Astronomie

Si un système solaire était entouré d'un nuage de débris, est-il possible que l'orbite d'une planète le coupe ?

Si un système solaire était entouré d'un nuage de débris, est-il possible que l'orbite d'une planète le coupe ?

Je fais des recherches pour une histoire que j'écris et j'aimerais avoir des conseils de physique pour savoir si un système hypothétique de corps célestes est possible.

Supposons ce qui suit :

  • Un système de planètes en orbite autour d'une étoile, de taille similaire à la nôtre.
  • Un nuage de débris (Astéroïdes, déchets technologiques et poussières) entoure l'ensemble du système, semblable à la description d'un essaim de Dyson.
  • La planète la plus éloignée orbitant sur un chemin qui coupe le nuage pendant une petite partie de son année, mais est dans le nuage pendant la majeure partie de son année.

Cette configuration est-elle possible dans le cadre de notre compréhension de la physique, ou la gravité ferait-elle «s'accrocher» les objets du nuage et de la planète la plus éloignée sur une orbite qui ne se coupe pas ? La planète "capturerait-elle" les objets de l'essaim sur sa propre orbite ?

Mon histoire se déroule à l'intérieur d'un essaim ou d'une bulle Dyson, où les voyages interplanétaires se sont développés à un degré raisonnable, mais ne peuvent échapper à l'essaim. Une zone d'intrigue pourrait être la planète la plus éloignée. S'il peut être posé alors qu'il est en orbite dans l'essaim, les gens pourraient « chevaucher » la planète de l'autre côté s'ils y restaient pendant un certain nombre d'années ou y entraient en stase.

Toutes les pensées ou opinions sont grandement appréciées.


Le système solaire EST entouré d'un nuage de débris, issu de sa formation. Ces débris s'appellent le nuage d'Oort et se composent de milliers de corps ressemblant à des comètes, parfois décrits comme des boules de neige sales. Aucune des planètes majeures connues ne les traverse, mais il y a quelques années, certains astronomes semblaient certains d'avoir détecté des signes d'une 9ème planète majeure beaucoup plus loin que les autres. Ils ont prédit que ce n'était qu'une question de temps avant que cette planète ne soit découverte, mais jusqu'à présent, cela n'a pas été le cas. S'il existe effectivement une telle planète et qu'une partie de son orbite passe par le nuage d'Oort, elle finira probablement par balayer une voie à travers elle. La planète ne serait pas un endroit agréable à vivre, car il est probable qu'elle ait une température proche de celle de l'azote liquide et soit fréquemment frappée par des comètes et d'autres débris.


Des collisions « sales » mettent en lumière la formation de la planète

Les collisions imparfaites peuvent aider à expliquer les écarts dans les modèles de formation des planètes.

Le système solaire primitif était un endroit violent et chaotique, avec des débris qui s'écrasaient sur des planètes en croissance. Parfois, le matériau tombait sur un embryon planétaire, et d'autres fois, il effaçait le monde potentiel. Maintenant, de nouvelles recherches sur ces collisions aident à faire la lumière sur la façon dont les planètes sont apparues – ou non – au début du système solaire.

Les modèles planétaires sont incroyablement complexes, obligeant les scientifiques à rendre compte de tout ce qui arrive à une planète en croissance sur des échelles de temps allant de quelques jours à des millions d'années. Dans le passé, les astronomes simplifiaient leurs modèles d'objets en collision en supposant que tout le matériel de l'impacteur et de sa cible fusionnait parfaitement en un seul objet - une attente irréaliste, car au moins certaines pièces seraient très probablement projetées dans l'espace et perdu. Mais parce que les ordinateurs du passé étaient moins puissants que ceux d'aujourd'hui, les scientifiques ont été contraints à la simplification.

Au cours de la dernière décennie, cependant, les améliorations de la puissance de calcul ont permis aux chercheurs de commencer à étudier des scénarios de collision plus réalistes. Désormais, les scientifiques peuvent modéliser ce que l'on appelle les collisions avec délit de fuite, où deux corps s'égratignent au passage, ou même l'annihilation totale qui pourrait se produire lorsque deux embryons planétaires s'entrechoquaient. Ces "collisions sales" imparfaites affectent non seulement la croissance des grandes planètes, mais contribuent également à expliquer leurs orbites.

