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Que se passerait-il si la Terre était remplacée par une Terre géante ?

Plus nous en apprenons sur les systèmes planétaires en orbite autour d’autres étoiles de la galaxie, plus nous réalisons à quel point notre propre système solaire peut être étrange.

La plupart des systèmes d’exoplanètes ont des structures très différentes des nôtres.

Le système Kepler-11, par exemple, est très compact, avec six planètes entassées sur une orbite équivalente à celle de Vénus.

Vue d’artiste du système Kepler-11 Crédit : NASA/Tim Pyle

D’autres systèmes contiennent des mondes avec des orbites hautement elliptiques – comme HD 20782 b – ce qui indique des effets antérieurs importants des interactions gravitationnelles entre les planètes.

L’un des types d’exoplanètes les plus courants qui apparaissent dans nos recherches astronomiques n’existe pas du tout dans le système solaire : les super-Terres.

Les planètes géantes de la Terre ont une masse plusieurs fois supérieure à celle de la Terre mais bien inférieure à celle des géantes de glace comme Uranus et Neptune.

Stephen Kane, au Département des sciences de la Terre et des planètes Université de Californie, Riversideétait curieux de voir à quel point notre système solaire aurait été différent s’il s’était formé avec la super-Terre.

Il a créé une série de modèles informatiques du système solaire dans sa configuration actuelle, déposant dans chacun une super-Terre différente entre les orbites de Mars et de Jupiter pour voir ce qui se passerait.

La masse hypothétique de la super-Terre variait entre une et 10 fois celle de la Terre, et avec des distances orbitales initiales comprises entre 2 UA et 4 UA.

Au total, il a simulé des milliers de ces systèmes solaires modifiés et a permis à chacun de fonctionner à l’intérieur d’un ordinateur pendant l’équivalent de 10 millions d’années.

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Un concept d'artiste montrant comment l'exoplanète 55 Cancri e se compare à la Terre.  55 Cancri e a une masse de 7,8 fois et un rayon d'un peu plus de deux fois celui de notre planète, ce qui en fait

Un concept d’artiste montrant comment l’exoplanète 55 Cancri e se compare à la Terre. 55 Cancri e a une masse de 7,8 fois et un rayon d’un peu plus de deux fois celui de notre planète, ce qui en fait une « super-Terre ». Crédit : NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

Kane a découvert que les planètes intérieures rocheuses étaient particulièrement sensibles aux perturbations gravitationnelles de la supernova terrestre.

Par exemple, avec l’introduction de la Terre géante de 7 masses terrestres à 2 UA, les orbites des planètes telluriques deviennent rapidement instables.

À 2 UA, la super-Terre ajoutée et Mars connaissent une résonance de 2:3.

Cela signifie que toutes les deux orbites de la super-Terre, Mars effectue trois orbites à elle seule, recevant ainsi une attraction gravitationnelle uniforme.

L’orbite de Mars devient de plus en plus elliptique à mesure que la planète prend de l’élan et est rapidement éjectée complètement du système solaire.

L’orbite de plus en plus instable de Mars affecte à la fois Vénus et la Terre, qui à son tour chasse Mercure.

Alors que Vénus s’éloigne du soleil et que la Terre se précipite vers l’intérieur, les deux ont des rencontres rapprochées cataclysmiques.

Illustration des planètes du système solaire.  Crédit : Steve Allen/Getty Images

Illustration des planètes du système solaire. Crédit : Steve Allen/Getty Images

Alternativement, si la Terre géante à sept masses terrestres était placée à 3,8 UA, elle connaîtrait une résonance orbitale avec Jupiter et Saturne, les poussant sur des orbites légèrement plus elliptiques.

Dans ce cas, la super-Terre elle-même est éliminée du système solaire, mais pas avant de briser la stabilité du système interne et de provoquer une orbite chaotique de Neptune qui éjecte Uranus.

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En général, Kane a constaté que le système solaire est largement préservé si les Terres géantes existent dans une gamme étroite d’orbites autour de 3 unités astronomiques.

Mais pour la plupart des cas qu’il a étudiés, la super-Terre en orbite autour de Mars-Jupiter résonne avec une ou plusieurs des autres planètes et agit comme un boulet de démolition pour stabiliser le système solaire.

J’ai adoré cet article pour sa perspective délicieuse sur la construction d’un jeu de systèmes d’énergie solaire et sur la façon dont ils se cassent de manière catastrophique.

Mais ce type d’étude est également très pertinent, améliorant notre compréhension des structures des systèmes d’exoplanètes et contraignant nos théories sur la façon dont ils se sont formés.

Louis Dartnell lisait Conséquences dynamiques des super-Terres dans le système solaire par Stephen R. Kane.

A lire en ligne sur : arxiv.org/abs/2302.06641.

Cet article a été initialement publié dans le numéro de juin 2023 de BBC Sky la nuit Magazine.

Delphine Perrault

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