Il y a environ 4,5 milliards d’années, la gravité a rassemblé un nuage de poussière et de gaz pour former notre système solaire. Bien que les scientifiques ne soient pas certains de la nature exacte du processus, les observations de jeunes systèmes stellaires combinées à des simulations informatiques leur ont permis de développer trois modèles de ce qui aurait pu se produire il y a tant d’années.
naissance du soleil
Une concentration massive de gaz et de poussière interstellaires a créé un nuage moléculaire qui formerait le lieu de naissance du soleil., Les températures froides ont provoqué l’agglutination du gaz, devenant de plus en plus dense. Les parties les plus denses du nuage ont commencé à s’effondrer sous sa propre gravité, formant une multitude de jeunes objets stellaires connus sous le nom de protostars. La gravité a continué à effondrer le matériau sur l’objet nourrisson, créant une étoile et un disque de matériau à partir duquel les planètes se formeraient. Lorsque fusion a débuté, l’étoile a commencé à souffler un vent stellaire qui a aidé à dégager les débris et l’a empêché de tomber vers l’intérieur.,
bien que le gaz et la poussière enveloppent les jeunes étoiles dans les longueurs d’onde visibles, les télescopes infrarouges ont sondé de nombreux nuages de la Voie Lactée pour révéler l’environnement natal d’autres étoiles. Les scientifiques ont appliqué ce qu’ils ont vu dans d’autres systèmes à notre propre étoile.
Après la formation du soleil, un Disque massif de matière l’a entouré pendant environ 100 millions d’années. Cela peut sembler plus que suffisant pour que les planètes se forment, mais en termes astronomiques, c’est un clin d’œil., Alors que le soleil nouveau-né chauffait le disque, le gaz s’évaporait rapidement, ne laissant aux planètes et aux lunes nouveau-nées que peu de temps pour le ramasser.
modèles de Formation
Les scientifiques ont développé trois modèles différents pour expliquer comment les planètes dans et hors du système solaire peuvent s’être formées. Le premier et le plus largement accepté modèle, core accrétion, fonctionne bien avec la formation des planètes terrestres rocheuses, mais a des problèmes avec les planètes géantes. La seconde, l’accrétion de cailloux, pourrait permettre aux planètes de se former rapidement à partir des matériaux les plus minuscules., La troisième, la méthode d’instabilité du disque, peut expliquer la création de planètes géantes.
Le cœur d’accrétion modèle
Environ 4,6 milliards d’années, le système solaire était un nuage de poussière et de gaz connu comme une nébuleuse solaire. La gravité a effondré le matériau sur lui-même alors qu’il commençait à tourner, formant le soleil au centre de la nébuleuse.
avec le lever du Soleil, le matériel restant a commencé à s’agglutiner. Les petites particules se sont rapprochées, liées par la force de gravité, en particules plus grosses., Le vent solaire a emporté des éléments plus légers, tels que l’hydrogène et l’hélium, des régions les plus proches, ne laissant que des matériaux lourds et rocheux pour créer des mondes terrestres. Mais plus loin, les vents solaires ont eu moins d’impact sur les éléments plus légers, ce qui leur a permis de fusionner en géantes gazeuses. De cette façon, des astéroïdes, des comètes, des planètes et des lunes ont été créés.
certaines observations d’exoplanètes semblent confirmer l’accrétion du noyau comme processus de formation dominant., Les étoiles avec plus de » métaux » — un terme que les astronomes utilisent pour des éléments autres que l’hydrogène et l’hélium — dans leurs noyaux ont plus de planètes géantes que leurs cousines pauvres en métaux. Selon la NASA, l’accrétion du noyau suggère que les petits mondes rocheux devraient être plus communs que les géants gazeux plus massifs.
la découverte en 2005 d’une planète géante avec un noyau massif en orbite autour de L’étoile de type solaire HD 149026 est un exemple d’exoplanète qui a contribué à renforcer les arguments en faveur de l’accrétion du noyau.,
« ceci est une confirmation de la théorie de l’accrétion de base pour la formation des planètes et la preuve que les planètes de ce type devraient exister en abondance », a déclaré Greg Henry dans un communiqué de presse. Henry, un astronome à L’Université D’État du Tennessee, Nashville, a détecté la gradation de l’étoile.
