Astronomie

Y a-t-il une planète ou un satellite du système solaire en train de se verrouiller en fonction des marées ?

Y a-t-il une planète ou un satellite du système solaire en train de se verrouiller en fonction des marées ?

Selon

Verrouillage des marées

L'effet se produit entre deux corps lorsque leur interaction gravitationnelle ralentit la rotation d'un corps jusqu'à ce qu'il devienne verrouillé par la marée. Sur plusieurs millions d'années, les forces d'interaction modifient leurs orbites et leurs vitesses de rotation en raison de l'échange d'énergie et de la dissipation de chaleur. Lorsqu'un des corps atteint un état où il n'y a plus de changement net de sa vitesse de rotation au cours d'une orbite complète, on dit qu'il est verrouillé en raison de la marée.

Y a-t-il une planète ou un satellite du système solaire en train de se verrouiller en fonction des marées ?


La Lune est en train de verrouiller la Terre…

Les interactions de marée entre la Lune et la croûte et les océans de la Terre ralentissent la rotation de la Terre depuis la formation de la Lune. Au cours des 4 derniers milliards d'années, la période de rotation de la Terre est passée d'environ 6 heures à environ 24. Ces interactions de marée sont également responsables du recul de la Lune par rapport à la Terre, et si on leur donne suffisamment de temps, on prévoit qu'elles entraîneront l'orbite et la rotation période du système Terre-Lune à marées réciproques se stabilisant à environ 47 jours.

Mais le soleil pourrait manquer le temps…

Combien de temps ce blocage des marées devrait-il prendre ? Ma recherche rapide de la réponse sur Google donne un certain nombre d'estimations différentes, de 7,5 à 50 milliards d'années.

Selon Wikipédia : Verrouillage des marées :

On ne s'attend pas à ce que la Terre soit verrouillée par la marée sur la Lune avant que le Soleil ne devienne une géante rouge et engloutisse la Terre et la Lune.


Satellite naturel

UNE satellite naturel, ou alors lune, est, dans l'usage le plus courant, un corps astronomique qui orbite autour d'une planète ou d'une planète mineure (ou parfois d'un autre petit corps du système solaire).

Dans le système solaire, il existe six systèmes satellites planétaires contenant 205 satellites naturels connus. Les planètes naines répertoriées par l'IAU sont également connues pour avoir des satellites naturels : Pluton, Haumea, Makemake et Eris. [1] En septembre 2018 [mise à jour] , il y avait 334 autres planètes mineures connues pour avoir des lunes. [2]

Une planète a généralement au moins environ 10 000 fois la masse de tous les satellites naturels qui l'orbitent, avec un diamètre beaucoup plus grand en conséquence. [3] Le système Terre-Lune est l'exception unique dans le système solaire à 3 474 km (2 158 miles) de diamètre, la Lune est 0,273 fois le diamètre de la Terre. [4] Les prochains ratios les plus importants sont Neptune à 0,055, Saturne à 0,044, Jupiter à 0,038 et Uranus à 0,031. Pour la catégorie des planétoïdes, parmi les cinq connues dans le système solaire, Charon a le rapport le plus élevé, soit 0,52 le diamètre de Pluton.


Gravity Assist : Pluton avec Alan Stern

Pluton -- qui est plus petite que la Terre et la Lune -- a une glacier en forme de coeur c'est la taille du Texas et de l'Oklahoma. La fascinante Pluton a aussi ciels bleus, lunes tournantes, montagnes aussi haut que les Rocheuses, et il neige&mdashbut le la neige est rouge! Dans cet épisode de Gravity Assist, Jim Green discute avec le chercheur principal de New Horizons, Alan Stern, du Southwest Research Institute, de ce que le survol de Pluton en juillet 2015 a révélé sur ce monde mystérieux et diversifié.

Jim Green : Notre système solaire est un endroit merveilleux avec une seule étoile, notre Soleil, et tout ce qui orbite autour de lui, planètes, lunes, astéroïdes et comètes. Que savons-nous de ce magnifique système solaire que nous appelons notre maison ? Il fait partie d'un cosmos encore plus vaste avec des milliards d'autres systèmes solaires. Bonjour, je suis Jim Green, directeur des sciences planétaires à la NASA, et voici Gravity Assist.

Je suis ici avec Alan Stern, le chercheur principal de la mission New Horizons, et tout tourne autour de Pluton aujourd'hui. Quel corps incroyable qui s'est avéré être. Vous savez, il y a quelques années à peine, nous ne savions pratiquement rien de Pluton. Mais en juillet 2015, New Horizons a changé tout cela et tout changé dans nos vies en science planétaire. Ce qui m'a vraiment surpris, c'est ce que nous avons trouvé. Quelles ont été vos plus grandes surprises, Alan ?

Alain Stern: Vous savez, je pense que mes deux plus grandes surprises ont d'abord été, à quel point Pluton s'est avéré être tout à fait incroyable et combien de types différents de caractéristiques étaient à la surface et même dans l'atmosphère. Il y avait quelque chose pour tout le monde. Et la deuxième découverte étonnante était le nombre de personnes qui voulaient vraiment y participer en public et simplement faire partie de cette exploration. Nous nous attendions à ce que ce soit une grande réponse, mais c'était beaucoup plus important que nous le pensions. Et même pendant des mois - je dirais au moins un an après - il y a eu cette réaction du public totalement sans précédent que les membres de notre équipe se rendaient là où nous recevions des demandes pour des centaines de présentations publiques.

Alain Stern: Nous ne pouvions tout simplement pas accomplir tout cela.

Jim Vert: Je pense qu'une partie de cela est toujours en cours. Je veux dire, vous savez, quand j'étais au Japon la semaine dernière, je suis allée dans une école de filles et elles voulaient en savoir plus sur Pluton.

Alain Stern: Wow. C'est cool.

Jim Vert: Ça l'est vraiment. Je veux dire, vous avez raison, c'est tout simplement devenu international. Ce qui m'a vraiment choqué, en fait, c'est la caractéristique du cœur, mais aussi le contexte qui l'entoure. Dans quelques cratères, vous savez, un corps plus petit que la Lune, et pourtant il ne ressemblait en rien à notre Lune, si différente.

Alain Stern: Oh, Pluton a sa propre personnalité, et le cœur en est probablement l'une des plus grandes parties. Vous savez que nous avons nommé ce cœur Tombaugh Regio d'après le découvreur de Pluton, Clyde Tombaugh. Lorsque nous étions loin et que nous entraînions nos caméras pour la première fois sur la planète au loin, nous étions à 100 millions de kilomètres - de la Terre au Soleil - et chaque fois que cette partie de Pluton apparaissait, nous pouvions le voir caractéristique lumineuse et massive à la surface. Et au fur et à mesure qu'il se rapprochait, il a commencé à prendre cette forme de cœur, et nous avons décidé de courir avec ça et de l'appeler le cœur de Pluton. Et ça ressemble vraiment à un cœur.

Jim Vert: Il ressemble vraiment à un cœur.

Alain Stern: Mais ce que c'est, c'est un glacier massif fait de glace d'azote qui s'étend sur un million de kilomètres carrés. C'est la taille du Texas et de l'Oklahoma réunis. Et le glacier coule. Nous voyons des endroits où il y a des avalanches et où il heurte les montagnes et s'enfonce sous elles, et nous voyons où il se renverse. Et on n'y trouve pas un seul cratère, ce qui veut dire que cet immense bien immobilier est né d'hier géologiquement. C'est incroyable.

Jim Vert: Ouais, c'est vraiment incroyable. L'autre chose que j'ai vraiment aimée dans le cœur que vous avez découvert, c'est que c'est une planitia. Cela signifie que c'est une zone inférieure. Cela vous a donc conduit à des idées vraiment intéressantes sur la façon dont cela est arrivé.