"La prise en compte des impacts de fuite et des perturbations gravitationnelles des fragments éjectés dans nos modèles conduit à des orbites finales plus réalistes pour la Terre et Vénus", a déclaré à Space.com l'auteur principal Matt Clement, modélisateur de planètes à l'Université d'Oklahoma. e-mail.


Une exoplanète bien-aimée se transforme en poussière

Images de Fomalhaut du télescope spatial Hubble. Fomalhaut b, autrefois considérée comme une planète massive, est maintenant connue pour être un nuage de poussière en expansion. Un anneau de débris glacés en forme de ceinture de Kuiper entoure l'étoile. Image via NASA/ ESA/ A. Gáspár/ G. Rieke (Université de l'Arizona)/ Hubblesite.

Quand une planète n'est-elle pas vraiment une planète ? De nombreuses nouvelles exoplanètes (plus de 4 000 à ce jour à ce jour) ont été découvertes et confirmées en orbite autour d'autres étoiles. Mais, parfois, tout peut ne pas être tout à fait comme il apparaît au premier abord. Rencontrez Fomalhaut b, considéré comme un monde massif et considéré comme l'une des seules exoplanètes à avoir été directement imagée à ce jour. Ce monde orbite autour de l'étoile brillante Fomalhaut dans la constellation australe Piscis Austrinus. Elle n'est qu'à 25 années-lumière et si appréciée qu'elle faisait partie du premier groupe d'exoplanètes à avoir reçu des noms propres, en l'occurrence Dagon. Hélas. De nouvelles observations du télescope spatial Hubble ont montré que Fomalhaut b ou Dagon a apparemment disparu. Les résultats suggèrent que la planète bien-aimée n'était pas du tout une planète, mais plutôt un nuage de poussière en expansion qui s'est formé après la collision de deux grands corps glacés.

Les résultats décevants, mais toujours fascinants, évalués par des pairs de chercheurs de l'Université de l'Arizona ont été publiés le 20 avril 2020 dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.

L'annonce que Fomalhaut b ou Dagon avait été photographié avait fait sensation en 2008. Jusqu'à présent, on pensait qu'il s'agissait d'une planète massive. Mais la nouvelle étude réfute que :

Bien qu'à l'origine considérée comme une exoplanète massive, la faiblesse de Fomalhaut b dans l'infrarouge et son incapacité à perturber l'anneau de débris de Fomalhaut indiquent une faible masse. Nous utilisons toutes les données disponibles pour révéler qu'il s'est estompé en luminosité et a augmenté en étendue, avec un mouvement cohérent avec une orbite qui s'échappe. Ce comportement confirme les suggestions selon lesquelles la source est un nuage de poussière en dispersion, produit par une collision massive entre deux planétésimaux. La signature visible semble être de la poussière très fine s'échappant sous l'influence de la pression de rayonnement.

Sur la base des données du télescope spatial Hubble (HST), les chercheurs pensent maintenant que le nuage de poussière de Fomalhaut b est le résultat de la collision de 2 gros corps glacés. Image via ESA/ NASA/ M. Kornmesser/ Télescope spatial Hubble.

Beaucoup seront déçus de cette nouvelle concernant Fomalhaut b. L'astronome András Gáspár de l'Université de l'Arizona était l'auteur principal du nouveau document d'étude. Il essayait clairement de faire de la limonade à partir de citrons lorsqu'il a déclaré dans un communiqué :

Ces collisions sont extrêmement rares, et c'est donc un gros problème que nous puissions en voir une. Nous pensons que nous étions au bon endroit au bon moment pour assister à un événement aussi improbable avec le télescope spatial Hubble de la NASA.

Notre étude, qui a analysé toutes les données d'archives disponibles de Hubble sur Fomalhaut, a révélé plusieurs caractéristiques qui ensemble brossent un tableau selon lequel l'objet de la taille d'une planète n'a peut-être jamais existé.

Bah ! Malédictions ! Les rats! Etc.

George Rieke de l'observatoire Steward de l'Université d'Arizona a ajouté :

Le système Fomalhaut est le laboratoire de test ultime pour toutes nos idées sur l'évolution des exoplanètes et des systèmes stellaires. Nous avons des preuves de telles collisions dans d'autres systèmes, mais aucune de cette ampleur n'a été observée dans notre système solaire. Ceci est un schéma de la façon dont les planètes se détruisent les unes les autres.

