Modèle de Nice - Définition et Explications

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Introduction

Le modèle de Nice est un scénario décrivant la formation et l'évolution du système solaire. Il est nommé ainsi car il fut initialement développé à l'observatoire de la Côte d'Azur, à Nice en France. Il propose que les planètes géantes aient migré depuis une configuration initiale compacte vers leurs positions actuelles, longtemps après la dissipation du disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume...) protoplanétaire. En cela, ce scénario diffère des modèles plus anciens de formation du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant...). Cette migration planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) est utilisée dans les simulations dynamiques du système solaire pour expliquer les événements historiques tel que le grand bombardement tardif du système solaire interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le...), la formation du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en suspension dans l’atmosphère. L’aspect d'un nuage dépend de la lumière qu’il reçoit, de la nature, de...) de Oort, l'existence des populations de petits corps du système solaire incluant la ceinture de Kuiper (La ceinture de Kuiper (parfois appelée ceinture d'Edgeworth-Kuiper, ['kœj.pər] en néerlandais), est une zone du système solaire s'étendant au-delà de l'orbite de Neptune, entre 30 et...), les astéroïdes troyens de Jupiter et de Neptune, et le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) des objets en résonance (Lorsqu'on abandonne un système stable préalablement écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers des oscillations propres. Celles-ci se produisent à la fréquence propre du système. Si le système...) transneptunienne dominés par Neptune. Il parvient à expliquer nombre des situations observées au sein du système solaire, et à ce titre, il est aujourd'hui largement accepté comme le modèle le plus réaliste connu, pour expliquer l'évolution du système solaire. Il n'est cependant pas universellement accepté au sein des planétologues. Il ne parvient notamment pas à expliquer complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique permettant à l'utilisateur de limiter la quantité...) la formation du système de satellites (Satellite peut faire référence à :) extérieurs et la ceinture de Kuiper (voir ci-dessous).

Simulation montrant les planètes extérieures et la ceinture planétésimale : a) configuration initiale, avant que Jupiter et Saturne n'atteignent la résonance 2:1 b) Éparpillement des planétésimaux dans le système solaire interne après le changement de l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) de Neptune (bleu foncé) et d'Uranus (bleu clair). c) éjection de planétésimaux par les planètes

Description

Le cœur du modèle de Nice (Le modèle de Nice est un scénario décrivant la formation et l'évolution du système solaire. Il est nommé ainsi car il fut initialement développé à l'observatoire de la Côte d'Azur,...) est un triplet d'articles publiés dans la revue scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) généraliste Nature en 2005 par une collaboration internationale de scientifiques : Rodney Gomes (Rio de Janeiro, Brésil), Hal Levison (Boulder, Colorado), Alessandro Morbidelli (Nice, France) et Kleomenis Tsiganis (Thessaloniki, Grèce). Dans ces publications, les quatre auteurs proposent qu'après la dissipation du gaz et de la poussière du disque solaire primordial, les quatre géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) étaient, à l'origine, placées sur des orbites quasi-circulaires à des distances d'environ 5.5 à 17 unité astronomique (L’unité astronomique (symbole ua) correspond approximativement à la longueur du demi-grand axe de l’orbite terrestre. Historiquement, les mesures astronomiques se résumaient à des mesures géométriques, et ne...) (UA), donc bien plus proches et plus compactes qu'à présent. Un disque dense et large de petits planétésimaux de roches et de glaces, représentant au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". ...) environ 35 masses terrestres, s'étendait de l'orbite de la plus lointaine géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux...) jusqu'à quelques 35 UA.

Si l'on examine l'évolution de ce système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes (astéroïdes, comètes...) gravitant autour d'une...) on constate que les planétésimaux du bord intérieur du disque passent occasionnellement à proximité des géantes gazeuses, et leurs orbites en sont modifiées sous l'effet de l'assistance gravitationnelle (L'assistance gravitationnelle, dans le domaine de l'astronautique, est l'utilisation de l'effet du champ gravitationnel d'un corps céleste sur le vecteur vitesse d'un engin spatial, lorsque la trajectoire a été prévue pour en tirer profit. Le...). Les planètes intérieures se dispersent en échangeant leurs moments cinétiques avec la majorité des petits corps glacés qu'ils rencontrent, ce qui a pour conséquence d'éloigner les planètes vers l'extérieur pour préserver le moment angulaire (En physique, le moment angulaire ou moment cinétique est la grandeur physique qui joue un rôle analogue à la quantité de mouvement dans le cas des rotations. Comme le...) global du système. Ces planétésimaux se dispersent de la même façon lors de leurs rencontres successives, se déplaçant progressivement des orbites de Saturne, Uranus et Neptune vers l'extérieur. Malgré le mouvement instantané, chaque échange du moment cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) peut entraîner que, par accumulation, ces planétésimaux fassent migrer les orbites des planètes de façon significative. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que les planétésimaux interagissent directement avec la plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) et la plus intérieure des planètes géantes, Jupiter, dont l'immense gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) les envoie sur des orbites très elliptiques ou qu'il les éjectent même littéralement du système solaire. Ceci amène, en revanche, Jupiter à se déplacer légèrement vers l'intérieur.

Le faible taux de rencontre orbitale gouverne (Une gouverne est une surface mobile agissant dans l'air ou dans l'eau servant à piloter un mobile selon un de ses trois axes :) l'allure à laquelle les planétésimaux s'échappent du disque, et le taux de migration correspondant. Après plusieurs centaines de millions d'années d'une migration lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) et graduelle, Jupiter et Saturne, les deux plus importantes planètes géantes, franchissent leur résonance orbitale (Une résonance orbitale, en astronomie, a lieu lorsque deux objets orbitant autour d'un troisième ont des périodes de révolution dont le rapport est une fraction entière simple. C'est un cas particulier de résonance mécanique.) 1:2. Cette résonance accroit leurs excentricités orbitales. Cela déstabilise entièrement le système planétaire. La disposition des planètes géantes se modifie alors rapidement et considérablement. Jupiter déplace Saturne jusqu'à sa position actuelle, et cette délocalisation cause des rencontres gravitationnelles mutuelles entre Saturne et les deux géantes de glaces, qui propulsent Neptune et Uranus sur des orbites bien plus excentriques. Ces géantes glacées creusent alors des sillons dans le disque externe, dispersant des dizaines de milliers de planétésimaux depuis leurs orbites jadis stables vers le système solaire extérieur. Cette perturbation disperse quasiment entièrement le disque primordial, le dépossédant de 99 % de sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...), un scénario qui explique l'absence actuelle d'une dense population d'objets transneptuniens. Certains de ces planétésimaux sont jetés dans le système solaire interne, produisant un soudain afflux d'impacts sur les planètes telluriques : le grand bombardement tardif.

Finalement, les planètes géantes atteignent leurs orbites actuelles demi-grand axe, et les frictions dynamiques avec le reste du disque planétésimal réduisent leurs excentricités et rendent les orbites d'Uranus et de Neptune à nouveau circulaires.

Dans presque 50 % des modèles initiaux de Tsiganis et al. Neptune et Uranus échangent aussi leurs places après un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille...) d'années (20 %). Toutefois, les résultats ne correspondent qu'à une répartition homogène de la masse dans le disque protoplanétaire (Les étoiles se forment à partir d'un nuage de gaz et de poussières dont la partie centrale s'effondre sur elle-même. Puis, à l'intérieur de la nébuleuse résiduelle, la matière se condense éventuellement en un disque qui va donner naissance...), et correspondent à la masse des planètes, si l'échange a eu lieu.

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