Illustration d'artiste de deux objets massifs entrant en collision. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Ce qui ne colle pas :en utilisant l'apprentissage automatique et des simulations d'impacts géants, des chercheurs du Lunar and Planetary Laboratory ont découvert que les planètes résidant dans les systèmes solaires internes étaient probablement nées de collisions répétées avec délit de fuite, remettre en question les modèles conventionnels de formation des planètes.
La formation de la planète - le processus par lequel net, tour, des planètes distinctes se forment à partir d'un tourbillon, nuage tourbillonnant d'astéroïdes accidentés et de mini planètes - était probablement encore plus désordonné et plus compliqué que la plupart des scientifiques voudraient l'admettre, selon de nouvelles recherches menées par des chercheurs du Laboratoire lunaire et planétaire de l'Université d'Arizona.
Les résultats remettent en question la vision conventionnelle, dans lequel les collisions entre les blocs de construction plus petits les font coller ensemble et, heures supplémentaires, des collisions répétées accumulent de nouveaux matériaux sur la petite planète en pleine croissance.
Au lieu, les auteurs proposent et démontrent des preuves d'un nouveau scénario de « hit-and-run-retour », dans lequel les corps pré-planétaires ont passé une bonne partie de leur voyage à travers le système solaire intérieur à s'écraser et à ricocher les uns sur les autres, avant de se croiser à nouveau plus tard. Ayant été ralenti par leur première collision, ils seraient plus susceptibles de rester ensemble la prochaine fois. Imaginez une partie de billard, avec les boules qui s'immobilisent, au lieu de bombarder un bonhomme de neige avec des boules de neige, et vous voyez l'idée.
La recherche est publiée dans deux rapports parus dans le numéro du 23 septembre de Le Journal des sciences planétaires , avec un se concentrant sur Vénus et la Terre, et l'autre sur la lune terrestre. Au cœur des deux publications, selon l'équipe d'auteurs, qui était dirigée par le professeur de sciences planétaires et LPL Erik Asphaug, est le point largement méconnu que les impacts géants ne sont pas les fusions efficaces que les scientifiques pensaient qu'ils étaient.
"Nous constatons que la plupart des impacts géants, même relativement "lentes", sont des délits de fuite. Cela signifie que pour que deux planètes fusionnent, vous devez généralement d'abord les ralentir en cas de collision avec délit de fuite, " A déclaré Asphaug. " Pour penser à des impacts géants, par exemple la formation de la lune, en tant qu'événement singulier est probablement faux. Il est plus probable qu'il ait fallu deux collisions d'affilée."
Une implication est que Vénus et la Terre auraient eu des expériences très différentes dans leur croissance en tant que planètes, en dépit d'être des voisins immédiats dans le système solaire interne. Dans ce document, dirigé par Alexandre Emsenhuber, qui a fait ce travail pendant une bourse postdoctorale dans le laboratoire d'Asphaug et est maintenant à l'Université Ludwig Maximilian de Munich, la jeune Terre aurait servi à ralentir les corps planétaires intriqués, les rendant finalement plus susceptibles d'entrer en collision avec Vénus et de s'y tenir.
"Nous pensons que lors de la formation du système solaire, la Terre primitive a agi comme une avant-garde pour Vénus, " a déclaré Emsenhuber.
Les planètes telluriques du système solaire interne, montré à l'échelle. Selon la théorie de « l'accrétion tardive », Mars et Mercure (avant gauche et droite) sont ce qui reste d'une population originale d'embryons en collision, et Vénus et la Terre ont grandi dans une série d'impacts géants. De nouvelles recherches se concentrent sur la prépondérance des collisions avec délit de fuite dans les impacts géants, et montre que la proto-Terre aurait servi d'« avant-garde », ralentir les corps de la taille d'une planète dans les délits de fuite. Mais c'est la proto-Vénus, le plus souvent, qui les accumule finalement, ce qui signifie qu'il était plus facile pour Vénus d'acquérir des corps du système solaire extérieur. Crédit :Lsmpascal - Wikimedia commons
Le système solaire est ce que les scientifiques appellent un puits de gravité, le concept derrière une attraction populaire lors d'expositions scientifiques. Les visiteurs jettent une pièce dans un puits à gravité en forme d'entonnoir, puis regardez leur argent effectuer plusieurs orbites avant qu'il ne tombe dans le trou central. Plus une planète est proche du soleil, plus la gravitation subie par les planètes est forte. C'est pourquoi les planètes intérieures du système solaire sur lesquelles ces études se sont concentrées—Mercure, Vénus, Terre et Mars — orbitent autour du soleil plus vite que, dire, Jupiter, Saturne et Neptune. Par conséquent, plus un objet s'approche du soleil, plus il est probable qu'il y reste.
Ainsi, lorsqu'une planète intrusive heurte la Terre, il était moins susceptible de coller à la Terre, et au lieu de cela plus susceptible de se retrouver à Vénus, Asphaug a expliqué.