Alain Stern: Oui, vous savez, toute la planitia est entourée de hautes montagnes de quatre ou cinq kilomètres de haut, aussi hautes que les Rocheuses. Et il semble qu'ils aient été soulevés par un impact gigantesque sur la surface de Pluton qui a formé un grand bassin, comme je l'ai dit, d'environ 1 million de kilomètres à l'échelle -- 1 000 kilomètres dans toutes les directions -- qui a creusé ce grand trou. Et puis ce trou est devenu un piège froid pour la neige. L'atmosphère est principalement composée d'azote, c'est donc ce qui neige le plus. Et il s'est rempli avec le temps, tout comme vous rempliriez une baignoire. Mais nos modèles mathématiques montrent qu'au fur et à mesure que Pluton fait le tour de son orbite, puis comme il a ces cycles saisonniers plus longs, la quantité d'azote dans le bassin peut en fait aller et venir des milliers de fois sur des milliards d'années où ceci, si vous volonté, le niveau de la mer de l'azote - bien sûr, il est gelé - mais le niveau de la mer peut monter et descendre de milliers de pieds.

Jim Vert: Eh bien, est-ce dû à son interaction avec l'atmosphère ?

Alain Stern: Oui. Au fur et à mesure que la lumière du soleil, la quantité de lumière solaire sur sa surface change avec soit l'endroit où Pluton se trouve sur son orbite elliptique, soit l'inclinaison de son pôle au fil du temps, car cela varie, vous obtenez plus ou moins de chauffage dans le bassin. Et cela peut soit entraîner un flux de condensation pour le remplir, soit ce que l'on appelle la sublimation, une sorte de processus d'évaporation, qui peut le réduire.

Jim Vert: Eh bien, vous savez, la brume sur Pluton était vraiment fantastique, et elle était vraiment assez structurée. Alors ça m'a aussi épaté que, vous savez, un corps si joliment petit a une si belle atmosphère qui lui est associée. Et ce que je veux dire par petit, je veux dire que vous savez qu'elle est juste plus petite que la Lune, mais pourtant elle est tellement dynamique. Elle a presque tout ce qu'une planète a toujours voulu avoir.

Alain Stern: Oui, je pense que cela montre que les petites planètes peuvent être aussi intéressantes que les grandes planètes.

Alain Stern: Tu sais, on s'attendait à cette brume depuis des décennies. Il y avait des indices dans les données au sol, et vous regardez les conceptions des artistes de Pluton et elles montrent souvent une sorte de couche de brume basse vers la surface. Mais ce que nous avons trouvé était une structure en flèche avec des dizaines de couches qui s'étendent littéralement sur un demi-million de pieds dans le ciel de Pluton. Et quand nous avons pris des photos en couleur, il était bleu. Il n'y a donc pas beaucoup d'endroits au ciel bleu. La Terre en fait partie Pluton en est un autre. Et cela, avec la structure et toutes les fines couches de la brume, nous a vraiment pris par surprise.

Jim Vert: Je pense que la lumière bleue est rétro-éclairée, mais ce qui se passe dans l'atmosphère est une réaction chimique qui interagit avec le vent solaire, mais aussi avec la lumière UV, puis des molécules de carbone complexes se rassemblent et créent ce qu'on appelle le tholins. C'est donc ma compréhension de ce qui se passe, et ceux-ci sont rouges.

Alain Stern : Ouais, c'est parfait. Et c'est probablement ce qui s'envase à la surface de Pluton et rend la surface rouge. La raison pour laquelle l'atmosphère -- vous savez, l'atmosphère de la Terre est bleue, mais l'air n'est pas bleu. C'est que les propriétés de diffusion des molécules créent une couleur bleue grâce à un processus appelé diffusion Rayleigh que Lord Rayleigh a découvert il y a près de 200 ans en tant que premier scientifique et physicien de l'atmosphère. Et Pluton --

Jim Vert: Oui, il laisse passer le rouge, mais le bleu obtient -- les longueurs d'onde bleues sont dispersées.

Alain Stern: Ils se dispersent beaucoup plus efficacement.

Alain Stern: Et donc le rouge passe à travers, et le bleu est ce qui se disperse. C'est ce qui peint la couleur de l'atmosphère, si vous voulez, même si l'air lui-même est incolore, les molécules elles-mêmes. Et la même chose est vraie dans un plan d'eau. Le même genre de processus rend l'océan bleu ou une piscine bleue. Dans le cas de Pluton, c'est différent. Ce sont les fines particules en suspension qui, même si elles sont rouges, la façon dont elles interagissent avec la lumière du soleil à travers un processus différent découvert par un autre physicien appelé diffusion Mie, génère la couleur bleue. Et comme vous le dites, il s'agit principalement d'un effet de diffusion vers l'avant, vous le voyez donc de l'autre côté de Pluton en regardant en arrière lorsque la lumière du soleil filtre à travers l'atmosphère. Mais si vous étiez un astronaute et que vous y étiez, il apparaîtrait littéralement en bleu, tout comme l'atmosphère terrestre.

Jim Vert: Ce que j'aime beaucoup aussi, c'est l'analogie de se tenir à certains endroits sur Pluton et il neige rouge.

Alain Stern: C'est de la neige rouge.

Jim Vert: Neige rouge, wow.

Alain Stern: Ouais, c'est une planète de science-fiction pour toi.

Jim Vert: Ouais, c'est vraiment. Ouais, c'est fantastique. Vous pensiez donc à aller sur Pluton depuis un bon moment et vous étiez, je dois l'admettre, la force motrice qui a vraiment fait que cela se produise.

Alain Stern: Eh bien, beaucoup de gens ont travaillé dessus.

Jim Green : Eh bien, je sais, mais je ne sais pas que nous serons là sans toi. Je dois vous le dire tout de suite. Je suis sûr que vous dites que cela en vaut la peine. Mais cela demande un lourd tribut car il faut une énorme quantité d'énergie et une énorme quantité de concentration pour réussir.

Alain Stern: C'est le cas, et cela a coûté cher à nos familles. Je pense que pour beaucoup d'entre nous, vous savez, nous nous sommes inscrits pour des nuits et des week-ends, et de longues heures, et beaucoup de déplacements. Et pour les enfants, les partenaires, les conjoints et les parents, vous savez, vous êtes souvent absent. Mais je pense que cela en valait la peine, et je l'échangerais. Je le referais dans une minute. Je pense que nous avons vraiment fait quelque chose de bien pour la science, et nous avons fait quelque chose de bien pour l'exploration, et nous avons inspiré beaucoup de gens. Et vous ne pouvez pas en être fier.

Jim Vert: Ouais, eh bien, vous avez fait quelque chose pour la nation et la NASA. C'est sûr. C'est tellement excitant. Vous savez, il y a maintenant, je crois, une réflexion qui se terminera dans la prochaine décennie. Vous savez, nous avons nos décades qui sortent de l'Académie nationale (des sciences) en termes de quelles sont les prochaines étapes où une certaine réflexion doit être faite sur le retour à Pluton et Charon. Que pensez-vous de cela ? Comment pouvons-nous éventuellement retirer cela?

Alain Stern: Eh bien, je pense que nous savons comment le faire d'un point de vue technologique, et il y a des études en cours là où je travaille au Southwest Research Institute qui sont financées par des fonds de recherche internes pour avoir une longueur d'avance là-dessus, au Goddard Space Flight Center , au NIAC et à d'autres endroits. Le NIAC fait des études. Et il est clair que nous avons la technologie pour placer un orbiteur autour de Pluton et même pour l'y faire voler aussi vite ou peut-être même plus rapidement avec le SLS (Space Launch System) que vous ne pourriez le faire avec New Horizons.

Et la chose intéressante est que nous avons appris de ces études que le gros satellite, Charon, peut jouer le même rôle à Pluton que Titan a fait pour Cassini. C'est votre bateau à moteur qui vous permet de faire le tour du système par gravité pour que vous puissiez visiter tous les petits satellites et sortir dans la queue, la queue plasma, et plonger dans l'atmosphère avec un spectromètre de masse et faire toutes ces choses virtuellement gratuitement en termes de carburant car Charon vous offre une assistance par gravité, après une assistance par gravité, après une assistance par gravité.

Eh bien, j'aime déjà beaucoup ce concept. Je peux te dire ça. Mais Charon est aussi assez spectaculaire. Vous savez, il est très différent de Pluton en termes de couleur et de fonctionnalités. Qu'avez-vous pensé de ça quand vous l'avez vu ?