L'étoile Fomalhaut vue par des télescopes terrestres le 13 novembre 2008. Image via NASA/ ESA/ Digitized Sky Survey 2/ Davide De Martin (ESA/Hubble)/ Hubble Space Telescope.

D'accord. Au lieu d'une énorme planète, l'objet photographié et étiqueté Fomalhaut b, par la suite nommé Dagon, était un nuage de poussière en expansion. Comme il est si loin de nous, il ressemble toujours essentiellement à un point brillant dans les images, mais une analyse supplémentaire de Hubble, qui n'était pas possible auparavant, a révélé Fomalhaut b pour ce qu'il est vraiment. Un nuage de poussière provenant d'une collision aiderait également à expliquer son orbite très excentrique.

Les images de 2014 ont montré que l'objet avait pratiquement disparu, par rapport à ce qu'il était dans les images précédentes. Gaspar a dit :

De toute évidence, Fomalhaut b faisait des choses qu'une véritable planète ne devrait pas faire.

Les chercheurs estiment que la collision s'est produite assez récemment, peu de temps avant que les premières images ne soient prises. Depuis lors, le nuage de poussière s'est étendu et dispersé, et ne peut plus être détecté par Hubble. Elle est maintenant beaucoup plus grande que n'importe quelle planète ne pourrait jamais l'être (mais extrêmement diffuse), de la taille de l'orbite de la Terre autour du soleil. La taille des particules de poussière est estimée à environ 1 micromètre (1/50e du diamètre d'un cheveu humain).

Non seulement Fomalhaut b ne ressemble plus à une planète, mais elle ne bouge pas non plus comme telle. Il ne tourne pas autour de son étoile sur une belle orbite elliptique comme le ferait une planète, mais semble plutôt être sur une trajectoire de fuite qui finira par l'éloigner de son étoile. Cela correspond également au fait que Fomalhaut b est un nuage de poussière. Gaspar a dit :

Un nuage de poussière massif récemment créé, subissant des forces radiatives considérables de l'étoile centrale Fomalhaut, serait placé sur une telle trajectoire. Notre modèle est naturellement capable d'expliquer tous les paramètres observables indépendants du système : son taux d'expansion, son évanouissement et sa trajectoire.

Concept d'artiste de Fomalhaut b quand on pensait qu'il s'agissait d'une exoplanète. Image via ESA/ NASA/ L. Calcada (ESO pour STScI)/ Wikipédia.

Il existe également des indices provenant de l'anneau de débris glacés qui entoure l'étoile, qui ressemble beaucoup à la ceinture de Kuiper qui entoure notre soleil au-delà de Neptune. Les chercheurs estiment que bon nombre de ces corps gelés mesurent environ 200 kilomètres de diamètre. Des collisions entre eux pourraient créer des nuages ​​de poussière comme Fomalhaut b, qui réside à l'intérieur de cet anneau. En fait, une modélisation dynamique de la poussière sophistiquée réalisée par les chercheurs a montré que pratiquement toutes les caractéristiques du nuage de poussière pouvaient être expliquées de cette façon. De telles collisions sont probablement rares, cependant, ne se produisant qu'une fois tous les 200 000 ans environ.

Bien que Hubble ait à peu près mis le clou dans le cercueil de Fomalhaut b en tant que planète, les scientifiques sont toujours impatients de continuer à l'observer. Le prochain télescope spatial James Webb (JWST) étudiera le système Fomalhaut au cours de sa première année d'exploitation, y compris une imagerie directe supplémentaire. Pour la première fois, les scientifiques pourront résoudre la ceinture d'astéroïdes d'un système planétaire extrasolaire.

Ce n'est pas parce que Fomalhaut b s'est avéré être une non-planète qu'il ne peut pas y avoir d'autres planètes dans le système, attendant toujours d'être découvertes. Fomalhaut est toujours entouré de son disque circumstellaire, après tout. Les observations de missions comme Kepler et d'autres ont montré que presque toutes les étoiles ont au moins une planète et que de nombreuses étoiles, comme notre soleil, ont plusieurs planètes. En fait, on estime maintenant qu'il y a plus de planètes dans notre galaxie que d'étoiles ! Il y a donc encore de bonnes chances que Fomalhaut ait également au moins une planète.