« La Terre agit comme un bouclier, fournir un premier arrêt contre ces planètes impactantes, " dit-il. " Plus probablement qu'improbable, une planète qui rebondit sur la Terre va frapper Vénus et fusionner avec elle."
Emsenhuber utilise l'analogie d'une balle rebondissant dans un escalier pour illustrer l'idée de ce qui entraîne l'effet d'avant-garde :un corps venant du système solaire externe est comme une balle rebondissant dans un escalier, chaque rebond représentant une collision avec un autre corps.
"Le long du chemin, la balle perd de l'énergie, et tu verras qu'il rebondira toujours en bas, jamais en haut, " dit-il. " A cause de cela, le corps ne peut plus quitter le système solaire interne. Vous ne descendez généralement que, vers Vénus, et un impacteur qui entre en collision avec Vénus est plutôt content de rester dans le système solaire interne, donc à un moment donné, il va encore frapper Vénus."
La Terre n'a pas une telle avant-garde pour ralentir ses planètes interlopes. Cela conduit à une différence entre les deux planètes de taille similaire que les théories conventionnelles ne peuvent expliquer, argumentent les auteurs.
"L'idée dominante a été que peu importe si les planètes entrent en collision et ne fusionnent pas tout de suite, parce qu'ils vont se croiser à nouveau à un moment donné et fusionner ensuite, " dit Emsenhuber. " Mais ce n'est pas ce que nous trouvons. Nous constatons qu'ils finissent plus fréquemment par faire partie de Vénus, au lieu de retourner sur Terre. Il est plus facile d'aller de la Terre à Vénus que l'inverse."
Pour suivre toutes ces orbites et collisions planétaires, et finalement leurs fusions, l'équipe a utilisé l'apprentissage automatique pour obtenir des modèles prédictifs à partir de simulations 3D d'impacts géants. L'équipe a ensuite utilisé ces données pour calculer rapidement l'évolution orbitale, y compris les collisions avec délit de fuite et fusion, pour simuler la formation des planètes terrestres au cours de 100 millions d'années. Dans le deuxième article, les auteurs proposent et démontrent leur scénario hit-and-run-retour pour la formation de la lune, reconnaître les principaux problèmes avec le modèle d'impact géant standard.
On pense que la lune est la conséquence d'un impact géant. Selon une nouvelle théorie, il y a eu deux impacts géants d'affilée, séparés d'environ 1 million d'années, impliquant une « Théia » de la taille de Mars et une proto-Terre. Dans cette image, la collision avec délit de fuite proposée est simulée en 3D, montré environ une heure après l'impact. Une vue en coupe montre les noyaux de fer. Theia (ou presque) s'échappe à peine, une collision subséquente est donc probable. Crédit :A. Emsenhuber/Université de Berne/Université de Munich
"Le modèle standard de la lune nécessite une collision très lente, relativement parlant, " Asphaug a dit, "et cela crée une lune composée principalement de la planète impactante, pas la proto-Terre, ce qui est un problème majeur puisque la Lune a une chimie isotopique presque identique à la Terre."
Dans le nouveau scénario de l'équipe, une protoplanète à peu près de la taille de Mars frappe la Terre, comme dans le modèle standard, mais c'est un peu plus rapide donc ça continue. Il revient dans environ 1 million d'années pour un impact géant qui ressemble beaucoup au modèle standard.
"Le double impact mélange bien plus les choses qu'un seul événement, " Asphaug a dit, "ce qui pourrait expliquer la similitude isotopique de la Terre et de la Lune, et aussi comment la seconde, lent, fusionner la collision se serait produite en premier lieu. "
Les chercheurs pensent que l'asymétrie résultante dans la façon dont les planètes ont été assemblées ouvre la voie à de futures études portant sur la diversité des planètes terrestres. Par exemple, on ne comprend pas comment la Terre s'est retrouvée avec un champ magnétique bien plus fort que celui de Vénus, ou pourquoi Vénus n'a pas de lune.
Leurs recherches indiquent des différences systématiques dans la dynamique et la composition, selon Asphaug.
"Dans notre vision, La Terre aurait accumulé la plupart de ses matériaux à partir de collisions frontales, ou bien plus lentes que celles vécues par Vénus, " a-t-il dit. " Des collisions avec la Terre qui étaient plus obliques et à plus grande vitesse se seraient de préférence terminées sur Vénus. "
Cela créerait un biais dans lequel, par exemple, protoplanètes du système solaire externe, à plus grande vitesse, aurait préférentiellement accrété à Vénus au lieu de la Terre. En bref, Vénus pourrait être composée d'un matériau plus difficile à obtenir pour la Terre.
"On pourrait penser que la Terre est composée davantage de matériaux du système extérieur car elle est plus proche du système solaire extérieur que Vénus. Mais en fait, avec la Terre dans ce rôle d'avant-garde, cela rend en fait plus probable que Vénus accumule du matériel du système solaire externe, " dit Asphaug.