Alain Stern: Eh bien, nous savions que les deux seraient différents. D'après toutes les données au sol, nous avons pu voir que Pluton avait plus de personnalité, si vous voulez, qu'elle avait des couleurs plus vives et une surface plus réfléchissante et des zones lumineuses et sombres beaucoup plus variées lorsqu'elle tournait. Mais Charon a sa propre personnalité, et il a des caractéristiques vraiment uniques que nous ne voyons nulle part ailleurs dans le système solaire. Ce vaste canyon à travers l'équateur qui s'étend sur plus de 1 000 milles est probablement le résultat du gel d'un océan intérieur tôt après sa formation alors qu'il passait d'un liquide intérieur chaud à un intérieur solide et refroidi. Et il a obtenu cette énorme calotte polaire de science-fiction, qui est cette grosse calotte polaire rouge, comme quelque chose que quelqu'un imaginerait, pas qui se produirait réellement. Et il s'avère que la calotte polaire est faite d'éléments provenant de Pluton qui s'écoulent dans l'espace entre eux et collent à la surface de Charon aux pôles où il fait le plus froid, et virent au rouge pour la même raison que les tholins à la surface de Pluton sont rouges. Donc Charon&rsquos a aussi beaucoup à nous apprendre.

Jim Vert: En plus de Charon, Pluton a eu d'autres lunes spectaculaires, et elles tournent, et elles ne sont pas toutes bloquées par les marées, ce qui était également une surprise. De quoi s'agit-il ?

Alain Stern: Eh bien, si je le savais, je sortirais et écrirais un article. Nous comprenons donc en quelque sorte le problème. Vous savez que la première chose est, vous savez, d'abord vous devez admettre qu'il y a un problème, et ensuite vous pouvez commencer à y faire face. Et, vraiment, nous nous attendions à ce que les petits satellites tournent en rotation et se comportent comme les satellites normaux d'une planète géante, mais cela ressemble au binaire Pluton-Charon, étant un binaire et étant si inhabituel en ce qu'il a un champ gravitationnel grumeleux parce que vous a obtenu deux masses là-bas, crée ces coups et bosses alors que les petits satellites orbitent qui continuent à travailler contre les forces de marée qui ralentiraient leurs périodes de rotation. Au lieu de cela, cela les excite. Ça leur donne des coups de pied. Et vous avez -- prenez Hydra. Hydra est le plus éloigné, et il culbute près de 100 fois pour chaque fois qu'il tourne autour de Pluton une fois sur son orbite. C'est comme un ballon de football. Il ne fait que culbuter et culbuter et culbuter toutes les 10 heures.

Jim Vert: Quand j'ai vu pour la première fois que j'ai bien pensé, cela a dû être une sorte d'impact récent qui a fait ça et ça n'a pas vraiment ralenti. Mais alors, quand beaucoup d'autres lunes n'ont pas également montré cette position de verrouillage de la marée, alors vous avez raison, quelque chose d'autre doit expliquer cela.

Alain Stern: Ouais, et beaucoup de gens ont pensé ce que tu viens de dire, que ça doit être la preuve d'un impact récent, et pourtant, comme tu le dis, parce que tous les quatre le font c'est trop improbable. Mais aussi certaines personnes pensaient que le système venait peut-être de se former. Mais lorsque nos compteurs de cratères ont fait le travail pour déterminer les âges de surface - parce que plus il y avait de cratères, plus ils étaient restés longtemps sous la pluie d'impacteurs - ils ont obtenu un âge de milliards d'années pour les petits satellites, tout aussi vieux que Charon. , ce qui signifie qu'ils ont tous été formés ensemble et il y a très, très longtemps. Et quelque chose d'autre se passe pour rendre ces taux de rotation inhabituels.

Jim Vert: Eh bien, l'autre partie de cela aussi, c'est qu'il ne semble pas qu'il y ait de débris qui traînent. Donc, s'il y a eu un impact récent, où sont passés tous les débris ?

Alain Stern: Exactement. Le système est propre comme un sifflet.

Alain Stern: Ouais, j'ai perdu un pari là-dessus.

Jim Vert: Eh bien, vous savez, l'une des choses que j'aime toujours faire avec mes invités est vraiment de parler de la façon dont ils sont entrés dans ce domaine, de la façon dont ils ont vraiment été enthousiasmés par ce qu'ils font et le dynamisme qu'ils ont obtenu. Alors Alan, quelle a été votre assistance gravitationnelle qui a permis que cela se produise pour vous ?

Alain Stern: Mon Dieu, il y en a probablement beaucoup, mais celui qui me vient tout de suite à l'esprit est mon père, qui n'était pas dans le domaine spatial, pas dans le domaine scientifique, il était dans les ventes et la gestion, et un jour il est rentré d'un voyage d'affaires avec son petit enregistreur vocal portable, et il a dit devinez à côté de qui j'étais assis dans cet avion, l'astronaute Apollo, Wally Schirra. Et il vous a laissé un message. Et puis mon père a joué à ça, et il y avait Wally Schirra, qui disait à peu près, &ldquoHey, Alan, je comprends que tu vis à Dallas et que tu t'intéresses à la science, et tu étudies dur et tu sais que tu peux faire tout ce que tu veux. Vous pouvez devenir astronaute comme je le suis, ou être scientifique ou ingénieur, tout ce sur quoi vous voulez travailler. Allez chercher &rsquoem. J'espère vous rencontrer un jour. & rdquo Et wow, pour un enfant de 9 ou 10 ans, un garçon qui était une assistance par gravité.

Jim Vert: Sans blague. Cela semble fantastique.

Jim Vert: Êtes-vous déjà revenu et avez-vous rencontré Wally ?

Alain Stern: Je ne l'ai jamais rencontré. J'ai rencontré un certain nombre d'astronautes d'Apollo, mais je ne sais pas si la bande fonctionne toujours, mais je sais que nous avons toujours ce petit enregistreur portable. Je laisserais mon père le jeter. Je suis sûr qu'il est dans le grenier de mes parents quelque part.

Jim Vert: New Horizons a maintenant dépassé Pluton, et il se dirige vers la ceinture de Kuiper. Quelle est la prochaine étape ?

Alain Stern: Eh bien, le secret le mieux gardé de New Horizons est que nous utilisons les télescopes à bord comme observatoire en fait dans la ceinture de Kuiper. Nous venons de réveiller le vaisseau spatial en septembre et tout au long de l'année, il a observé de petites planètes et des objets encore plus petits de la ceinture de Kuiper sur notre trajectoire. (Note de l'éditeur : le vaisseau spatial est maintenant revenu en hibernation jusqu'au 4 juin 2018.) Et puis à la fin de 2018, nous allons – nous nous dirigeons vers notre prochain survol à un milliard de kilomètres au-delà de Pluton de l'un des éléments constitutifs de ces planètes comme Pluton. C'est un objet qui n'a pas encore de nom, juste une plaque d'immatriculation, 2014 MU69. Mais c'est probablement la relique la plus vierge de la formation du système solaire jamais explorée. Il a été dans ce congélateur à -400 degrés pendant 4 milliards d'années, et nous n'avons jamais été à quelque chose comme ça auparavant. Nous ne savons pas trop à quoi nous attendre. C'est un peu comme Pluton à cet égard. Je suis sûr que nous allons voir quelques surprises. Et tout se passe pendant les vacances en 2018. Vous pouvez donc passer votre Noël dans la ceinture de Kuiper et votre réveillon du Nouvel An avec la NASA. Le survol est en fait le réveillon du Nouvel An et le jour du Nouvel An en 2019. Et New Horizons est dans une forme spectaculairement saine et prêt à remonter sur le ring pour le prochain tour.

Jim Vert: Je sais où je suis pendant cette période. C'est bien sûr. Eh bien, ça a été un plaisir de discuter avec vous, mais je dois vous dire que nous allons vous revoir. Notre prochain podcast, nous voulons parler de la ceinture de Kuiper, allant bien au-delà de Pluton et dans le système solaire de plus en plus profondément.

Rejoignez-nous la prochaine fois alors que nous poursuivons notre visite virtuelle du système solaire. I&rsquom Jim Green, et voici votre Gravity Assist.

et sur Twitter : @NASANewHorizons et @NewHorizons2015

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Et assurez-vous d'écouter ces podcasts de la NASA :&ldquoHouston : Nous avons un podcast&rdquo du Johnson Space Center, Houston, et&ldquoNASA dans la Silicon Valley&rdquo du Centre de recherche Ames à Moffett Field, en Californie.


