Astronomie

Que signifie la bifurcation des formes d'équilibre hydrostatique dans la formation planétaire ?

Que signifie la bifurcation des formes d'équilibre hydrostatique dans la formation planétaire ?

Un commentaire intrigant sous cette question renvoie à cette question Quora et pointe vers la réponse de Robert Walker.

La phrase qui m'a particulièrement intrigué est :

Il s'avère qu'il existe deux solutions possibles, à mesure que la vitesse de rotation augmente. Vous pouvez obtenir un sphéroïde aplati ou un ellipsoïde triaxial - la solution "bifurque". Mais l'ellipsoïde triaxial est le plus stable des deux comme Jacobi l'a découvert dans son article publié en 1834. Figures of Equilibrium - Historical Account* - Chandrasekar

Il semble faire référence à la fois à un article de 1834 de Jacobi et à sa référence dans l'article de 1964 Figures ellipsoïdales de l'équilibre - un récit historique par S. Chandrasekhar, Communications on Pure and Applied Mathematics, 20 (2), mai 1967, 251-265. Alors que ce dernier est payant, il semble y avoir une version lisible ici dans google dans le livre A Quest for Perspectives: Selected Works of S. Chandrasekhar: with Commentary By Subrahmanyan Chandrasekhar, Kameshwar C. Wali, Volume 1. Imperial College Press, 2001.

La bifurcation mathématique est un sujet fascinant et il existe même un journal de mathématiques entier dédié au sujet.

Dans ce cas, où exactement dans le calcul de l'équilibre hydrostatique des corps en rotation se fait cette bifurcation (mentionné dans la réponse Quora) se produire? Je me demande si cela signifie simplement que pour un volume et une densité donnés, en dessous d'un certain taux de rotation, la forme d'équilibre hydrostatique est une sphère aplatie, mais au-dessus, la forme d'équilibre hydrostatique sera un ellipsoïde triaxial ? Ou la bifurcation fait-elle partie de l'évolution de la forme dans le temps, impliquant la viscosité ou des effets externes ?

Si l'ellipsoïde triaxial est toujours (?) le plus stable, alors un sphéroïde aplati est-il réellement une forme intermédiaire, et pas vraiment la forme d'équilibre hydrostatique ?


Je pense que tout cela signifie que jusqu'à un certain taux de rotation critique, la forme d'équilibre d'un fluide en rotation et auto-gravitant est un sphéroïde aplati. C'est-à-dire que cette forme définit un minimum global unique d'énergie.

Au-dessus de ce seuil, deux solutions d'équilibre sont possibles. Apparemment, l'un est un sphéroïde aplati, tandis que l'autre est un ellipsoïde triaxial. Ceux-ci définiront local minima d'énergie, mais l'ellipsoïde triaxial est le minimum global.

Les détails mathématiques sanglants sont sans aucun doute contenus dans le manuel de Chandrasekhar sur les figures ellipsoïdales d'équilibre. Les pages 3 à 5 de Iurato (2014) semblent résumer l'évolution historique de cette bifurcation dans les solutions d'équilibre.


Formations planétaires

Les objets que nous appelons planètes sont ronds ou sphériques pour être exact. La Terre est techniquement un sphéroïde aplati.

Objets terrestres formés à partir du disque d'accrétion laissé par la naissance du Soleil. Les roches sont entrées en collision et se sont regroupées et pour les planètes et certaines lunes, le processus s'est poursuivi et elles sont devenues plus chaudes et ont formé une sphère naturelle qui s'est refroidie avec le temps.

Les objets plus petits tels que les astéroïdes semblent être au début du regroupement de roches et de poussières et le sont restés depuis. Ceux-ci n'ont pas construit suffisamment de masse pour que la gravité agisse contre les forces élastiques qui composent l'objet. Cet équilibre aide à former les objets, en prenant des caractéristiques qui leur sont propres telles que la taille, la masse et la composition.

L'IAU a des définitions de ce qui fait une planète ou une planète naine et une définition est qu'elle a un « équilibre hydrostatique ». Cela signifie qu'un objet est de forme symétrique, soit comme un sphéroïde, soit comme un ellipsoïde.

Nous pouvons voir certains exemples dans notre système solaire. De nombreux corps commencent à devenir sphériques entre 400 et 600 km de diamètre. Cérès, une planète naine est sphérique mais pour des raisons de masse ou de collision antérieure, Vesta n'a pas la même forme.


Rotation et formes d'astéroïdes à partir de simulations numériques de réaccumulation gravitationnelle

Nous présentons des simulations de l'effondrement gravitationnel d'un ensemble monodispersé de particules sphériques pour étudier les propriétés de forme et de spin des membres ré-accumulés des familles d'astéroïdes. Des études numériques antérieures ont montré que ces « agrégats gravitationnels » présentent des propriétés similaires aux modèles de continuum granulaire décrits par la théorie de Mohr-Coulomb. Une grande variété de formes est ainsi possible, en principe cohérente avec la population observée de formes d'astéroïdes.

Cependant, il reste à vérifier que la réaccumulation suite à une perturbation catastrophique est capable de produire naturellement ces formes. A l'inverse, nous constatons que les formes d'équilibre fluide (sphéroïdes aplatis à deux axes, en particulier) sont préférentiellement créées par réaccumulation. C'est assez inattendu, puisque le système dynamique utilisé pourrait permettre d'autres configurations stables. Des ellipsoïdes à trois axes de Jacobi peuvent également être créés, mais cela semble être un résultat moins courant.