en 2017, L’Agence spatiale européenne prévoit de lancer le satellite de caractérisation des exoplanètes (CHEOPS), qui étudiera des exoplanètes de tailles allant des super-Terres à Neptune. L’étude de ces mondes lointains peut aider à déterminer comment les planètes du système solaire se sont formées.,
« dans le scénario d’accrétion du noyau, le noyau d’une planète doit atteindre une masse critique avant d’être capable d’accréter du gaz de manière fugace », a déclaré L’équipe de CHEOPS. « Cette masse critique dépend de nombreuses variables physiques, dont la plus importante est le taux d’accrétion des planétésimaux. »
en étudiant comment les planètes en croissance accrètent de la matière, CHEOPS fournira un aperçu de la façon dont les mondes se développent.
le modèle d’instabilité du disque
Mais la nécessité d’une formation rapide pour les planètes gazeuses géantes est l’un des problèmes d’accrétion du noyau., Selon les modèles, le processus prend plusieurs millions d’années, plus longtemps que les gaz légers étaient disponibles dans le système solaire précoce. Dans le même temps, le modèle d’accrétion du noyau est confronté à un problème de migration, car les bébés planètes sont susceptibles de se spirale vers le soleil dans un court laps de temps.
« Les planètes géantes se forment très rapidement, en quelques millions d’années », a déclaré Kevin Walsh, chercheur au Southwest Research Institute (SwRI) à Boulder, au Colorado Space.com. » cela crée une limite de temps parce que le disque de gaz autour du soleil ne dure que 4 à 5 millions d’années., »
selon une théorie relativement nouvelle, l’instabilité du disque, les amas de poussière et de gaz sont liés ensemble au début de la vie du système solaire. Au fil du temps, ces amas se compactent lentement en une planète géante. Ces planètes peuvent se former plus rapidement que leurs rivaux d’accrétion de base, parfois en aussi peu que 1 000 ans, ce qui leur permet de piéger les gaz plus légers qui disparaissent rapidement. Ils atteignent également rapidement une masse stabilisatrice de l’orbite qui les empêche de marcher vers le soleil.,
Comme les scientifiques continuent d’étudier les planètes à l’intérieur du système solaire, ainsi qu’autour d’autres étoiles, elles permettront de mieux comprendre comment les géants gazeux formé.
accrétion de galets
Le plus grand défi de l’accrétion de noyaux est de construire des géantes gazeuses massives assez rapidement pour saisir les composants les plus légers de leur atmosphère. Des recherches récentes ont permis de déterminer comment des objets plus petits et de la taille de galets fusionnaient pour construire des planètes géantes jusqu’à 1 000 fois plus rapidement que les études précédentes.,
« c’est le premier modèle que nous connaissons que vous commencez avec une structure assez simple pour la nébuleuse solaire à partir de laquelle les planètes se forment, et finissez avec le système de planètes géantes que nous voyons », a déclaré Harold Levison, auteur principal de L’étude, astronome à SwRI Space.com en 2015.
en 2012, les chercheurs Michiel Lambrechts et Anders Johansen de L’Université de Lund en Suède ont proposé que de minuscules cailloux, une fois radiés, détenaient la clé de la construction rapide de planètes géantes.,
« ils ont montré que les restes de cailloux de ce processus de formation, qui auparavant étaient considérés comme sans importance, pourraient en fait être une énorme solution au problème de la formation de la planète », a déclaré Levison.
Levison et son équipe ont construit sur cette recherche pour modéliser plus précisément comment les petits cailloux pourraient former des planètes vues dans la galaxie aujourd’hui., Alors que les simulations précédentes, les objets de grande et moyenne taille consommaient leurs cousins de la taille des cailloux à un rythme relativement constant, les simulations de Levison suggèrent que les objets plus gros agissaient davantage comme des intimidateurs, arrachant des cailloux aux masses de taille moyenne pour croître à un rythme beaucoup plus rapide.