Faire entrer de l'eau dans le système solaire interne

L'approvisionnement en eau du système solaire interne est crucial pour le développement de la vie, car des mondes comme le nôtre doivent s'être formés à sec, bien à l'intérieur de la "ligne de neige". et bien que beaucoup d'attention ait été accordée aux comètes, nous en avons appris davantage sur les astéroïdes en tant que deuxième option de livraison, car les mesures isotopiques ont montré que l'eau de la Terre a des similitudes avec l'eau liée aux astéroïdes carbonés.

En se concentrant sur la livraison d'astéroïdes, Pete Schultz (Brown University) et son collègue Terik Daly, chercheur postdoctoral à l'Université Johns Hopkins, ont confronté les problèmes soulevés par les premiers impacts du système dans une série d'expériences. Les résultats apparaissent dans le journal Avancées scientifiques. Dit Schultz :

« Les modèles d'impact nous indiquent que les impacteurs devraient se dévolatiliser complètement à de nombreuses vitesses d'impact courantes dans le système solaire, ce qui signifie que toute l'eau qu'ils contiennent s'évapore sous la chaleur de l'impact. Mais la nature a tendance à être plus intéressante que nos modèles, c'est pourquoi nous devons faire des expériences.

Daly et Schultz ont trouvé l'équipement dont ils avaient besoin pour étudier la livraison volatile au Vertical Gun Range de la NASA Ames. Leur méthodologie consistait à tirer des projectiles de la taille d'une bille de composition similaire à celle d'astéroïdes chondrites carbonés riches en eau sur une cible sèche faite de poudre de pierre ponce. La vitesse à l'impact est d'environ 5 kilomètres par seconde, produisant des débris qui peuvent être analysés à la recherche de traces d'eau.

Image: Les expériences d'impact à hypervitesse, comme celle illustrée ici, révèlent des indices clés sur la façon dont les impacts fournissent de l'eau aux astéroïdes, aux lunes et aux planètes. Dans cette expérience, un impacteur riche en eau entre en collision avec une cible de pierre ponce sèche à environ 18 000 kilomètres par heure. La cible a été conçue pour se rompre à mi-chemin de l'expérience afin de capturer des matériaux pour analyse. Cette vidéo ultra-rapide, prise à 130 000 images par seconde, ralentit l'action, qui en temps réel se termine en moins d'une seconde. Crédit : Schultz Lab / Université Brown.

Les résultats constituent une fenêtre utile sur l'approvisionnement en eau. La chaleur de l'impact détruit une grande partie de l'impacteur, tandis qu'un panache de vapeur se forme alors qui contient de l'eau qui se trouvait à l'intérieur de l'impacteur. À l'intérieur du panache lui-même, des matériaux fondus et des brèches - des particules de roche brisée reformées dans une matrice à grains fins - contiennent une partie de l'eau d'origine sous forme récupérée. L'impacteur d'origine peut avoir disparu, en d'autres termes, mais une partie de son eau interne peut survivre.

Les implications pour le système solaire primitif sont claires, comme le note le document :

Le fait que le composant amorphe et vitreux - et non les survivants des projectiles - constitue le principal réservoir d'eau fournie par l'impact est essentiel pour l'extrapolation de ces expériences. La production de fusion par impact augmente avec la vitesse d'impact. Si la fonte d'impact dérivée principalement de la cible piège avec succès l'eau lors des collisions entre les corps planétaires (comme c'est le cas dans les expériences), alors les impacts à plus grande vitesse peuvent toujours fournir des quantités importantes d'eau.

Image: Échantillons de lunettes à impact créés lors d'une expérience d'impact. Dans les expériences d'impact, ces verres capturent des quantités d'eau étonnamment importantes délivrées par des impacteurs riches en eau, de type astéroïde. Crédit : Schultz Lab / Université Brown.

Les auteurs calculent que les impacteurs de chondrite carbonée devraient être capables de fournir jusqu'à 30 pour cent de leur eau interne aux corps de silicate dans des conditions de vitesses et d'angles d'impact auxquels nous nous attendrions pendant les premières phases de la formation de la planète. Les impacts à des vitesses suffisamment élevées pour vaporiser les volatils permettent toujours la recapture de ces volatils à travers les fontes d'impact et les brèches, de sorte que l'eau peut être incorporée dans les planétésimaux en croissance.

« [C]es nouvelles expériences soulèvent la possibilité que les planètes terrestres en croissance piègent de l'eau dans leur intérieur au fur et à mesure de leur croissance, ce qui affecterait profondément leur évolution géodynamique », écrivent les auteurs. C'est une découverte qui nous aide également à expliquer la distribution de l'eau plus tard dans le système, comme la glace d'eau trouvée à la surface de la Lune dans les rayons du cratère Tycho, ou l'eau dérivée d'astéroïdes qui pourrait expliquer les dépôts de glace dans les régions polaires de Mercure. .

"Le fait est que cela nous donne un mécanisme sur la façon dont l'eau peut rester après ces impacts d'astéroïdes", ajoute Schultz. "Et cela montre pourquoi les expériences sont si importantes parce que c'est quelque chose que les modèles ont manqué."

L'article est Daly & Schultz, "The delivery of water by impacts from planetary accretion to present", Avancées scientifiques Vol. 4, n° 4 (25 avril 2018). Texte intégral.

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Compte tenu des caractéristiques de la population d'exoplanètes, la question de savoir comment ne pas faire entrer de l'eau dans le système solaire interne semble également pertinent.


Y a-t-il une planète ou un satellite du système solaire en train de se verrouiller en fonction des marées ? - Astronomie

Excellent cours Chris Impey est un merveilleux tuteur engageant. J'ai terminé ses deux cours offerts par l'Université de l'Arizona et je lis actuellement son premier livre. Première classe.

L'un des meilleurs cours modulaires sur le thème de l'astronomie que j'ai vu. Avec de nombreux devoirs et quiz, ce module vaut certainement la peine d'être inscrit. Les notes, les vidéos sont vraiment géniales !