Les résultats obtenus jusqu'à présent semblent souligner l'importance d'autres facteurs de mise en forme non perturbateurs au cours de la durée de vie des astéroïdes en tas de décombres.


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Les gens pensaient autrefois que les étoiles étaient éternelles. Mais nous savons maintenant qu'ils ont des cycles de vie de naissance et de mort. Voici l'histoire de la naissance d'une étoile semblable au soleil.

Commencez avec un nuage moléculaire géant
Bien que nous puissions considérer le Soleil comme une boule géante de gaz enflammé, son centre est beaucoup plus dense que l'acier. Pourtant, les étoiles sont faites en nébuleuses si raréfié qu'en moyenne, il n'y a que 100 particules dans un centimètre cube - un centimètre cube de l'air que nous respirons en contient environ 100 quadrillions de fois plus.

Il semble incroyable que quelque chose d'aussi substantiel qu'une étoile soit fait de quelque chose d'aussi fragile qu'une nébuleuse. Cependant, les nuages ​​gigantesques s'étalent sur des distances de plusieurs dizaines d'années-lumière. Ainsi, bien qu'ils soient minces, leur masse totale peut atteindre un million de fois la masse du système solaire. Il y a beaucoup de matériel disponible, mais qu'est-ce qui le façonne ?

Gravity, le sculpteur
La gravité est la force qui fait s'effondrer une nébuleuse en quelque chose d'assez dense pour former une étoile. Un nuage moléculaire géant est un bon endroit pour la formation d'étoiles. Non seulement il contient une matière abondante, mais il fait également suffisamment froid pour que les atomes se soient réunis pour former des molécules et, à certains endroits, la matière a commencé à s'agglomérer.

La force de gravité dépend de la masse, donc une zone de densité plus élevée peut attirer plus de matière, augmentant sa masse et donc son attraction gravitationnelle. En quelques millions d'années, c'est ainsi qu'une nébuleuse peut s'effondrer. Mais il est probable que l'effondrement aura de l'aide. Il existe un certain nombre de déclencheurs possibles pour la formation d'étoiles, par exemple, des ondes de choc de supernova poussant la matière ensemble pour former des régions plus denses.

Une nébuleuse ne s'effondre pas d'un coup. Les régions les plus denses se développent et le nuage se désagrège. C'est pourquoi les étoiles se forment en groupes. Chaque fragment s'effondre individuellement et est une étoile potentielle dont Masse marquera son histoire de vie. L'amas d'étoiles des Pléiades, illustré dans l'image d'en-tête, est un exemple de groupe d'étoiles formé à partir du même nuage géant. La masse de chaque étoile individuelle détermine à quel point elle sera lumineuse, combien de temps elle vivra et comment elle mourra. Certains fragments n'auront pas assez de masse pour former des étoiles, mais peuvent devenir naines brunes, étoiles ratées. [Crédit photo : Greg Hogan, EarthSky]

Les fragments
Les fragments chauffent, tournent et continuent de s'effondrer.

La matière en dehors de la région centrale a énergie potentielle gravitationnelle, comme l'eau retenue par un barrage. Lorsqu'elle tombe au centre, l'énergie potentielle devient cinétique (mouvement) l'énergie et la chaleur est libérée.

Moment angulaire est la mesure de la rotation d'un objet, en tenant compte de son rayon et de sa vitesse. Les nébuleuses géantes tournent très lentement. Mais le moment cinétique est conservé — cela signifie qu'un fragment du nuage, ayant un rayon plus petit, tournera plus vite. Un exemple terrestre préféré est un patineur faisant un tour. Elle commence les bras tendus. Si elle rapproche ses bras de son corps, le rayon de rotation est moindre, donc elle tourne plus vite sans effort supplémentaire.

Par conséquent, lorsque le fragment s'effondre, sa rotation s'accélère. Et au lieu de la forme irrégulière du fragment d'origine, le filage lui donne une forme plus globulaire.

La protoétoile
Le fragment contient une région centrale dense qui devient un Protoétoile puis une étoile. Ce qui reste, c'est de la poussière et du gaz. Pendant qu'il tourne, la poussière et le gaz libres sont poussés dans un disque autour de l'équateur de la protoétoile. Non seulement une étoile peut un jour se former à partir de la protoétoile, mais un système planétaire peut se former à partir de cette disque protoplanétaire.

La protoétoile se développe en attirant la matière du disque. Au fur et à mesure que sa masse augmente, il continue de se contracter. La contraction gravitationnelle libère beaucoup de chaleur. Le gaz chaud dans le noyau pousse vers l'extérieur, agissant contre la gravité. Par conséquent, bien que l'effondrement initial se soit produit relativement rapidement, il ralentit à mesure que la protoétoile devient plus chaude. Il faut environ un million d'années pour que la température atteigne un million de degrés Celsius, et ce n'est pas assez chaud pour qu'elle devienne une étoile.

La plupart des étoiles que nous observons sont séquence principale étoiles. Leur chaleur et leur lumière proviennent de la fusion nucléaire de l'hydrogène dans leurs noyaux. Pour que la fusion nucléaire puisse commencer, la température centrale doit être d'au moins 10 millions de °C (18 millions de °F).

Une star est née
Lorsque la fusion de l'hydrogène commence, la protoétoile est une véritable petite étoile. Mais il a un peu de croissance à faire avant de rejoindre la séquence principale.

