Une nouvelle étude de Caltech montre que les impacts géants peuvent considérablement réduire la pression interne des planètes, une découverte qui pourrait changer considérablement le modèle actuel de formation planétaire.

Les impacts, comme celui qui aurait causé la formation de la lune il y a environ 4,5 milliards d'années, pourrait provoquer des fluctuations aléatoires des pressions du noyau et du manteau qui expliqueraient certaines signatures géochimiques déroutantes dans le manteau terrestre.

"Des études antérieures ont supposé à tort que la pression interne d'une planète est simplement fonction de la masse de la planète, et ainsi il augmente continuellement au fur et à mesure que la planète grandit. Ce que nous avons montré, c'est que la pression peut changer temporairement après un impact majeur, suivi d'une augmentation à plus long terme de la pression à mesure que le corps après l'impact récupère. Cette découverte a des implications majeures pour la structure chimique de la planète et son évolution ultérieure, " dit Simon Lock, chercheur postdoctoral à Caltech et auteur principal d'un article expliquant le nouveau modèle publié par Avancées scientifiques le 4 septembre.

Lock a rédigé l'article avec sa collègue Sarah Stewart (Ph.D. '02), professeur de sciences planétaires à l'Université de Californie, Davis, un boursier MacArthur 2018, et une ancienne élève de la division Caltech des sciences géologiques et planétaires.

Les systèmes planétaires commencent généralement sous la forme d'un disque de poussière qui s'accumule lentement dans des corps rocheux. La fin de l'étape principale de ce processus est caractérisée par des collisions à haute énergie entre des corps de la taille d'une planète alors qu'ils fusionnent pour former les planètes finales.

L'énergie de choc de ces impacts peut vaporiser des portions importantes d'une planète et même, comme on pense qu'il s'est produit avec l'impact qui a formé la lune, transformer temporairement les deux corps en collision en un beignet rotatif de matériau planétaire connu sous le nom de "synestia, " qui se refroidit plus tard en un ou plusieurs corps sphériques.

Lock et Stewart ont utilisé des modèles informatiques d'impacts géants et de structures planétaires pour simuler des collisions qui ont formé des corps avec des masses comprises entre 0,9 et 1,1 masse terrestre et ont découvert que, immédiatement après une collision, leurs pressions internes étaient beaucoup plus faibles que prévu. Ils ont découvert que la diminution de la pression était due à une combinaison de facteurs :la rotation rapide imposée par la collision, qui générait une force centrifuge agissant contre la gravité, essentiellement pousser le matériau loin de l'axe de rotation ; et la faible densité du chaud, corps partiellement vaporisé.

"Nous n'avons aucune observation directe de la croissance des planètes semblables à la Terre. Il s'avère que les propriétés physiques d'une planète peuvent varier énormément au cours de leur croissance par des collisions. Notre nouvelle vision de la formation des planètes est beaucoup plus variable et énergétique que les modèles précédents qui ouvre la porte à de nouvelles explications des données précédentes, " dit Stewart.

Le résultat final est que des impacts majeurs peuvent réduire considérablement la pression interne d'une planète. La pression juste après un impact comme celui qui aurait formé la lune aurait pu être la moitié de celle de la Terre actuelle.

Si vrai, la découverte pourrait aider à concilier une contradiction de longue date entre la géochimie du manteau terrestre et les modèles physiques de la formation des planètes.

Au fur et à mesure que la proto-Terre grandissait, chaque objet qui est entré en collision avec lui a livré du métal dans le manteau. Après chaque impact, le métal a absorbé de petites quantités d'autres éléments du manteau, puis s'enfonça au cœur, entraînant ces éléments avec lui. La quantité de chaque élément dissous dans le métal a été déterminée, en partie, par les pressions internes de la terre. En tant que tel, la composition chimique du manteau enregistre aujourd'hui la pression du manteau lors de la formation de la planète.

Des études sur les métaux dans le manteau terrestre aujourd'hui indiquent que ce processus d'absorption s'est produit à des pressions trouvées au milieu du manteau aujourd'hui. Cependant, les modèles d'impact géant montrent que de tels impacts font fondre la majeure partie du manteau, et donc le manteau aurait dû enregistrer une pression beaucoup plus élevée, équivalente à ce que nous voyons maintenant juste au-dessus du noyau. Cette anomalie entre l'observation géochimique et les modèles physiques est celle que les scientifiques cherchent depuis longtemps à expliquer.

En montrant que les pressions après les impacts géants étaient plus faibles qu'on ne le pensait auparavant, Lock et Stewart ont peut-être trouvé le mécanisme physique pour résoudre cette énigme.

Prochain, Lock et Stewart prévoient d'utiliser leurs résultats pour calculer comment les changements stochastiques de pression pendant la formation affectent la structure chimique des planètes. Lock dit qu'ils continueront également à étudier comment les planètes se remettent du traumatisme des impacts géants "Nous avons montré que les pressions sur les planètes peuvent augmenter considérablement à mesure qu'une planète se rétablit, mais quel effet cela a-t-il sur la solidification du manteau ou la formation de la première croûte terrestre ? C'est un tout nouveau domaine qui n'a pas encore été exploré, " il dit.

L'article s'intitule "Les impacts géants modifient de manière stochastique les pressions internes des planètes terrestres".