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Chris Impey

Екст идео

Dans cette conférence, nous considérons notre système solaire. Nous devons apprendre autant que possible des exemples les plus proches de planètes et de leurs lunes comme guide de ce à quoi nous pouvons nous attendre ou anticiper ou être intéressés lorsque nous regardons les exoplanètes et éventuellement leurs lunes. Nous devons être prudents car il est possible que notre système solaire ne soit pas complètement typique et nous avons déjà vu des indications selon lesquelles les exoplanètes ont des propriétés assez différentes de toutes les planètes de notre système solaire, mais nous pensons que les processus de formation des planètes et la formation de la lune est universelle, et nous pouvons donc tirer quelques conclusions générales. Nous examinons la configuration de base de notre système solaire, les caractéristiques des planètes intérieures, les caractéristiques des planètes extérieures, puis une comparaison avec les systèmes d'exoplanètes trouvés jusqu'à présent. En termes généraux, notre système solaire est composé de l'étoile centrale, le Soleil comprenant 99,9 pour cent ou plus de tout le matériel et composé presque entièrement d'hydrogène et d'hélium, les quatre planètes terrestres ou rocheuses et les quatre planètes géantes joviennes ou gazeuses. , et ils sont tout à fait une ségrégation et des propriétés entre ces deux classes de planètes qui, selon nous, sont associées à leur processus de formation. À partir de l'intérieur, nous avons Mercure et Vénus. Mercure est géologiquement mort sans atmosphère et sa surface nue est exposée à l'espace lointain et au rayonnement de l'espace lointain. Il est verrouillé par la marée avec le Soleil et donc un côté est soufflé par le rayonnement solaire à une très courte distance et l'autre côté fait face à l'espace profond à une température de plusieurs centaines de Kelvin plus froide. Mercure est presque certainement géologiquement mort. Nous avons récemment visité Mercure avec un vaisseau spatial et confirmons qu'il ressemble un peu à la lune dans ses propriétés et son apparence. Vénus est la jumelle la plus proche de la Terre et donc intéressante pour ce fait. En fait, c'est vraiment un jumeau géologique, identique en masse, en taille et en structure intérieure. Vénus est très active sur le plan géologique et nous pensons qu'elle a été soumise à un effet de serre incontrôlable qui a élevé sa température de surface à ses 900 degrés Fahrenheit actuels, une température où le plomb fondrait et le papier s'enflammerait spontanément. La pression à la surface est de 100 atmosphères ou plus. Ceci est très différent de la Terre et la question se pose de savoir comment un tel jumeau de la Terre dans ses attributs globaux pourrait avoir un chemin évolutif si différent. Encore plus intéressant est le fait que l'inventaire de dioxyde de carbone dans l'atmosphère sur Vénus est à peu près le même que l'inventaire total de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et les océans de la Terre. La différence est que, sur Terre, la majeure partie de ce dioxyde de carbone est dissoute dans l'eau de mer, ce qui la rend légèrement acide. Sur Vénus, nous pensons que la plus grande quantité de dioxyde de carbone a conduit à un cycle de rétroaction positive appelé effet de serre incontrôlable. Alors que l'atmosphère s'est épaissie, le dioxyde de carbone est un gaz qui piège la chaleur, ils piègent plus de rayonnement qui a libéré plus de dioxyde de carbone, rappelez-vous qu'il s'agit d'une planète volcanique et que les volcans sont une source principale de dioxyde de carbone sur la Terre et sur Vénus, et ainsi le processus s'est accéléré pour aboutir à une atmosphère étouffante d'une chaleur énorme, la température plus élevée de la surface vénusienne ne peut pas être expliquée par sa proximité avec le Soleil car ce n'est pas un effet très important. La composition atmosphérique contient également d'autres composants toxiques. Il y a l'ammoniac, le soufre, l'anhydride sulfureux, l'acide sulfurique même, et l'acétylène. Tous ces éléments sont toxiques sur Terre, bien qu'ils soient présents à l'état de traces dans l'atmosphère vénusienne, et pourtant les modèles suggèrent qu'il y a trois milliards d'années, avant l'emballement de l'effet de serre, Vénus aurait pu être habitable, aurait pu héberger du liquide. water, if not in the surface then underground, a fascinating prospect that our twin could have been habitable that long ago because we know the same thing about Mars. We twin the Earth and Mars, the next two planets further out. The Mars is not our twin in a direct sense because it's a lot smaller and is not highly geologically active through most of its history. It's probably on the edge of habitability. If water exists on Mars, that exist in subsurface aquifers or deeply buried in ice deposits to the mid-latitudes. If you put a cup of water on the surface of Mars the temperature is so low, the atmospheric density so low, that it would boil or evaporate in a second. Earth is the only planet in the Solar System that we believe can host liquid water on its surface and it's our thick atmosphere that helped retain that water. Mars has the old cratered surface, indicating that its last geological activity was a billion or more years ago, and yet models of Mars as with Venus suggests that three billion years ago, it was warmer and wetter and had a thicker atmosphere and could possibly have hosted shallow seas or oceans, making it a fascinating prospect for astrobiology. As we move into the outer Solar System, the two twin gas giants of Jupiter and Saturn account for most of the mass of all the planets combined. Jupiter itself accounts for over two-thirds of the mass of all the planets in the Solar System. The colors of these gas giants have often been seen in the enhanced colors of early NASA images. Their actual colors are much more gentle, pale yellows and pale browns. The surface features are not visible, those rocky cores are hidden by deep clouds, so what you see are the outer cooler cloud belts circulating around the planet, very large wind speeds of hundreds of miles an hour on both of those gas giants. Gravity of Jupiter has been important in the history of the Solar System because it's actually served to protect the Earth from impacts early on. Both of these gas giants have atmospheres composed of about 75 percent hydrogen and 25 percent helium, similar to the Sun's composition. The typical density of these gas giants is low. It's often been said that Saturn would float in water. The color of these planets, the mild colors you see are caused by a little sulfur dioxide and ammonia mixed in with the hydrogen and helium. Saturn has obvious icy rings, but with spacecraft missions we've seen ring systems much thinner and less easily seen around all of the gas giant planets in the outer Solar System. There's less known about Uranus and Neptune because they have not received as much direct visitation by NASA probes over the decades. These ice giants are smaller, more frozen cousins of the two gas giants, Jupiter and Saturn. Uranus has a small rocky core and an atmosphere of mostly hydrogen and helium and a very thin ring system. It spins on its side with it's poll tip by almost 90 degrees with respect to the ecliptic, giving it enormous seasons of almost a century of summer, followed by a century of winter. The reason for its large axial tilt is unclear, but it's probably caused by a collision during or shortly after its formation. Neptune has a beautiful pale blue color primarily due to the methane in its atmosphere and it also has a magnetic field that's offset by a large degree from its orbital tilt unlike the Earth where these axes are quite closely aligned. Neptune has the fastest winds in the Solar System reaching speeds of over a thousand miles per hour, and its ring system is subtle and only partially complete. In this summary, we see the difference between the rocky or inner planets and the gas giant or outer planets. For the inner planets, large objects made of rock and metal with a solid surface, few or no moons and no rings, but in the outer Solar System, mostly hydrogen and helium, no solid surface visible, although it appears to be interior and measured indirectly, rings and moons around all of these gas giant planets. Where do we fit in Pluto to this picture? Well, as you probably know, Pluto was demoted from the pantheon of planets in 2006 by the international group of astronomers meeting at their triannual convention, until then, we did consider Pluto one of the planets in the Solar System, but to be consistent and based on what was known about planets and their formation, astronomers decided to demote it to a dwarf planet, and so it's not officially one of the planets in the Solar System. Why was this done? Well, beginning about 15 years ago, planetary scientists looking for a rocky bodies in the outer Solar System started to find large objects in the Kuiper belt. The Kuiper belt is a loose zone extending from about 40 to 80 astronomical units of rocky debris most of these are the size of asteroids, so quite small tens or hundreds of kilometers in size, but some of them are quite large, and eventually the largest of these were found to be the size of Pluto or even Mercury, and in fact, one is known to be larger than Pluto. It's also speculated when the surveys are complete, there may be as many as three or four Kuiper belt objects found to be larger than Pluto. So, for consistency, if planet definition was only based on size, they should be added to the list of planets in the Solar System, this started the debate. The first object measured to be larger than Pluto was called Eris. Actually it's discoverer, Michael Brown, from Caltech thought he could name the planet himself, and so he called it Xena, and actually had a small moon called Gabrielle. He was, however, overruled by the International Astronomical Unit that governs the naming of planets and Solar System bodies and constellations and so on. They tend to be given Greek or Roman names or names from World Mythology. However, the finding of a larger object than Pluto opened up the can of worms in the definition of Pluto as a planet. The other thing that was determined about Pluto using simulations is the likelihood that it was captured from the Kuiper belt at some point early in the history of the Solar System, so it is not always been at its current location. The third and perhaps clenching aspect and the demotion of Pluto was the determination, again, bolstered by simulations of the formation process, that Pluto had not cleared out a zone at its distance from the Sun. So, by the triple criteria used for the definition of a planet, it was demoted to the status of a dwarf planet. Now, we also know of another small set of dwarf planets along with it. We can summarize in this lecture, the properties of our own Solar System which we hope to be indicative of what may might find in extrasolar planets systems as we learn more about their detailed properties. In our Solar System, the inner planets are rocky. The Earth is special, although there are other planets with magnetic fields and geological activity, the Earth is the only terrestrial planet that can host liquid water on its surface. However, models suggests that both Venus and Mars in the distant past, perhaps three billion years ago could have hosted liquid water and been habitable. The gas giants are unlikely to be habitable in any aspect. They are large, composed of hydrogen and helium with internal rocky cores that are subject to intense physical conditions of temperature and pressure. Meanwhile, a third category of planets has been declared, that of the dwarf planet. Pluto was demoted to the status of a dwarf planet about a dozen years ago, and since then we've found other dwarf planets, objects small enough that they were either captured into their current orbits or not able to clear out a zone as the planets formed in a protoplanetary disk. We anticipate the dwarf planets will also exist in extrasolar planet systems, although they are currently below the range of detectability.


Discovery of life outside our solar system could be just 10 years away, astronomers say

The discovery of life outside our solar system could be just 10 years away, astronomers have said after they found further evidence suggesting two “precious” exoplanets are similar to Earth.