Dans une étoile de séquence principale, il existe un équilibre entre la pression vers l'extérieur de la chaleur de la fusion nucléaire dans le noyau et la force de gravité vers l'intérieur. C'est appelé équilibre hydrostatique. Il faut un certain temps pour que l'étoile finisse de se contracter et que cet équilibre se produise.

La masse de l'étoile n'augmente pas une fois la fusion nucléaire soutenue, car un vent stellaire fort emporte le matériau du disque. En fait, en quelques millions d'années, il nettoie complètement le disque poussiéreux.

La durée de vie de la séquence principale d'une étoile dépend de sa masse. Les étoiles semblables au Soleil vivent environ 10 milliards d'années, notre Soleil est donc à mi-chemin de sa vie. Une naine rouge avec la moitié de la masse du Soleil peut vivre 80 milliards d'années ou plus, ce qui est beaucoup plus long que l'âge actuel de l'Univers. Mais les étoiles massives ont des durées de vie courtes. Une étoile dix fois la masse du Soleil ne dure que 20 millions d'années. Les étoiles restent sur la séquence principale jusqu'à ce que leur carburant hydrogène soit épuisé.

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Ma question est la suivante : si le temps ralentit plus près d'un trou noir qu'au début du Big Bang, lorsque l'univers était incroyablement dense, le temps ne se déplacerait-il pas d'un infiniment lent ? Une seconde ne durerait-elle pas des éons ? J'ai quelques autres questions à ce sujet, mais je vais commencer par celle-ci.

Ahh ben c'est pas vrai de dire que le temps ralentit près d'un trou noir. La vérité est un peu plus subtile. Si, disons, vous et un de vos amis aviez une conversation près d'un trou noir, le temps semblerait tout à fait normal. Ce n'est que si l'un de vous était proche du trou noir et l'autre non que vous verriez la dilatation du temps. Ainsi, même si l'univers était très dense au début, le temps semblerait encore passer normalement à toutes les choses dans l'univers. Cela est particulièrement vrai parce qu'au tout début, l'univers avait une densité à peu près uniforme partout. Par conséquent, le temps passa à peu près au même rythme à tous les points de l'univers, et il n'y avait aucun point où le temps semblait s'être arrêté.

Noter: Cette question a également reçu une réponse avec l'aide de Jim Fuller.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Marko Krco

Marko a travaillé dans de nombreux domaines de l'astronomie et de la physique, notamment l'astronomie planétaire, l'astrophysique des hautes énergies, la théorie de l'information quantique et les simulations d'effondrement de supernova. Actuellement, il étudie les nébuleuses sombres qui forment les étoiles.


C'est tout ce qui ne va pas avec notre définition de « planète »

Lorsque nous plaçons les objets connus dans le système solaire dans l'ordre, quatre mondes intérieurs rocheux et quatre, . [+] des mondes extérieurs géants se démarquent. Pourtant, nous sommes en 2019, et les astronomes (et les planétologues) sont plus divisés que jamais sur la définition de la planète.

Si vous étiez vivant en 2006, vous vous souvenez probablement d'un événement majeur en astronomie : l'Union astronomique internationale (UAI) a pris sur elle de redéfinir ce que cela signifiait d'être une planète. Alors que huit des neuf planètes classiques de notre système solaire étaient toujours là, de Mercure à Neptune, la plus petite et la plus éloignée d'entre elles – Pluton – était sortie. Sa rétrogradation au statut de « planète naine » a été accueillie avec consternation dans le monde entier, au grand dam des plutophiles du monde entier.

Ce que la plupart des gens ne réalisent pas, c'est que jusqu'à ce que cette résolution soit prise il y a 13 ans, il n'y avait aucune définition universellement acceptée d'une planète. Dans une perspective intéressante à Scientific American, Chris Impey discute de l'histoire de la façon dont cette décision fatidique a été prise à l'époque. Mais à bien des égards, la définition a créé plus de problèmes qu'elle n'en a résolu. Voici l'histoire derrière ce que cela signifie vraiment d'être une planète.

La plus grande galaxie du Groupe Local, Andromède, apparaît petite et insignifiante à côté de la Lactée. [+] Bien, mais c'est à cause de sa distance : à quelque 2,5 millions d'années-lumière. La Lune, les étoiles et les planètes, la Voie lactée et diverses nébuleuses sont toutes distinctement identifiables dans le ciel nocturne de la Terre.

ScienceTV sur YouTube / Capture d'écran

Lorsque vous regardez les points lumineux dans le ciel nocturne, il est assez facile de voir qu'il existe plusieurs classes d'objets. Il y a la Lune, clairement unique parmi les objets astronomiques. Il y a les nébuleuses : des objets faibles et étendus qui ressemblent à des nuages, sauf qu'ils ne bougent ni ne changent d'apparence. Il y a la Voie Lactée, une énorme silhouette de bandes claires et sombres s'étendant sur tout le ciel. Et, parfois, il y a des comètes et d'autres vues transitoires qui vont et viennent dans un ordre relativement court.

Mais le plus omniprésent de tous sont les points lumineux qui parsèment le ciel nocturne : les étoiles et les planètes. Reconnues comme différentes les unes des autres il y a des milliers d'années, les étoiles scintillent et restent dans la même position relative nuit après nuit, tandis que les planètes ne scintillent pas et errent dans le ciel de nuit en nuit. Ce comportement errant — πλανήτης en grec — est à l'origine du terme « planète ».

