La dynamique "agitée" des anneaux miniatures du Système solaire
Publié par Redbran le 28/11/2018 à 12:00
Source: Observatoire de Paris
Récemment découverts autour de petits corps, les deux mini anneaux du Système solaire présentent une dynamique totalement originale. Décryptée dans une Lettre de Nature Astronomy en date du 19 novembre 2018, celle-ci a fait l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise,...) d'une étude 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.) menée par un astrophysicien de l'Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en complément de...) PSL, professeur à Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège dédié à...) Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux...) au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des...) - LESIA (Observatoire de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...) - PSL / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / Sorbonne Université / Université Paris Diderot).


Résultat d'une intégration numérique montrant l'évolution d'environ 700 particules orbitant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) d'un corps allongé de taille et forme similaires à Chariklo (un ellipsoïde (En mathématiques, un ellipsoïde est une surface du second degré de l'espace euclidien à trois dimensions. Il fait donc partie des quadriques, avec pour caractéristique principale de ne pas posséder de point à l'infini.) d'axes principaux 314 x 278 x 172 km). Les particules sont soumises à une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) dissipative qui simule l'effet des collisions. Après 3 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) (image du haut) la plupart des particules à l'intérieur 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.) synchrone (à 190 km du centre de Chariklo) sont tombées sur le corps. Après une année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) (image du milieu), toute la zone 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...) a été vidée, après douze ans (image du bas), les particules continuent leur migration vers les zones externes.
© Rodrigo Leiva, Dpt of Space Sudies, Southwest Research Institute, Boulder

Jusqu'en 2013, seuls étaient connus les anneaux ceinturant les planètes géantes, les plus spectaculaires d'entre eux étant bien sûr ceux de Saturne. Non sans surprise, les astronomes ont d'abord découvert des anneaux denses autour de Chariklo, un astéroïde (Un astéroïde est un objet céleste dont les dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres et qui, à la différence d’une comète, tourne...) de type Centaure, d'environ 250 km de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi...), orbitant entre Saturne et Uranus. Bis repetita en 2017: cette fois autour de Haumea, une planète naine (En astronomie, une planète naine est un type d'objet céleste du système solaire, intermédiaire entre une planète et un petit corps.), actuellement située à plus de 50 unités astronomiques du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) et connue pour être l'un des plus gros objets transneptuniens, avec une forme de cigare dont le grand-axe fait environ 2 300 km.

Au-delà de leur curiosité scientifique, ces anneaux offrent aux astronomes un terrain d'étude 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 d'informations qu'il...) inédit pour explorer plus finement les lois de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) céleste à l'œuvre dans le Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui...). Dirigée par Bruno Sicardy, découvreur des deux mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) anneaux, l'équipe scientifique a donc mené une étude théorique. Ses conclusions montrent de grandes différences avec ce que l'on connaît déjà des planètes géantes caractérisées par une morphologie très régulière.

Les irrégularités de ces petits corps – par exemple, une topographie particulière modelée de cratères ou de montagnes, ou une forme extrêmement allongée à l'instar de Haumea - jouent un rôle important sur l'évolution de leurs anneaux. Ces déformations créent une forte interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) entre le corps céleste et ses anneaux, via des phénomènes dits de "résonances". Le 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.) est ainsi le terrain d'un processus de migration des particules.

La migration s'opère avec différents scénarios, selon la position des particules: à l'intérieur ou à l'extérieur de l'orbite synchrone de l'objet. L'étude montre ainsi que sur Chariklo par exemple, une montagne (Une montagne est une structure topographique significative en relief positif, située à la surface d'astres de type tellurique (planète tellurique, satellites...) d'à peine 5 km d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition de la vie...) peut causer la chute des particules sur le corps si celles-ci se trouvent initialement à l'intérieur de l'orbite synchrone ; au contraire, elle les repousse vers les zones externes, si elles sont à l'extérieur de cette orbite. [1]

Surprenant également: ce processus intervient sur le million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui...) d'années, c'est-à-dire sur des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) très courtes, comparées à l'âge du Système solaire, environ 4 500 millions d'années. Si l'on prend en compte les formes allongées de Haumea ou de Chariklo, ces échelles de temps sont encore plus courtes: quelques années seulement, un "instantané" aux échelles de temps cosmiques.

"Ce mécanisme, tel que l'étude le met en évidence, ouvre un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'hypothèses nouvelles pour comprendre d'autres situations dans le Système solaire" souligne Bruno Sicardy, premier auteur de l'article. Transposé, il pourrait par exemple aider à expliquer la formation de satellites autour des petits corps. Ainsi un astéroïde ou un objet transneptunien (En astronomie, on désigne par objet transneptunien tout objet du système solaire dont l'orbite est entièrement ou pour la majeure partie au-delà de celle de la planète Neptune. La ceinture de Kuiper et le nuage d'Oort sont...), après avoir subi un impact, pourrait avoir eu son disque initial repoussé au-delà d'une zone (baptisée "limite de roche (La limite de Roche est la distance théorique en dessous de laquelle un satellite commencerait à se disloquer sous l'action des forces de marée causées par le corps céleste autour duquel il orbite, ces forces dépassant la cohésion interne...)") où les effets de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet...) exercées par le corps, devenant suffisamment faibles, rendent possible l'agglomération (Une agglomération est un ensemble urbain qui repose sur la continuité du bâti. L'agglomération correspond à la ville sur le plan physique. Une agglomération est définie comme une ville-centre (au...) du disque sous forme de satellites. D'autres applications sont possibles: comprendre la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de montagnes qui ceinture l'équateur de Japet – un satellite (Satellite peut faire référence à :) de Saturne –. Elle pourrait être due à la chute d'un ancien anneau qui se serait accumulé sur ce corps.

En tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) état de cause, les chercheurs disposent désormais d'un nouvel environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni,...) par la nature, et très différent des planètes géantes, pour mieux comprendre l'évolution des anneaux en général.

Référence publication:

Ce travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) a fait l'objet d'un article intitulé intitulé " Ring dynamics around non-axisymmetric bodies with applications to Chariklo and Haumea", par B. Sicardy et.al., le 19 novembre 2018 dans la Lettre Nature Astronomy.

Ces résultats ont été obtenus en partie grâce au financement par le Conseil européen de la recherche du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) 'Lucky Star', dirigé par Bruno Sicardy (ERC Advanced Grant n°669416). Ils sont le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La paroi de l'ovaire forme le...) d'une collaboration internationale comprenant quatre chercheurs français: B. Sicardy (Professeur Sorbonne Université, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de...) à l'Observatoire de Paris – PSL), S. Renner (Maître de Conférences Lille-I, chercheur associé à l'Observatoire de Prais - PSL), F. Roques (astronome de l'Observatoire de Paris – PSL), J. Desmars (post-doc Lucky Star, Observatoire de Paris – PSL), ainsi que trois chercheurs étrangers: R. Leiva, M. El Moutamid et P. Santos-Sanz

Note:
[1] Cette orbite - appelée géostationnaire dans le cas de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...) - correspond au fait que la particule tourne autour du corps dans le même temps que ce dernier effectue une rotation sur lui-même.
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