The planets, which orbit a star called Trappist-1 about 39 light-years away, are in the so-called Goldilocks Zone, suggesting the temperature is 'just right' for liquid water to exist – far enough away from the star that it does not evaporate, but close enough that it is not permanently frozen.

Their discovery was revealed in May, but interest has now ramped up with the announcement in the journal Nature that astronomers have found they are rocky planets like Mars, Venus or Earth, rather than gas giants like Jupiter or Saturn.

The next stage is to look for signs of gases that are only given off by living organisms, which can potentially be detected by analysing the light.

Conseillé

One of the researchers, Dr Julien de Wit, of the Massachusetts Institute of Technology, told The Independent: “These are the first planets that combine the three key properties we have been looking for for quite a long time: one, they are Earth-sized two, temperature, they could have liquid water and third, they are close enough and around the right type of star for us to actually check that out [whether they have life].

“That’s why these planets are really precious. We really hope we are going to find out more about these planets.

“We can say that these planets are rocky. Now the question is, what kind of atmosphere do they have?"

He said that astronomers should be able to find out more about the planets after the James Webb Space Telescope is launched in 2018.

“In five to 10 years we will be able to say if they are habitable, to check if they are the right temperature and with water,” he said.

Conseillé

“And then the next step forward is to assess whether they are inhabited… to look for traces of gas that can only be produced by life. This can be done in the next 10 to 25 years.

“If there are clear biomarkers, it’s feasible we could answer that question [whether there is life].”

However Dr de Wit cautioned it would “difficult to assess the level of intelligence” of any life on the planets.

“The biomass could be a huge amount of bacteria, for example,” he said.

And, whatever it is, it might well be radically different from life on Earth.

The planets are “tidally locked” to their star, meaning the sun would always be in the same position in the sky. One side of the planet would be in eternal daylight, the other in eternal night, much like our Moon.

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Moon and Antelao by Marcella Giulia (Italy)

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The Mirrored Night Sky by Xiaohua Zhao (China)

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The Night the Sky Exploded by Kris Williams (UK)

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Star Trails over Green Lake by Dan Barr (USA)

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Calm Before the Storm by Julie Fletcher (Australia)

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Great Nebula in Carina Bi-Colour by Terry Robison (Canada)

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Thor’s Helmet (NGC 2359) by Adam Block (USA)

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IC443 by Patrick Gilliland (UK)

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Roseta-NBv5 by Juan Ignacio Jimenez (Spain)

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Solar Prominence by Gary Palmer (UK)

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Motind by Rune Engebo (Norway)

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C/2014 Q2 Lovejoy by Michael Jaeger (Austria)

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M42 Subtle V1 cropped by Patrick Gilliland (UK)

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Full Moon over the Alps by Stefano de Rosa (Italy)

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Ascent of Angels by Brad Goldpaint (USA)

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Herschel 36: The Heart of the Lagoon by László Francsics (Hungary)

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Aurora Panorama 3 by Jan R. Olsen (Norway)

And the star, an “ultracool dwarf”, produces mostly infrared light, which is outside the spectrum visible to humans. If astronauts were to land on one of the planets, they were barely be able to see with only a ‘dark’ red light.

“If there were to be life… it could be exotic,” Dr de Wit said.

However it is this kind of light that allows astronomers to make the observations that allowed them to discover the planets were rocky ones that could have an atmosphere like Earth, Venus or Mars.

If intelligent life with the same level of technology as we have exists on the planets, they would not be able to make the same observations about Earth.

The star was named after the Trappist telescope in Chile which first discovered the planetary system and the researchers are now trying to raise money to build more telescopes to speed up the search and also start scanning the skies in the northern hemisphere.

"It really is an exciting time," Dr de Wit said. "It's not unlikely we will start to tackle fundamental questions in the next 20 to 25 years."


Role Reversal: Planet Controls a Star

In a reversal of roles, a planet has gravitationally bullied its star to rotate in step with the planet's orbit. The star's behavior is similar to that of our Moon, which turns just fast enough to keep one face always pointing at the Earth.

It is unusual, however, to see the larger body - in this case a star 1.4 times the mass of the Sun - being tidally locked by a smaller body.

"This is truly a stellar story of 'tail wags dog,'" said Jaymie Matthews of the University of British Columbia at the annual meeting of the Canadian Astronomical Society in Montreal last week.

Matthews is the principal investigator for the Canadian Space Agency's MOST (Microvariability & Oscillations of STars) space telescope, which recently observed slight variations in the light from tau Bootis ("tau Boo" for short) - a star 50 light years away with a planet in a tight, 3.3-day orbit around it.

"The interactions between the star and the giant planet in the tau Bootis system are unlike anything astronomers have seen before," Matthews said. "And they would be undetectable by any instrument on Earth or in space other than MOST."

Although it is suspected that many of the close-in exoplanets - so-called "hot Jupiters" - are tidally locked to their stars, this is the first detection of a star tidally locked to its planet. Knowing that the star's rotation is synchronized should reveal much more about this strange system.

Launched in June 2003, MOST is Canada's only space telescope. Weighing a mere 132 pounds, it is relatively small as these things go.

"It basically is a suitcase in space," Matthews said. "It may be the only satellite that weighs less than its principal investigator."

MOST was designed to see changes of a part per million in the brightness of stars. According to Matthews, this is equivalent to standing outside the Empire State Building with all its lights on and noticing when someone pulls down one window shade by half an inch.

The MOST team focused on tau Boo in hopes of spotting the subtle reflection from its planet - called tau Bootis b. Instead, they saw evidence for rotation of the star's outer surface at a rate of once every 3.3 days. The upshot was that the planet only sees one side of its star.

"We suspected this for some time because tau Boo appeared to be rotating anomalously fast for a star of its type," said Andrew Cameron of the University of St. Andrews in Scotland.

Six years ago, Cameron and his colleagues had an unconfirmed detection of reflected light from tau Boo b. He said the recent results from MOST imply that the planet's orbit is inclined at about 40 degrees with respect to our view.

"This ties down the planet's mass to between 7 and 8 times the mass of Jupiter," Cameron told Space.com.

In 1997, a lower limit of 4.4 Jupiter masses was given to tau Bootis b from the radial velocity method, which measures the Doppler shift in a star as a planet whips around it. If one knows the orbital inclination - as is presumably the case here - one can make a more precise mass estimate.

Moreover, with follow-up measurements of tau Boo, astronomers should be able to extract a signal from starlight bouncing off the planet.

"It's going to make searches for reflected light easier because we know what region of [the star's spectrum] to look in," Cameron said.

The light that reflects off a planet can tell astronomers the chemical composition of its atmosphere and whether or not this distant world has clouds.

According to Cameron, the synchronization of the tau Boo system probably took a billion years - the star likely began spinning faster by stealing angular momentum from its companion.

"The planet in response would have moved in a little," Cameron said.

Because of tidal friction, almost all systems eventually become synchronized. "Given long enough, the Earth will face the Moon," noted Cameron. The time for synchronization is faster the closer and heavier the synchronizer is in comparison to the synchronizee. Most stars do not live long enough to become locked to their planets.

In the case of tau Boo, the planet weighs about 0.5% that of its star - compared to Jupiter, which is 0.1% the mass of our Sun. But more importantly, tau Boo b is 100 times closer in than Jupiter is.


Moons as planets

I think I would have told the girl that planets and moons have arbitrary manmade

definitions, then congratulated her on her insight that definitions are sometimes

hard to pin down but that classification is an important part of science nonetheless.

It is the arbitrariness of some of this issue/debate that I find interesting. Maybe there isn't a way to have an absolutely perfect taxonomy of astronomical bodies within a solar system. Maybe it is a muddy, fuzzy spectrum of things that defy clear demarcation. I know lots don't like that idea, and maybe it is just my own misunderstanding and muddled thinking, but in my mind it has always been a possibility.

And I can't help but think that there is an anthropocentric motive to this that boils down to the idea that we must be special, and must articulate the flow chart that proves it. It reminds of the various historical attempts to define sentience - which is really just code for why we are so special when compared to the beasts.

Generally definitions are not "right" or "wrong". The purpose of definitions and taxonomy is to be useful. I would say that if current definitions seem arbitrary, it is also a sign that they are not very useful. To be useful a taxonomy must help in the organization and communication of information.