Alors ne vous inquiétez pas. Bien que Fomalhaut b ait peut-être perdu son statut d'exoplanète, il existe encore des milliers d'autres exomondes connus (et confirmés), et bien d'autres encore attendent d'être découverts.

András Gáspár de l'Université de l'Arizona, auteur principal du nouveau document d'étude. Image via l'Université de l'Arizona.

Bottom line: L'exoplanète bien-aimée Fomalhaut b ou Dagon - considérée comme le premier exomonde à être imagée directement - semble maintenant ne pas être une planète après tout, selon de nouvelles observations du télescope spatial Hubble.


Le jeune Jupiter a anéanti les premières planètes intérieures du système solaire, selon une étude

Avant que Mercure, Vénus, la Terre et Mars n'occupent le système solaire interne, il se peut qu'il y ait eu une génération précédente de planètes qui étaient plus grandes et plus nombreuses – mais ont finalement été condamnées par Jupiter, selon une nouvelle étude.

Si le système solaire primitif était en effet peuplé de soi-disant super-Terres, il aurait ressemblé beaucoup plus aux systèmes planétaires trouvés ailleurs dans la galaxie, ont écrit des scientifiques lundi dans les Actes de la National Academy of Sciences.

Le télescope spatial Kepler de la NASA a trouvé plus de 1 000 planètes en orbite autour d'autres étoiles, ainsi que plus de 4 000 autres objets que l'on pense être des planètes mais qui n'ont pas encore été confirmés. Kepler trouve ces planètes en observant leurs étoiles hôtes et en enregistrant de minuscules baisses de leur luminosité - un signe qu'elles sont légèrement assombries par une planète qui passe devant elles.

De plus, des télescopes au sol ont détecté des centaines d'exoplanètes en mesurant les ondulations d'étoiles lointaines. Ces étoiles se tortillent grâce à l'attraction gravitationnelle des planètes en orbite, et l'effet Doppler permet d'estimer la taille de ces planètes.

Plus les astronomes découvraient de systèmes planétaires, plus notre propre système solaire ressemblait à un excentrique. Les exoplanètes – du moins celles assez grandes pour que nous puissions les voir – avaient tendance à être plus grosses que la Terre, avec des orbites étroites qui les rapprochaient beaucoup plus de leurs étoiles hôtes. Dans les systèmes multiplanétaires, ces orbites avaient tendance à être beaucoup plus rapprochées qu'elles ne le sont dans notre système solaire. Par exemple, l'étoile connue sous le nom de Kepler-11 a six planètes plus proches d'elle que Vénus ne l'est du soleil.

Pourquoi notre système solaire est-il si différent ? Les astrophysiciens Konstantin Batygin de Caltech et Greg Laughlin de l'UC Santa Cruz l'ont résumé en un mot : Jupiter.

Voici ce qui aurait pu se passer, selon leurs modèles :

Dans le système solaire 1.0, la région la plus proche du soleil était occupée par de nombreuses planètes avec des masses plusieurs fois plus grandes que celle de la Terre. Il y avait aussi des planétésimaux, des "blocs de construction planétaires" qui se sont formés dans le premier million d'années après la naissance du soleil, ont écrit Batygin et Laughlin.

C'est ainsi que les choses auraient pu rester si le jeune Jupiter était resté sur son orbite initiale, entre 3 et 10 unités astronomiques du soleil. (Une unité astronomique, ou UA, est la distance entre la Terre et le soleil. Aujourd'hui, l'orbite de Jupiter se situe entre 5 et 5,5 UA du soleil.)

Mais Jupiter était agité, selon un scénario connu sous le nom de "Grand Tack". Dans cette version des événements, Jupiter a été balayée par les courants de gaz qui entouraient le jeune soleil et ont dérivé vers le centre du système solaire.

Jupiter, cependant, était trop gros pour voyager seul. Toutes sortes d'objets plus petits auraient également été entraînés. Avec autant de corps en mouvement, il y aurait eu beaucoup d'accidents.

Le résultat a été « une cascade de collisions qui réduit la population planétésimale à des tailles plus petites », ont écrit les astrophysiciens. Pour la plupart, ces miettes planétaires ont été balayées vers le soleil et finalement détruites, comme des satellites en désintégration retombant sur Terre.