L'une des grandes énigmes des années 1500 était de savoir comment les planètes se déplaçaient de manière apparemment rétrograde. . [+] Cela pourrait s'expliquer soit par le modèle géocentrique de Ptolémée (L), soit par celui héliocentrique de Copernic (R). Cependant, obtenir les détails avec une précision arbitraire était quelque chose qui nécessiterait des avancées théoriques dans notre compréhension des règles sous-jacentes aux phénomènes observés, ce qui a conduit aux lois de Kepler et finalement à la théorie de la gravitation universelle de Newton.

Ethan Siegel / Au-delà de la galaxie

Pendant des générations, il n'était pas nécessaire de codifier quoi que ce soit davantage. Il n'y avait qu'une poignée de planètes : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter et Saturne. Même après l'arrivée de Copernic, Kepler et Galilée, démontrant la validité de l'héliocentrisme, des phases de Vénus et des lunes de Jupiter, cela n'a servi qu'à démontrer que la Terre n'était pas plus importante - du moins en termes astronomiques - qu'aucun des d'autres planètes.

La science de l'astronomie a continué à se développer, avec des télescopes plus grands et plus avancés, l'application de la photographie et finalement l'essor des systèmes informatiques modernes, des CCD et de l'optique adaptative, augmentant tous nos connaissances et ce que nous étions capables d'observer. La découverte d'Uranus a apporté avec elle une 7ème planète. Temporairement, Cérès est devenu le 8e, bien qu'un déluge de petits objets entre Mars et Jupiter ait conduit à la reconnaissance générale que ces objets étaient une nouvelle classe en soi : les astéroïdes. Neptune est devenue la 8ème planète permanente, suivie de Pluton au 20ème siècle devenant la 9ème.

Les images originales de Clyde Tombaugh identifiant Pluton en 1930. Le petit point faible bouge très légèrement. [+] par rapport aux étoiles du fond, mais suffisamment pour que nous ayons pu reconstruire avec succès son orbite.

Archives de l'Observatoire Lowell

Pendant presque tout le 20e siècle, ce fut l'histoire de notre système solaire. Nous avions neuf planètes, Pluton étant la valeur aberrante : plus petite, plus éloignée et très différente des autres. Avec les progrès astronomiques, cependant, la nécessité de réviser notre façon de penser les choses deviendrait inévitable. Certaines des questions sans réponse sur l'Univers d'il y a 30 ans devraient ouvrir la voie à un système de classification supérieur. Considérez les mystères suivants :

  1. Les étoiles autres que le Soleil ont-elles des mondes en orbite autour d'elles, et devraient-elles aussi être considérées comme des planètes ?
  2. Si notre système solaire avait auparavant des planètes en orbite autour du Soleil mais qui ont été éjectées par des interactions gravitationnelles, ces mondes orphelins devraient-ils être considérés comme des planètes ?
  3. Y avait-il d'autres objets dans notre propre système solaire au-delà de Neptune, et Pluton en était-il typique ?

Avance rapide de 1989 à 2019, et la plupart de ces questions – ainsi que de nombreuses autres que nous aurions pu poser – ont maintenant des réponses scientifiques définitives.

L'orbite de 2015 RR245, comparée aux géantes gazeuses et aux autres objets connus de la ceinture de Kuiper. Noter . [+] la relative insignifiance de Pluton par rapport aux 8 planètes majeures du système solaire, ainsi que son insignifiance par rapport aux autres objets de la ceinture de Kuiper.

Alex Parker et l'équipe OSSOS

Nous avons étudié de vastes étendues du système solaire externe, où nous avons découvert des centaines et des centaines d'objets transneptuniens. Ils ont des couleurs différentes les uns des autres (certains plus rouges et d'autres plus bleus), une grande variété de propriétés orbitales, et ils semblent se regrouper dans une configuration en forme de disque : la ceinture de Kuiper.

Bon nombre des plus gros objets sont suffisamment massifs pour se mettre en équilibre hydrostatique : la forme sphéroïdale qu'un corps massif prend en raison de sa masse, de son moment angulaire et de la présence de satellites. L'un d'eux - maintenant connu sous le nom d'Eris - est encore plus massif que Pluton, tandis qu'un ancien objet de la ceinture de Kuiper, Triton, est à la fois plus massif et plus grand que Pluton, mais a été capturé par Neptune à l'époque précambrienne.

Les grandes lunes du système solaire par rapport à la Terre en taille. Mars est approximativement le même. [+] taille comme le Ganymède de Jupiter. Notez que presque tous ces mondes deviendraient des planètes sous la seule définition géophysique, mais que seule la lune de la Terre est de taille comparable à celle de sa planète mère, les grandes lunes des géantes gazeuses sont pâles en comparaison.

NASA, via l'utilisateur de Wikimedia Commons Bricktop édité par les utilisateurs de Wikimedia Commons Deuar, KFP, TotoBaggins

Pendant ce temps, notre compréhension de la formation des planètes a énormément progressé. Nous avons pu directement imager des systèmes solaires en formation, découvrant des disques protoplanétaires avec des lacunes, des points chauds et d'autres preuves de planètes en cours de formation. Dans le même temps, notre puissance de simulation a augmenté en conséquence, nous permettant de comprendre la présence de lignes de suie, de lignes de givre et la formation des planètes et des lunes.