There is geophysical significance to a body being massive enough to be spherical. Spherical bodies have undergone chemical and physical alteration from the primitive raw material state and will be in various states of internal differentiation. The minimum mass to be spherical varies slightly with composition but is generally at around 3-6 x 10^19 kg.

At the high mass end the deuterium burning limit is not a useful way to distinguish giant planets from brown dwarfs. Kumar (1963) originally identified black dwarfs as the low mass end of the stellar formation process - bodies that form like stars by gas collapse but do not acquire sufficient mass for core hydrogen fusion. These bodies are brown dwarfs.

The high mass end of the planetary formation process overlaps the low mass end of the brown dwarf formation process. Brown dwarfs can form with masses as small as 4-5 Jupiter masses while giant planets can exceed the deuterium burning limit (13 Jupiter masses). So the definitions for brown dwarf and planet are made more useful by including formation mechanism as part of the definition - something the IAU refused to do when defining brown dwarfs.


Is there any planet or satellite in the solar system in the process of getting tidally locked? - Astronomie

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Planets in the Solar System and Beyond

Реподаватели

Chris Impey

Екст идео

In this lecture, we'll talk about planets and moons. We'll look in more detail at the characteristics of rocky planets and of gas giant planets. We'll talk about how moons form around planets and what their properties are. All of this is with reference to the solar system, but with the expectation that we will be talking about these properties for exoplanets as well. What are the ingredients for a planet? We've seen the planets form from rocky material that gradually increased to form larger and larger objects. The material that planets form from depends on their distance from the parent star because the lighter material is being driven away by radiation from the young star, so that only the most massive cores in the outer solar system can accumulate large gassy envelopes. Meanwhile, what minerals form and persist in a planet depend also on the distance from the star, because beyond a certain temperature, liquids will turn to gas or vapor and be driven away, and even metals or rocks will be vaporized and driven away. So, the material of a planet depends on its distance from the parent star. We can see this here, hydrogen and helium are the dominant materials in any solar system, and the size of these boxes indicates their relative abundance in the forming solar system by mass. So, 98 percent of the mass of a young solar system is hydrogen and helium. All the hydrogen compounds form about 1.5 percent, the rocky materials less than 0.5 percent, and the metallic material about a fifth of a percent. So, the stuff of planets is a tiny fraction of the mass of a forming solar system. These materials have to persist at certain temperatures. At any temperature below about 1,000 to 1,500 Kelvin, metals can persist in a liquid or solid state. At a temperature below about 1,000 Kelvin, rocks are not vaporized or liquefied, and so can exist in solid form. At a temperature of about 150 Kelvin, hydrogen compounds, including not just water, but methane and ammonia, can exist either in solid or liquid form, but above that temperature they will be vaporized and probably driven away. This is the condensation curve that describes how different materials can be solid or liquid in terms of their distance from a star. The rocky material that forms planets in the inner solar system is not associated with a large amount of light gases, because of the radiation from the young star. Radiation pressure drives away gas and also small dust particles from the inner regions of the solar system. So, the remaining matter in the protoplanetary disc is primarily silicate rocks, iron, nickel, aluminum, and a very small amount of residual hydrogen and helium. As we've seen, these planets grow by the accretion process. Size matters for a planet, because it dictates much of its subsequent properties and behaviors. Small rocky planets do not have sufficient mass to accumulate in atmosphere. Mercury is a good example in the inner solar system. Their physical size is such that internal pressure does not create liquid magma or a molten core. Therefore, they are not geologically active. Mercury is geologically dead. Mars defines the boundary on a planet, between something that is geologically active and not geologically active. We know that Mars has been geologically active in the past, has the largest volcano in the solar system for example, but is not very active at the moment. The Earth and Venus, very similar in size, and both quite a lot larger than Mars, are both massive enough to sustain active geology throughout their entire histories. The earth we know is a currently active geological planet. This also relates to the surface material or the surface properties. A low mass planet with no atmosphere will be peppered with impacts from space, and so its surface will show a cratering history of debris in the solar system. We actually use this information to talk about the history of cratering in the solar system, and what happened to all the debris left over from planet formation. Whereas a planet with sufficient mass to attract an atmosphere is shielded from cratering. The meteors and impact or is burn up in the atmosphere or there's liquid on the surface causing erosion to eradicate evidence of craters, and so we cannot see the cratering history of the solar system from such planets. The large rocky planets are geologically active, and that also means that their surfaces are reformed, formed and reformed periodically. If you go outside on the Earth's surface, wherever you live and pick up a rock, it's unlikely to be more than a few 100 million years old. That's a small fraction of the age of the Earth, of 4.5 billion years. That's because erosion on the Earth's surface and resurfacing caused by tectonic activity and volcanism, continually changes the surface of the Earth. Reforms and forms it, and that's true of all planets like the Earth, Venus another good example. The other thing that happens is a magnetic field. Small objects are unlikely to have sufficient metallic core to form magnetic field. The Moon because of its particular history, we know to have no magnetic field. But the magnetic field, for example of Mercury is also weak. Magnetic field in a terrestrial planet also plays a role in it's properties, because the magnetic field acts as a shield to protect a planet from violent solar radiation and intense ultraviolet radiation. So, magnetic fields shield a planet from harmful rays from space, and also indirectly help a planet retain its atmosphere. Even a planet with a thick atmosphere is slowly losing that atmosphere into space. As molecules at the upper edge of the atmosphere slowly gain sufficient average velocity to leak into space. This is a slow process, and a terrestrial planet may take hundreds of millions of years to leak it's atmosphere into space. The other thing that determines the properties of a planet are of course its distance from the Sun or its parent star. For identical planets at different distances from the star, we see different effects. The distance of a planet from a star or the Sun, affects his property significantly too. If we look at the difference in properties of identical planets, varying only in their distance from the sun, or similar star, we can see significant differences. A planet like the Earth for example, situated much closer to the sun, would be high enough temperature that it would be unlikely to retain an atmosphere for long, and it will be impossible for liquid water to exist on its surface. If it was sufficiently close to the star, it will be tidally locked with the gravitational interaction with the star, cause one surface to always face the star, much as the moon is tidally locked to the earth, and we always see it's one same face. At a larger distance, the temperature can be right for liquids to form and persist, and for the atmosphere to be retained. That is the essence of a habitable zone. The same planet at a much larger distance from the star is of course colder and a colder planet would be unlikely to have any liquid. So, these are, although it may have liquid under the surface. Kept liquid by pressure and radioactive heating from the rocky material. So, we can expect to see all of these variations in planet properties in the exoplanet systems we're now discovering out in space. What about gas giant planets? They form outside the frost line where the dominant matter and the debris disc is hydrogen, and helium gas, and associated ices from compounds involving hydrogen. We need to talk about how astronomers define the word ices. Most of the material in the young solar system or in the sun itself is hydrogen and helium, and the disk that forms around the star is also mostly hydrogen and helium. Helium is inert and doesn't form compounds. So, it is essentially remote from the processes of molecular clouds, molecular formation, and the formation of rocks and ices. The ices in the outer solar system are mostly frozen hydrogen compounds. Water, water vapor, and ice particles are the dominant one, but also frozen methane, ammonia, and frozen carbon dioxide or dry ice. Now we see different amounts of these different ingredients in outer solar system bodies. Gas giants have a different composition and structure from rocky planets. They have much stronger gravity of course which compresses the gas and differentiates it in a way that we never see in the inner solar system. The compression leads to a large amount of peat with the temperature steadily increasing towards the center. When infrared observations were first made of Jupiter 30 years ago, they showed that the infrared radiation from Jupiter was larger than the amount expected given its distance from the sun. In other words, there was an extra source of heat in Jupiter, which we now attribute to its very slowly contracting and releasing heat into space. This large amount of compression of pressure creates quite high temperatures inside Jupiter, and Saturn, and the other gas giants despite their large distances from the sun. There is no place on earth that reaches the very high pressure typical of these gas giant planets caused by the extreme weight of their outer atmospheres pressing down. This is a temperature profile of what we might typically see in a gas giant like Jupiter or Saturn. Below the visible clouds at the top surface, the atmosphere grows hotter as it becomes compressed resembling a hot thick fluid. But in the lower levels of the atmosphere, the pressure is so great that matter actually forms an exotic state of matter called a super critical fluid, which is a boundary condition between a liquid and a gas. Deeper still, the gases become so compressed that they take on the properties of a solid and this is the situation where we can have metallic hydrogen, a substance essentially unknown on the Earth. The surface where the rocky core exist is likely to be a bizarre mixture of ice, rock, and metallic hydrogen at pressures of hundreds or thousands of atmospheres. What about moons? How do they form and what can we learn about their properties? Essentially, moons form in miniature versions of the formation of the solar system itself. They form alongside planets in miniature debris disc or by collisions. They also form by accretion, the same way the planets in the solar system form. So, we can imagine the moons of the giant planets in particular. Each of which has dozens of moons being formed in a scaled down version of the formation of the solar system itself. The planetesimals can also be pulled into orbit. So, moons can also form by sweeping up material from slightly further away over time in the debris disc that formed around the Sun itself. We have no example yet of an exomoon, which is a moon around an extrasolar planet or exo-planet, and that's just because exomoons are so small, and so low-mass that instrumental techniques are not sufficiently sensitive to allow their detection, but we can speculate. As planets are natural byproduct of star formation and moons are a natural byproduct of planet formation, then in the extracellular systems we've found, there will be exomoons. We just don't know how to find them yet. Several searches are underway. Looking at our solar system, we might conclude that moons are common. Mercury and Venus have no moons, but the other planets do have moons. One large moon for the Earth, two small moons for Mars, and dozens of moons for the giant planets. This graphic shows the relative sizes of the moons and shows that in some cases, the largest moons rival the size of the smallest planets. Remember that Pluto has been demoted to the status of a dwarf planet, but even compared to mercury, we have Galilean moons of Jupiter, Ganymede and the largest moon of Saturn, Titan, which rival mercury in size. So, there's no strict demarcation based on size or mass between a moon and a planet. We think of moons as being dead worlds, framed in large part by experience of the moon. Earth's moon appears to be geologically dead, has no atmosphere, surface is literal by craters, and we don't imagine it will place with life, and yet recent observations have shown that there's a substantial amount of ice under the lunar surface, and there are possibly small isolated places where there might be liquid water under the surface. So, the moon's not quite as boring as we thought it was. Many of the moons in our own solar system are quite interesting. They are distinctive worlds in their own right and so, in the context of astrobiology, where we're thinking of Life in the Universe in places where biology should exist, we can't rule out moons as being interested targets for our investigations. Some of the moons have atmospheres. Titan for example has an atmosphere made of the same substance that you're breathing right now, Nitrogen, and an atmosphere as thick as the Earth. Some have geological activity, others are heated by tidal effects and so they have a lot of chemical dynamic processes going on in their surfaces and interiors. They also have radioactivity in their cores that acts as a heating source even when they're far for the sun. So, moon's represent another category of objects that could potentially host extraterrestrial life. To summarize this lecture, we've looked at rocky planets, those that form inside the frost line of a protoplanets or disk. There's not much gas inside the frost line so these are just rocky objects formed by accretion that attracts slender atmospheres. They have differentiation with concentrates the heavy materials near the sander. They also, if they are of sufficient hot size, have geological activity that continually forms and reforms our surfaces. Beyond the frost line, we have the gas giant planets. They also have rocky cores, but they've attracted clouds of hydrogen and helium that dominate their mass. Pressure within these atmospheres creates bizarre conditions, and extremely high pressures, and temperatures unfamiliar on the Earth. We do not imagine these as being habitable locations in our solar system or elsewhere. However, moons are interesting in the context of astrobiology. Because in our solar system, there are moons with very distinctive properties, with internal energy, with atmospheres, and with chemically dynamical processes. We know there are moons were subsurface oceans and so, moons form a potentially interesting extension of the habitable real estate in the universe.


