Formation planétaire : de la Terre aux exoplanète – Alessandro Morbidelli

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202508 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine des satellites irréguliers des planètes géantes et des Troyens de Jupiter et Neptune dans le modèle de NiceRésuméLa capture des satellites irréguliers des planètes géantes et des Troyens de Jupiter et de Neptune, ainsi que leurs propriétés physiques et dynamiques, ne peuvent être expliquées ni par la simple croissance en masse des planètes géantes ni par leur migration dans le disque des planétésimaux. Seule l'instabilité planétaire décrite par le modèle de Nice, avec ses rencontres proches entre planètes, rend compte de l'existence et des caractéristiques de ces populations. Avec les orbites planétaires, l'existence et les propriétés des satellites irréguliers des planètes géantes ainsi que des Troyens de Jupiter et de Neptune constituent la preuve principale de la validité du modèle de Nice.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-2025Séminaire - Sarah Joiret : Le bombardement cométaire des planètes telluriquesSarah JoiretCollège de FranceRésuméLors de l'instabilité des planètes géantes, le disque transneptunien est complètement dispersé. Une partie des objets est alors projetée vers l'intérieur du Système solaire, provoquant un intense bombardement cométaire des planètes telluriques. Les propriétés des gaz rares présents dans l'atmosphère terrestre enregistrent ce bombardement, permettant d'en contraindre l'ampleur et, en partie, la temporalité par rapport à l'histoire d'accrétion de la Terre.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202507 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine de la ceinture de Kuiper dans le modèle de NiceRésuméL'instabilité planétaire décrite par le modèle de Nice propose une dynamique de Neptune qui diffère en partie de la migration graduelle vers l'extérieur précédemment utilisée pour expliquer la structure de la ceinture de Kuiper (voir cours 4). Il est donc nécessaire de revisiter l'origine de cette structure à la lumière du modèle de Nice pour en vérifier la validité. Il en ressort que certains aspects subtils de la distribution des objets transneptuniens ne peuvent être expliqués qu'en tenant compte d'une phase d'instabilité dynamique des planètes géantes, telle que celle décrite par le modèle de Nice.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202506 - Origine et évolution du Système solaire externe : Quand l'instabilité des planètes géantes a-t-elle eu lieu ? RésuméCette question est cruciale pour comprendre pleinement l'évolution du Système solaire. Nous examinerons diverses contraintes, telles que l'évolution du bombardement des planètes telluriques, enregistrée par les cratères lunaires, la survie des objets binaires dans la ceinture de Kuiper, ainsi que différentes hypothèses dynamiques. Malheureusement, la réponse reste difficile à établir, et la question demeure ouverte, faisant de ce sujet un domaine de recherche passionnant et en constante évolution.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-2025Séminaire - Philippine Griveaud : Un modèle de Nice construit à partir d'un disque protosolaire à faible viscositéPhilippine GriveaudMax Planck, HeidelbergRésuméCe séminaire présentera une toute nouvelle version du modèle de Nice, où la chaîne résonante des planètes est construite à partir de simulations de migration planétaire dans un disque protoplanétaire à faible viscosité. Dans ce scénario, Jupiter et Saturne sont capturées en résonance 2:1, avec des excentricités plus élevées que celles associées à leur résonance 3:2. Le séminaire examinera les avantages et les inconvénients d'un modèle de Nice basé sur de telles conditions initiales.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202505 - Origine et évolution du Système solaire externe : Le(s) nouveau(x) modèle(s) de NiceRésuméLes nouvelles versions du modèle de Nice sont issues du constat que les orbites des planètes géantes devaient être en résonance mutuelle au moment de la dissipation du gaz, après la phase de migration induite par les interactions gaz-planète au sein du disque protoplanétaire. Contrairement à la première version du modèle, les conditions initiales des planètes ne sont donc pas arbitraires. Dans la version actuelle du modèle de Nice, Jupiter et Saturne sont initialement en résonance 3:2 (leur rapport de périodes orbitales est égal à 1,5), tandis qu'Uranus et Neptune peuvent se trouver dans différentes résonances (2:1, 3:2, 4:3, etc.). L'existence d'une cinquième planète de masse comparable à celle de Neptune est parfois également postulée. La rupture de cette chaîne résonante, provoquée par les interactions avec les planétésimaux, déclenche la phase d'instabilité dynamique des planètes. Les orbites actuelles des planètes peuvent être reproduites dans une fraction significative des simulations.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202504 - Origine et évolution du Système solaire externe : Origine et évolution du Système solaire externeRésuméLa structure complexe de la ceinture de Kuiper suggère que le disque primordial des planétésimaux a été sculpté par des changements orbitaux irréversibles des planètes géantes. En effet, une fois le gaz du disque dissipé, les planètes doivent modifier leurs orbites tout en dispersant les planétésimaux de leurs voisinages. La migration de Neptune vers l'extérieur au cours de ce processus explique la formation des populations résonnante, chaude, du disque dispersé, ainsi que sa composante fossilisée. Cependant, dans ce scénario simplifié, les orbites planétaires restent trop circulaires et coplanaires. Le modèle de Nice est né de la quête d'un mécanisme capable d'augmenter les excentricités et les inclinaisons des orbites planétaires. Toujours fondé sur la migration induite par l'interaction avec les planétésimaux, la première version de ce modèle postule la traversée de la résonance 2:1 entre Jupiter et Saturne (qui se produit lorsque le rapport des périodes orbitales de ces deux planètes est égal à 2), déclenchant ainsi une instabilité dynamique du système planétaire.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-2025Séminaire - Raphael Marschall : Les Troyens de Jupiter et la mission LUCY en route pour les explorerRaphael MarschallCNRS, Observatoire de la Côte d'Azur et membre du comité scientifique de la mission LUCYRésuméCe séminaire explorera en détail les propriétés physiques des Troyens de Jupiter. Il présentera la mission LUCY de la NASA, lancée en 2021, qui rencontrera cinq objets troyens entre 2027 et 2033. Nous aborderons également la découverte passionnante réalisée en 2023, lors de la phase de transfert, d'un astéroïde binaire dont le satellite est lui-même un binaire à contact.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202503 - Origine et évolution du Système solaire externe : Les planètes géantes, leurs satellites et les objets TroyensRésuméAprès une brève présentation des propriétés des planètes géantes, nous décrirons leurs populations de satellites, en mettant l'accent sur les satellites dits « irréguliers » en raison de leurs orbites excentriques et inclinées, probablement capturés depuis le disque protoplanétaire. Nous examinerons également les propriétés dynamiques des Troyens, des objets partageant les orbites de Jupiter ou de Neptune et oscillant autour des points d'équilibre découverts par J.-L. Lagrange.

Alessandro MorbidelliFormation planétaire : de la Terre aux exoplanètesCollège de FranceAnnée 2024-202502 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine des comètes et la fantomatique Planète IXRésuméLes comètes sont classées en deux grandes familles en fonction de leurs propriétés orbitales : les comètes de la famille de Jupiter et les comètes à distribution isotrope. Les premières proviennent de la ceinture de Kuiper, plus précisément de sa sous-composante appelée le disque dispersé. Les secondes proviennent d'un réservoir situé aux confins du Système solaire, le nuage d'Oort. Les mécanismes qui transportent les comètes depuis leurs sources jusqu'au Système solaire interne seront détaillés, ainsi que l'origine de ces deux réservoirs. Nous aborderons également le débat scientifique autour de l'éventuelle existence d'une neuvième planète dans le Système solaire.