Les noyaux des planètes se forment en premier, suivis par la matière des parties externes des premiers systèmes solaires tombant sur ces noyaux, créant les manteaux des planètes. Enfin, si une protoplanète a les bonnes propriétés, elle peut conserver une atmosphère volatile composée principalement d'hydrogène et d'hélium, conduisant à la formation d'un monde géant gazeux. Les premières planètes fusionnent, migrent ou interagissent gravitationnellement. Lorsque nous regardons un système solaire aujourd'hui, nous ne voyons que les survivants.

Aujourd'hui, nous connaissons plus de 4 000 exoplanètes confirmées, dont plus de 2 500 trouvées dans le Kepler. [+] données. Ces planètes varient en taille de plus grande que Jupiter à plus petite que la Terre. Pourtant, en raison des limitations sur la taille de Kepler et la durée de la mission, la majorité des planètes sont très chaudes et proches de leur étoile, à de faibles distances angulaires. TESS a le même problème avec les premières planètes qu'il découvre : elles sont préférentiellement chaudes et sur des orbites proches. Ce n'est que par le biais de dédicaces, d'observations à longue période (ou d'imagerie directe) que nous pourrons détecter des planètes avec des orbites de période plus longue (c'est-à-dire pluriannuelles).

NASA/Ames Research Center/Jessie Dotson et Wendy Stenzel manquant des mondes semblables à la Terre par E. Siegel

De plus, notre compréhension des systèmes exoplanétaires a littéralement explosé. Nous avons maintenant identifié et confirmé des milliers de mondes autour d'étoiles autres que le Soleil, grâce à une variété de techniques mais surtout à la mission Kepler et à ses travaux sur les planètes en transit.

Aujourd'hui, nous pouvons regarder cette énorme suite de données et reconnaître que, de tous les mondes que nous avons découverts, la grande majorité d'entre eux sont aussi les plus faciles à découvrir : des planètes en orbite proche, principalement autour d'étoiles de faible masse. Même avec cela, nous avons fini par comprendre qu'il existe quatre catégories de planètes :

  • les mondes de faible masse qui n'ont pas d'atmosphères ou des atmosphères minces, y compris les mondes semblables à la Terre,
  • les mondes de masse intermédiaire qui peuvent s'accrocher à des atmosphères plus épaisses, des super-Terres jusqu'aux mondes de type Saturne,
  • les mondes de masse élevée qui commencent à subir une auto-compression gravitationnelle, y compris les mondes de type Jupiter,
  • et les mondes qui peuvent commencer à fusionner des isotopes lourds d'hydrogène dans leur noyau : les naines brunes, qui sont également connues sous le nom d'étoiles ratées pour les astronomes.

Le schéma de classification des planètes comme rocheuses, de type Neptune, Jupiter ou stellaire. . [+] La frontière entre semblable à la Terre et semblable à Neptune est trouble, mais l'imagerie directe des mondes super-terrestres candidats devrait nous permettre de déterminer s'il existe ou non une enveloppe de gaz autour de chaque planète en question. Notez qu'il existe ici quatre classifications principales du «monde» et que le seuil d'équilibre hydrostatique dépend de la masse, mais seulement de quelques pour cent environ de la taille physique de la planète Terre.

Chen et Kipping, 2016, via https://arxiv.org/pdf/1603.08614v2.pdf

Armés de toutes ces connaissances, que devons-nous faire ? Où tracer la frontière entre planète et non-planète ?

C'est une question compliquée sans réponse facile.

Certains prétendent que tout objet suffisamment massif pour se mettre en équilibre hydrostatique devrait être une planète. Bien qu'il s'agisse d'une position commune parmi les planétologues, cela ajouterait 107 planètes supplémentaires à notre système solaire, dont 19 lunes et 87 objets transneptuniens.

Certains prétendent que tout objet qui s'est formé de la même manière que nos huit planètes devrait rester une planète, quel que soit son emplacement actuel. Mais l'orbite d'une étoile est un critère significatif et important, tout comme l'orbite (potentiellement) avec un certain ensemble de paramètres physiques. Les scientifiques ne sont pas unis.

Sous une coupure de taille de 10 000 kilomètres, il y a deux planètes, 18 ou 19 lunes, 1 ou 2 astéroïdes, . [+] et 87 objets transneptuniens, dont la plupart n'ont pas encore de nom. Tous sont représentés à l'échelle, en gardant à l'esprit que pour la plupart des objets transneptuniens, leurs tailles ne sont connues qu'approximativement. Pluton, à notre connaissance, serait le 10e plus grand de ces mondes.

Montage par Emily Lakdawalla. Données de la NASA/JPL, JHUAPL/SwRI, SSI et UCLA/MPS/DLR/IDA, traitées par Gordan Ugarkovic, Ted Stryk, Bjorn Jonsson, Roman Tkachenko et Emily Lakdawalla

Ce que l'AIU a décidé en 2006, cependant, peut offrir le pire de tous les mondes. La résolution qu'ils ont adoptée disait que si un corps remplissait les trois critères suivants, c'était une planète.

  1. Il doit être en équilibre hydrostatique ou avoir suffisamment de gravité pour lui donner une forme ellipsoïdale.
  2. Il doit être en orbite autour du Soleil et non d'un autre corps.
  3. Et il doit dégager son orbite de tout planétésimal ou concurrent planétaire.

Autrement dit, seul le Soleil peut avoir des planètes dont les exoplanètes seraient exclues. "Nettoyer son orbite" est ambigu et est extrêmement difficile à évaluer, même pour notre propre système solaire. Mais il existe une définition qui aurait du sens, basée uniquement sur des paramètres mesurables astronomiquement.

