Formation planétaire : de la Terre aux exoplanète - Alessandro Morbidelli

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

Séminaire - Philippine Griveaud : Un modèle de Nice construit à partir d'un disque protosolaire à faible viscosité

Philippine Griveaud

Max Planck, Heidelberg

Résumé

Ce 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 Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

05 - Origine et évolution du Système solaire externe : Le(s) nouveau(x) modèle(s) de Nice

Résumé

Les 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 Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

04 - Origine et évolution du Système solaire externe : Origine et évolution du Système solaire externe

Résumé

La 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 Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

Séminaire - Raphael Marschall : Les Troyens de Jupiter et la mission LUCY en route pour les explorer

Raphael Marschall

CNRS, Observatoire de la Côte d'Azur et membre du comité scientifique de la mission LUCY

Résumé

Ce 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 Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

03 - Origine et évolution du Système solaire externe : Les planètes géantes, leurs satellites et les objets Troyens

Résumé

Après 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 Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

02 - Origine et évolution du Système solaire externe : L'origine des comètes et la fantomatique Planète IX

Résumé

Les 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.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2024-2025

01 - Origine et évolution du Système solaire externe : La ceinture de Kuiper

Résumé

La ceinture de Kuiper est un ensemble de petits corps en orbite autour du Soleil au-delà de Neptune, incluant Pluton. La structure de cette ceinture est très complexe, et comporte plusieurs sous-populations, dites froide, chaude, résonnante, dispersée et fossilisée, qui seront examinées en détail dans ce cours. Cette ceinture témoigne du passé complexe de l'évolution du Système solaire.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

06 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : Les interactions dynamiques

Résumé

Étant donné que le processus de formation planétaire tend à produire plusieurs planètes, il est essentiel de prendre en compte les interactions entre celles-ci. La migration conduit à la formation de chaînes de résonance, parfois observées dans des systèmes exoplanétaires. Cependant, à long terme, une fois que le disque de gaz a disparu, les systèmes planétaires peuvent devenir temporairement instables, entraînant des fusions et des éjections de planètes, jusqu'à ce qu'une nouvelle configuration plus stable soit atteinte.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

05 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La migration des planètes

Résumé

Les planètes en formation interagissent gravitationnellement avec le disque protoplanétaire, ce qui entraîne une évolution de leur orbite. L'un des phénomènes les plus remarquables est le changement du rayon orbital de la planète, un processus connu sous le nom de migration. Ce cours explorera différentes modalités de migration en fonction de la masse des planètes et des propriétés du disque. La migration planétaire explique la présence de nombreuses planètes observées à proximité de leur étoile.

Alessandro Morbidelli

Formation planétaire : de la Terre aux exoplanètes

Collège de France

Année 2023 - 2024

04 - Des disques aux planètes : processus fondamentaux : La formation planétaire

Résumé

Le processus de formation planétaire commence après l'apparition d'une population de planétésimaux. Les collisions entre ces planétésimaux conduisent progressivement à la formation d'objets de plus en plus massifs, que l'on nomme protoplanètes. Ces objets peuvent également accumuler des particules de poussière provenant du disque protoplanétaire. De plus, grâce à des collisions géantes, des protoplanètes peuvent fusionner pour donner naissance à des corps encore plus massifs, dont certains ont la capacité de capturer du gaz en provenance du disque. Les planètes sont le résultat final de ces processus.