Massive Flare Seen on Closest Star to the Solar System: What It Means for Chances of Alien Neighbors

The Sun isn’t the only star to produce stellar flares. On April 21, 2021, a team of astronomers published new research describing the brightest flare ever measured from Proxima Centauri in ultraviolet light. To learn about this extraordinary event – and what it might mean for any life on the planets orbiting Earth’s closest neighboring star – The Conversation spoke with Parke Loyd, an astrophysicist at Arizona State University and co-author of the paper. Excerpts from our conversation are below and have been edited for length and clarity.

Why were you looking at Proxima Centauri?

Proxima Centauri is the closest star to this solar system. A couple of years ago, a team discovered that there is a planet – called Proxima b – orbiting the star. It’s just a little bit bigger than Earth, it’s probably rocky and it is in what is called the habitable zone, or the Goldilocks zone. This means that Proxima b is about the right distance from the star so that it could have liquid water on its surface.

But this star system differs from the Sun in a pretty key way. Proxima Centauri is a small star called a red dwarf – it’s around 15% of the radius of our Sun, and it’s substantially cooler. So Proxima b, in order for it to be in that Goldilocks zone, actually is a lot closer to Proxima Centauri than Earth is to the Sun.

You might think that a smaller star would be a tamer star, but that’s actually not the case at all – red dwarfs produce stellar flares a lot more frequently than the Sun does. So Proxima b, the closest planet in another solar system with a chance for having life, is subject to space weather that is a lot more violent than the space weather in Earth’s solar system.

Solar flares – like this one captured by a NASA satellite orbiting the Sun – eject huge amounts of radiation. Crédit : NASA

What did you find?

In 2018, my colleague Meredith MacGregor discovered flashes of light coming from Proxima Centauri that looked very different from solar flares. She was using a telescope that detects light at millimeter wavelengths to monitor Proxima Centauri and saw a big of flash of light in this wavelength. Astronomers had never seen a stellar flare in millimeter wavelengths of light.

My colleagues and I wanted to learn more about these unusual brightenings in the millimeter light coming from the star and see whether they were actually flares or some other phenomenon. We used nine telescopes on Earth, as well as a satellite observatory, to get the longest set of observations – about two days’ worth – of Proxima Centauri with the most wavelength coverage that had ever been obtained.

Immediately we discovered a really strong flare. The ultraviolet light of the star increased by over 10,000 times in just a fraction of a second. If humans could see ultraviolet light, it would be like being blinded by the flash of a camera. Proxima Centauri got bright really fast. This increase lasted for only a couple of seconds, and then there was a gradual decline.

This discovery confirmed that indeed, these weird millimeter emissions are flares.

Proxima b – shown here in an artist’s rendering – is rocky and might support water or even life if the atmosphere is still intact. Credit: European Southern Observatory, M. Kornmesser

What does that mean for chances of life on the planet?

Astronomers are actively exploring this question at the moment because it can kind of go in either direction. When you hear ultraviolet radiation, you’re probably thinking about the fact that people wear sunscreen to try to protect ourselves from ultraviolet radiation here on Earth. Ultraviolet radiation can damage proteins and DNA in human cells, and this results in sunburns and can cause cancer. That would potentially be true for life on another planet as well.

On the flip side, messing with the chemistry of biological molecules can have its advantages – it could help spark life on another planet. Even though it might be a more challenging environment for life to sustain itself, it might be a better environment for life to be generated to begin with.

But the thing that astronomers and astrobiologists are most concerned about is that every time one of these huge flares occurs, it basically erodes away a bit of the atmosphere of any planets orbiting that star – including this potentially Earth-like planet. And if you don’t have an atmosphere left on your planet, then you definitely have a pretty hostile environment to life – there would be huge amounts of radiation, massive temperature fluctuations and little or no air to breathe. It’s not that life would be impossible, but having the surface of a planet basically directly exposed to space would be an environment totally different than anything on Earth.

Is there any atmosphere left on Proxima b?

That’s anybody’s guess at the moment. The fact that these flares are happening doesn’t bode well for that atmosphere being intact – especially if they’re associated with explosions of plasma like what happens on the Sun. But that’s why we’re doing this work. We hope the folks who build models of planetary atmospheres can take what our team has learned about these flares and try to figure out the odds for an atmosphere being sustained on this planet.

Written by R. O. Parke Loyd, Post-Doctoral Researcher in Astrophysics, Arizona State University.


Voir la vidéo: Tout comprendre sur: le système solaire (Septembre 2021).