La ligne scientifique entre le statut planétaire (ci-dessus) et non-planétaire (ci-dessous), pour trois potentiels. [+] définitions d'un phénomène de dégagement d'orbite et d'une étoile égale à la masse de notre Soleil. Cette définition pourrait être étendue à tous les systèmes exoplanétaires que nous pouvons imaginer pour déterminer si un corps candidat répond aux critères, tels que nous les avons définis, pour être classé comme une vraie planète ou non.

Margot (2015), via http://arxiv.org/abs/1507.06300

Bien sûr, la plupart des scientifiques peuvent convenir qu'il est nécessaire de se mettre en équilibre hydrostatique pour obtenir le statut de planète, mais ce n'est guère suffisant. Les planétologues peuvent se contenter d'examiner les propriétés géophysiques d'un monde pour déterminer son statut planétaire, mais les astronomes en demandent plus. Une étude relativement récente de Jean-Luc Margot a proposé une définition selon laquelle tout objet doit être considéré comme une planète s'il répond aux exigences suivantes.

  • Ils orbitent autour de leur étoile mère.
  • Ils dominent leurs orbites en termes de masse et de distance orbitale.
  • Ils élimineraient tous les débris de leur orbite en moins de 10 milliards d'années.
  • Et leurs orbites, à moins d'influences extérieures, seront stables tant que leur étoile existera.

Pour notre système solaire, cela donnerait 8 planètes, ne dépendrait pas de propriétés inobservables et pourrait être facilement étendu aux systèmes exoplanétaires.

L'atmosphère de Pluton, telle qu'elle est imagée par New Horizons lorsqu'elle s'est envolée dans l'ombre de l'éclipse du monde lointain. . [+] Les brumes atmosphériques sont clairement visibles, et ces nuages ​​conduisent à de la neige périodique sur ce monde extérieur et froid. L'atmosphère de Pluton change au fur et à mesure qu'elle passe du périhélie à l'aphélie, et peut continuer à être surveillée par des occultations périodiques. C'est peut-être un monde géologiquement aussi intéressant que Mars.

NASA / JHUAPL / Nouveaux Horizons / LORRI

Il y a beaucoup de gens qui aimeraient voir Pluton retrouver son statut planétaire, et il y a une partie de moi qui a grandi avec Pluton planétaire qui est extraordinairement sympathique à cette perspective. Mais inclure Pluton en tant que planète aboutit nécessairement à un système solaire avec bien plus de neuf planètes. Pluton n'est que la huitième plus grande non-planète de notre système solaire et est clairement un membre plus grand que la moyenne mais par ailleurs typique de la ceinture de Kuiper. Ce ne sera plus jamais la 9ème planète.

Mais ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose. Nous nous dirigeons peut-être vers un monde où les astronomes et les planétologues travaillent avec des définitions très différentes de ce qui atteint la planète, mais nous étudions tous les mêmes objets dans le même Univers. Quel que soit le nom que nous donnons aux objets, quelle que soit la manière dont nous choisissons de les classer, ils ne sont pas moins intéressants ou dignes d'étude. Le cosmos existe simplement tel qu'il est. C'est à l'effort très humain de la science de donner un sens à tout cela.


Planètes et Lunes

10.10.2.2 Compositions atmosphériques dans le contexte des interactions atmosphère-surface

Dioxyde de carbone et N2 sont les principaux composants atmosphériques sur Mars et Vénus ( Tableau 1 ). CO2 est un composant majeur des gaz volcaniques terrestres ( Symonds et al., 1994 ) et pourrait être un produit abondant du dégazage du manteau sur d'autres planètes terrestres. Sur Vénus, la masse de CO atmosphérique2 est similaire à la masse de CO2 étagés dans les carbonates crustaux terrestres ( Tableau 4 ). Cela implique que la majorité du CO2 dégazé sur Vénus réside dans son atmosphère. Sur Mars, la faible masse de CO2 dans l'atmosphère, même normalisée à la masse planétaire, peut indiquer une incorporation précoce de CO 2 en carbonates et/ou dégagement de CO2 dans l'espace.

Tableau 4 . Masses de volatiles dans les coquilles externes de Vénus, Mars et Terre (g)

GazAtmosphère de VénusAtmosphère martienneAtmosphère terrestre, hydrosphère et croûte une
CO24.6 × 10 23 2.1 × 10 19 4.1 × 10 23
N21.1 × 10 22 7.6 × 10 17 5.3 × 10 21
H2O7.0 × 10 18 6.5 × 10 15 2.3 × 10 24
S5.4 × 10 19 &lt2 × 10 12 2.6 × 10 22
Cl1.6 × 10 17 &lt2 × 10 12 3.6 × 10 22
Abondances normalisées aux masses planétaires (g/g)
CO29.45 × 10 −5 3.3 × 10 −8 6.86 × 10 −5
N22.3 × 10 −6 1.2 × 10 −9 8.9 × 10 −7
H2O1.4 × 10 −9 1.0 × 10 −11 3.9 × 10 −4
S1.1 × 10 −8 &lt3 × 10 −15 4.4 × 10 −6
Cl3.3 × 10 −11 &lt3 × 10 −15 6.6 × 10 −6

Dans les deux atmosphères, les espèces traces actives jouent un rôle majeur dans les processus chimiques atmosphériques et l'altération des roches. Sur Mars, les espèces générées photochimiquement (par exemple, CO, O2, H2, H2O2, ô3, HO2, O, OH, H, NON et NON2) répartis dans la basse atmosphère et peuvent affecter la surface ( McElroy et al., 1977 Yung et DeMore, 1999 ). Sur Vénus, les espèces dérivées photochimiquement fortement oxydées sont soumises à des réactions thermochimiques sous les nuages ​​(48-60 km) et peuvent ne pas atteindre la surface. Près de la surface, la chimie atmosphérique est contrôlée par des réactions thermochimiques, à l'exception de l'interaction photochimique entre S3 et S4 des gaz. En revanche, dans l'atmosphère martienne, les processus thermochimiques sont insignifiants en raison des faibles densités et températures.