« Les objets plus gros ont maintenant tendance à disperser les plus petits plus que les plus petits les dispersent, de sorte que les plus petits finissent par se disperser hors du disque de galets », a déclaré Katherine Kretke, co-auteur de L’étude, également de SwRI Space.com., « Le plus grand intimide essentiellement le plus petit afin qu’ils puissent manger tous les cailloux eux-mêmes, et ils peuvent continuer à grandir pour former les noyaux des planètes géantes. »
un joli modèle
à l’origine, les scientifiques pensaient que les planètes se formaient dans la même partie du système solaire dans laquelle elles résident aujourd’hui. La découverte d’exoplanètes a bouleversé les choses, révélant qu’au moins certains des objets les plus massifs pourraient migrer.,
en 2005, un trio d’articles publiés dans la revue Nature a proposé que les planètes géantes étaient liées sur des orbites quasi circulaires beaucoup plus compactes qu’elles ne le sont aujourd’hui. Un grand disque de roches et de glaces les entourait, s’étendant jusqu’à environ 35 fois la distance Terre-Soleil, juste au-delà de L’orbite actuelle de Neptune. Ils ont appelé cela le beau modèle, d’après la ville en France où ils en ont discuté pour la première fois.
alors que les planètes interagissaient avec les plus petits corps, elles dispersèrent la plupart d’entre elles vers le soleil., Le processus les a amenés à échanger de l’énergie avec les objets, envoyant Saturne, Neptune et Uranus plus loin dans le système solaire. Finalement, les petits objets ont atteint Jupiter, ce qui les a envoyés voler au bord du système solaire ou complètement hors de celui-ci.
le mouvement entre Jupiter et Saturne a conduit Uranus et Neptune sur des orbites encore plus excentriques, envoyant la paire à travers le disque restant des glaces. Une partie du matériel a été jeté vers l’intérieur, où il s’est écrasé sur les planètes terrestres au cours du bombardement lourd tardif. D’autres matériaux ont été projetés vers l’extérieur, créant la ceinture de Kuiper.,
alors qu’ils se déplaçaient lentement vers l’extérieur, Neptune et Uranus échangeaient des places. Finalement, les interactions avec les débris restants ont amené la paire à s’installer dans des chemins plus circulaires alors qu’ils atteignaient leur distance actuelle du soleil.
en cours de route, il est possible qu’une ou même deux autres planètes géantes aient été expulsées du système. L’astronome David Nesvorny de SwRI a modélisé le début du système solaire à la recherche d’indices qui pourraient mener à la compréhension de son histoire ancienne.,
« Au début, le système solaire était très différent, avec beaucoup plus de planètes, peut-être aussi massives que Neptune, se formant et se dispersant à différents endroits », a déclaré Nesvorny Space.com
cueilleurs D’eau
le système solaire n’a pas terminé son processus de formation après la formation des planètes. La terre se distingue des planètes en raison de sa teneur élevée en eau, que de nombreux scientifiques soupçonnent d’avoir contribué à l’évolution de la vie., Mais l’emplacement actuel de la planète était trop chaud pour recueillir de l’eau dans le système solaire précoce, ce qui suggère que le liquide vivifiant peut avoir été livré après sa croissance.
Mais les scientifiques ne connaissent toujours pas la source de cette eau. À l’origine, ils soupçonnaient des comètes, mais plusieurs missions, dont six qui ont volé par la comète de Halley dans les années 1980 et le plus récent satellite Rosetta de l’Agence Spatiale Européenne, ont révélé que la composition de la matière glacée de la périphérie du système solaire ne correspondait pas tout à fait à celle de la Terre.,
la ceinture d’astéroïdes constitue une autre source potentielle d’eau. Plusieurs météorites ont montré des preuves d’altération, des changements effectués au début de leur vie qui suggèrent que l’eau sous une forme ou une autre a interagi avec leur surface. Les impacts des météorites pourraient être une autre source d’eau pour la planète.
récemment, certains scientifiques ont contesté l’idée que la Terre primitive était trop chaude pour recueillir de l’eau. Ils soutiennent que, si la planète s’est formée assez rapidement, elle aurait pu recueillir l’eau nécessaire des grains glacés avant qu’ils ne s’évaporent.,
alors que la Terre tenait sur son eau, Vénus et Mars auraient probablement été exposées à l’important liquide de la même manière. La hausse des températures sur Vénus et l’évaporation de L’atmosphère sur Mars les ont empêchés de retenir leur eau, ce qui a entraîné la sécheresse des planètes que nous connaissons aujourd’hui.