous allons voir dans la seconde partie que c'est un événement cataclysmique en est à l'origine

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Partie II : Le Grand Bombardement Tardif

Pour l'instant nous sommes 600,000 ans après la formation de Jupiter et les étapes de la partie I sont résumées dans cette simulation

A ce moment de son histoire le système solaire n'est pas comme aujourd'hui mais dans une configuration où les 4 géantes gazeuses sont dans des orbites beaucoup plus compactes

On voit qu'un important disque de débris subsite au-delà de la dernière planète qui est alors Uranus, ce disque est au total d'environ 35 fois la masse terrestre. L'effet devient subtile mais Jupiter interagit avec ce disque de tel sorte qu'elle migre de nouveau très lentement vers le Soleil tandis que les autres, beaucoup moins massives (rappelons que Jupiter est 2.5 fois plus massives que toutes les autres planètes combinées), migrent vers l'extérieur

Ceci va être à l'origine d'une sacrée carabistouille après environ 880 millions d'années de lente dérive : Jupiter et Saturne rentrent de nouveau en résonance (2:1 cette fois, la période de Saturne est exactement le double de celle de Jupiter). Comme pour le Grand Tack ce genre de résonance entre les deux plus grosses planètes de notre beau système vient perturber tout le monde

Et à ce moment de son histoire c'est apocalyptique

Les orbites d'Uranus et Neptune sont tellement perturbées qu'elles échangent leur place et pour ce qui est du disque de débris ils sont tous ejectées un peu partout dans le système solaire et vont être à l'origine de ce qui est aujourd'hui la ceinture de Kuiper ou encore le nuage d'Oort. Mais ça c'est pour ceux qui sont ejectés vers l'extérieur, certains le sont vers l'intérieur et alors là...

Ceux-là peuvent rentrer en collision avec les planètes telluriques qui après 800 millions d'années avaient eu le temps de se former dont la Terre qui était déjà accompagnée de la Lune. Ces astéroïdes sont venus les bombardaient dans un événement hypothétique appellé le grand bombardement tardif qui aurait duré entre 20 et 200 millions d'années

Sur Terre l'activité de la croûte terrestre a fait disparaitre les traces de ces impacts mais sur la Lune on peut toujours les observer sous la forme de cratères lunaires. En envoyant des hommes sur la Lune qui ont rapporté des roches lunaires, que certains le veuillent ou non, on a pu estimer l'âge de la majorité des cratères à 3.8 milliards d'années ce qui ne devraient pas être le cas à moins qu'un événement ait destabilisé le système solaire à cette période. C'est d'ailleurs ce type d'observation qui à la base a motivé l'élaboration du modèle de Nice

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Epilogue et indices observationnelles

Après cette époque et sur les 4 milliard d'années qui suivent notre système a probablement été dans une configuration similaire à celle d'aujourd'hui

Un fait important est qu'il est possible que ce grand bombardement soit à l'origine de la majorité de l'eau présente sur Terre, par conséquent l'eau que vous buvez provient peut-être des confins du système solaire amenée par Jupiter il y a 4 milliards d'années lors de son interaction avec Saturne

Comme je l'ai dit auparavant ce modèle est aussi pertinent que nos observations le laissent supposer. Il faut cependant faire un rappel qui est qu'il ne sort pas du cul, il a été élaboré à partir des observations et est le seul modèle actuel qui permette d'en expliquer la plupart mais pas toutes non plus ça reste de la science très actuelle et l'histoire de notre système solaire a probablement encore des secrets à nous révéler

Ces grandes observations sont celles que j'ai laissé entendre au cours de ce pavé :

• Le grand bombardement tardif : Des cratères sur la Lune dont l'âge est beaucoup plus jeune que la période où le système solaire était en formation ce qui laisse entendre qu'un événement est venu le déstabiliser après coup

• Le cas Uranus/Neptune : Neptune est plus éloignée du Soleil qu'Uranus et pourtant elle est plus massive, alors qu'assez intuitivement on comprend que pour la formation d'une planète moins de matière est disponible plus on s'éloigne du centre du système. Le problème est réglé en imaginant que Neptune s'est formée plus proche du Soleil qu'Uranus avant d'être envoyé en périphérie lors d'un événement cataclysmique

D'autres choses intéressantes que ce scénario explique dont je n'ai pas parlé sont :

• Les troyennes de Jupiter : ces objets sont des corps situés aux points de Lagrange L4 et L5 de Jupiter qui sont des zones stables de son orbite; ces points sont les deux seuls points possibles pour former un triangle équilatéral avec comme autres sommets la position du Soleil et de Jupiter. Le modèle de Nice explique l'observation de plusieurs corps dans cette région qu'on appelle troyens

• Triton : ce satellite de Neptune est en révolution rétrograde autour de cette planète. C'est à dire qu'elle orbite autour dans le sens opposé à la rotation de la planète ce qui est improbable si ce satellite provient de la formation de Neptune (par conservation du moment d'inertie on est censés tournés dans le même sens) mais pourrait s'expliquer dans le cadre du modèle de Nice en imaginant que Triton ait été une planète naine comme Cérès mais capturée par Neptune lors du Grand Bombardement

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Voilà j'ai à peu près fait le tour, c'était assez long et merci d'avoir tout lu

J'espère que c'était clair et que vous retiendrez deux trois choses de l'histoire de notre système solaire, à ressortir lors de tout bon apéro