Sur Mars, les densités de gaz atmosphériques varient avec la saison et la latitude. Condensation saisonnière non symétrique du CO atmosphérique2 provoque des variations de la pression atmosphérique totale ( James et al., 1992 ). De même, l'abondance et la pression partielle (P) de vapeur d'eau dépend fortement de la saison et de la latitude, atteignant les valeurs les plus élevées au printemps dans l'hémisphère nord ( Jakosky et Haberle, 1992 ).

Sur Vénus, les variations altitudinales des concentrations de gaz traces sont causées par des réactions thermochimiques dépendantes de la température et de la pression et par la circulation de Hadley sous le pont nuageux. Les processus thermochimiques sous les nuages ​​créent des gradients de concentration pour au moins plusieurs gaz. Par exemple, l'interaction thermochimique du CO avec les gaz contenant du S pour former du COS pourrait être impliquée par la diminution observée du CO et l'augmentation des abondances de COS vers la surface (par exemple, Krasnopolsky et Pollack, 1994). Le mouvement ascendant des gaz dans la région équatoriale et les downwellings dans les régions polaires de la cellule de Hadley pourraient produire des concentrations plus élevées de CO dans les hautes latitudes et des abondances élevées de COS dans les régions équatoriales.

A la surface de Vénus, la catalyse par les phases solides et la faible circulation de l'air dans la couche limite peuvent permettre un équilibre thermochimique entre au moins certains gaz. Par exemple, un modèle d'équilibration chimique parmi le CO2, CO, COS et SO2 à la surface est conforme aux observations ( Krasnopolsky et Pollack, 1994 Zolotov, 1996 Fegley et al., 1997b ). Les concentrations de plusieurs autres gaz traces près de la surface peuvent également être contrôlées par des équilibres thermochimiques ( Tableau 5 ). La possibilité d'équilibre entre les gaz augmente sous la surface, où la migration des gaz est contrôlée par diffusion à travers les espaces interstitiels. Une porosité élevée facilite les interactions gaz-surface dans la couche proche de la surface. Sans nouvelles données de Vénus, l'hypothèse d'un équilibre thermochimique permet d'évaluer les concentrations de gaz non détectés.

Tableau 5 . Composition de l'atmosphère proche de la surface de Vénus selon un modèle d'équilibre thermochimique pour les conditions au rayon planétaire modal (6051,4 km, 740 K et 95,6 bar), en fraction volumique

GazRapport molaireGazRapport molaire
CO20.965H2S1.1 × 10 −7
N20.035H23.5 × 10 −9
DONC21.3 × 10 −4 S38.5 × 10 −10
H2O3.0 × 10 −5 CS26.5 × 10 −11
COS2.8 × 10 −5 DONC3.1 × 10 −11
CO1.7 × 10 −5 S47.0 × 10 −12
S22.3 × 10 −7 O210 −21.3

Source : Zolotov MYu (1996) Un modèle pour l'équilibre thermique de l'atmosphère vénusienne de surface. Géochimie Internationale 33(10): 80–100.

Above Venus’ surface, especially at elevations of several kilometers, equilibrium predictions are not consistent with observations (e.g., Krasnopolsky and Pollack, 1994 Zolotov, 1996 ). Disequilibria among major chemically active gases (CO2, SO2, CO, COS) in Venus’ highlands constrains the evaluation of atmospheric composition and pathways of gas–mineral interactions.


Final draft proposal

The final, third draft definition proposed on 24 August was:

(1) A planet [1] is a celestial body that (a) is in orbit around the Sun, (b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and (c) has cleared the neighbourhood around its orbit.

(2) A "dwarf planet" is a celestial body that (a) is in orbit around the Sun, (b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape [2], (c) has not cleared the neighbourhood around its orbit, and (d) is not a satellite.

(3) All other objects [3] orbiting the Sun shall be referred to collectively as "Small Solar System Bodies".

[1] The eight planets are: Mercury, Venus, Earth, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune.

[2] An IAU process will be established to assign borderline objects into either dwarf planet and other categories.

[3] These currently include most of the Solar System asteroids, most Trans-Neptunian Objects (TNOs), comets, and other small bodies.

Plenary session debate

Voting on the definition took place at the Assembly plenary session during the afternoon. Following a reversion to the previous rules on 15 August, as a planetary definition is a primarily scientific matter, every individual member of the Union attending the Assembly was eligible to vote.

The IAU Executive Committee presented four Resolutions to the Assembly, each concerning a different aspect of the debate over the definition. [37] Minor amendments were made on the floor for the purposes of clarification.

  • Resolution 5A constituted the definition itself as stated above. There was much discussion among members about the appropriateness of using the expression "cleared the neighbourhood" instead of the earlier reference to "dominant body", and about the implications of the definition for satellites. The Resolution was ultimately approved by a near-unanimous vote.
  • Resolution 5B sought to amend the above definition by the insertion of the word classical before the word planète in paragraph (1) and footnote [1]. This represented a choice between having a set of three distinct categories of body (planet, "dwarf planet" and SSSB) and the opening of an umbrella of 'planets' over the first two such categories. The Resolution proposed the latter option it was defeated convincingly, with only 91 members voting in its favour.
  • Resolution 6A proposed a statement concerning Pluto: "Pluto is a dwarf planet by the above definition and is recognized as the prototype of a new category of trans-Neptunian objects." After a little quibbling over the grammar involved and questions of exactly what constituted a "trans-Neptunian object", the Resolution was approved by a vote of 237–157, with 30 abstentions. [38] A new category of dwarf planet was thus established. It would be named "plutoid" and more narrowly defined by the IAU Executive Committee on 11 June 2008.
  • Resolution 6B sought to insert an additional sentence at the end of the statement in 6A: "This category is to be called 'plutonian objects'." There was no debate on the question, and in the vote the proposed name was defeated by 186–183 a proposal to conduct a re-vote was rejected. An IAU process will be put in motion to determine the name for the new category. [39]

On a literal reading of the Resolution, "dwarf planets" are by implication of paragraph (1) excluded from the status of 'planet'. Use of the word planète in their title may, however, cause some ambiguity.


What is meant by the bifurcation of hydrostatic equilibrium shapes in planetary formation? - Astronomie

Why do the planets rotate? What force cause them to rotate?

There is no force that causes the planets to rotate. Most of the rotation comes about from the conservation of angular momentum. Angular momentum is given by L=m*w*r 2 where m is the mass, w is the angular velocity in radians per second, and r is the radius of the circular motion. Due to conservation of angular momentum, if the radius of the orbit decreases, then its angular velocity must increase (as the mass is constant).

All planetary and stellar systems are born from the collapse of dense interstellar clouds. The clouds may originally be very large (even thousands of light years across). Consider a portion of the cloud the collapses from a size of a light year or so to the size of the solar system. That is a huge change in the size of the system. So, the very slight rotation that the cloud has in the beginning is increased dramatically when the collapse takes place. In fact, this is one of the barriers in star formation: there is excess angular momentum and there has to be a way of losing angular momentum before you can form a star.

Anyway, the bottom line is that stars like the Sun spin from the original angular momentum that was there in the solar nebula from which it formed. Not only that, all orbital motion of the planets (including the spin) is due to this orginal angular momentum.

You are saying that original angular momentum of the cloud causes orbital motions and rotations of the planets(mostly). But in the case of orbital motions we have gravitational force that gives us some restrictions of movement(Kepler laws,for example).

What I am saying is that there will be no planets if there was no initial angular momentum in the primordial solar nebula. If a nebula with absolutely no rotation collapses, then there will only be a central non-rotating star and there will not be any planets. Planets form out of a protostellar disk, which itself forms only because of the initial angular momentum of the cloud. The dynamics of a rotating body is of course controlled by forces like gravity. Kepler's laws are a direct consequence of gravity.

Are there some laws also in the case of rotations?

The only thing that has to be kept in mind in rotation is that it results in a centrifugal acceleration that points radially from the center of motion. Hence, there has to be some force that conteracts this acceleration otherwise the body will fly away (in case of orbital motion) or will disintegrate (in case of spinning). In the case of orbital motion, the counteracting force is gravity gravity causes the body to continually fall towards the center, and this exactly conteracts the force resulting from the centripetal acceleration. In the case of a spinning object, it is the self-adhesion of the body itself that keeps it together. This results in a limit for how fast an object can rotate and still keep itself together. If it rotates too fast, the outward acceleration felt by the elements in the body may be more than the force that keeps them bonded together, and if this happens, the body breaks up. Other than this, there is no real law concerning rotations. (Note that rotational motion involves conservation of angular momentum just like linear motion conserves linear momentum).

This page updated on July 18, 2015.

A propos de l'auteur

Jagadheep D. Pandian

Jagadheep built a new receiver for the Arecibo radio telescope that works between 6 and 8 GHz. He studies 6.7 GHz methanol masers in our Galaxy. These masers occur at sites where massive stars are being born. He got his Ph.D from Cornell in January 2007 and was a postdoctoral fellow at the Max Planck Insitute for Radio Astronomy in Germany. After that, he worked at the Institute for Astronomy at the University of Hawaii as the Submillimeter Postdoctoral Fellow. Jagadheep is currently at the Indian Institute of Space Scence and Technology.


A Certificate of Participation will be awarded to participants who contribute constructively to weekly discussions and exercises/assignments for the duration of the course.

This course is open to everyone, and you don’t need any previous knowledge or experience of the subject to attend.

Our short courses are designed especially for adult learners who want to advance their personal or professional development. They are taught by tutors who are expert in both their subjects and in teaching students of all ages and experiences.

Please note that all teaching is in English. You should have near-native command of the English language in order to get the maximum benefit from the course.

The course fee includes access to the course on our Virtual Learning Environment (VLE), personal feedback on your work from an expert tutor, a Certification of Participation (if you complete work and take part in discussions), and access to the class resources for two years after your course finishes.

VAT does not apply to course fees and there is no service charge (gratuities to domestic staff are left to your discretion).


Voir la vidéo: Hydrostatique - Essence en branche de droite et gauche et de leau servant de plan déquilibre (Août 2021).