Les planétésimaux n'auraient pas été les seules victimes de Jupiter. En supposant que le système solaire primitif ressemblait aux systèmes planétaires espionnés par Kepler et d'autres télescopes, il y aurait eu « une population similaire de planètes de première génération », a écrit le couple. « Si de telles planètes se formaient, cependant, elles étaient détruites. »

Jupiter s'est probablement approché aussi près du soleil que Mars l'est aujourd'hui avant de changer de cap, entraîné par la gravité de Saturne nouvellement formée. Cela aurait mis fin au chaos dans le système solaire interne, permettant à la Terre et aux autres planètes rocheuses de se former à partir des débris qui restaient.

"Ce scénario fournit une explication naturelle pour laquelle le système solaire interne ne ressemble guère aux systèmes multiplanétaires omniprésents" découverts par Kepler et d'autres efforts d'enquête, ont écrit Batygin et Laughlin.

Bien que leurs modèles montrent que c'est ce que force se sont produits, ils ne prouvent pas que cela a fait. Mais il existe peut-être un moyen de se rapprocher de la vérité.

Les équations des scientifiques suggèrent que si une étoile est en orbite autour d'un amas de planètes proches, il n'y aura pas de planète plus grande et plus éloignée dans le même système. Au fur et à mesure que les astronomes découvrent de plus en plus de systèmes exoplanétaires, ils peuvent voir si cette prédiction tient.

De plus, si des systèmes solaires lointains subissent une série d'événements similaires, les télescopes devraient être capables de détecter la chaleur supplémentaire dégagée par toutes les collisions planétésimales, ont-ils ajouté.

Malheureusement pour ceux qui espèrent trouver de la vie sur d'autres planètes, les calculs de la paire impliquent également que la plupart des planètes de la taille de la Terre manquent d'eau et d'autres composés essentiels pouvant exister sous forme liquide ou solide. En conséquence, ils seraient « inhabitables », ont-ils écrit.

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Si un système solaire était entouré d'un nuage de débris, est-il possible que l'orbite d'une planète le coupe ? - Astronomie

Points clés : Comment les planètes sont détectées ou supposées être présentes autour d'autres étoiles à quel point elles sont communes comment les systèmes planétaires connus se comparent au système solaire

Nous trouvons des preuves de planètes massives autour de nombreuses étoiles à partir de décalages Doppler indiquant quelque chose d'invisible en orbite autour de l'étoile . Cette animation est basée sur un système réel ( de Sylvain G. Korzennik, http://cfa-www.harvard.edu/afoe/orbits/ ) . Si vous regardez attentivement, vous pouvez voir un petit mouvement de l'étoile autour de son centre de masse commun et de la planète massive en orbite. Le décalage Doppler résultant des raies stellaires est montré dans le graphique en bas. L'effet net est juste terminé + 50 m/s, environ + 0,00002%. Il est juste possible de détecter un si petit décalage dans les longueurs d'onde des raies spectrales. Une planète de la taille de la Terre produirait des déplacements plus de cent fois plus petits, moins que ce que nous pouvons mesurer. De plus, une grande planète trop éloignée de l'étoile produirait un recul trop lent pour que nous l'ayons détecté. Ces systèmes doivent être des exemples où une planète géante gazeuse s'est formée loin de l'étoile et a migré vers l'intérieur comme décrit ci-dessus.

Ce diagramme montre ce qui se passe plus en détail. (De The Essential Cosmic Perspective, par Bennett et al.)

Voici un échantillon des planètes trouvées (pour la plupart) de cette façon. La colonne verticale de disques jaunes à gauche représente les étoiles, tandis que les autres disques avec des nuances noires sont des planètes. Les masses sont comparées à celle de Jupiter. Il y a 178 planètes dans 150 systèmes dans ce chiffre, mais le nombre TOTAL de planètes que nous connaissons vient de dépasser 700 ! (de l'Encyclopédie Exoplanet, http://exoplanet.eu/ )

Comment tant de planètes géantes se sont-elles retrouvées si près de leurs étoiles ? Toutes ces planètes sont à peu près aussi massives que Jupiter, mais la plupart d'entre elles se trouvent plus près de leurs étoiles que la terre ne se trouve au soleil.

Autour d'autres étoiles, certains des planétésimaux qui ne se sont pas collés pour former des planètes avaient encore une grande influence sur leurs systèmes. Les planètes géantes ont dû en traverser des essaims, et elles ont ralenti les planètes un peu comme si beaucoup d'insectes frappant le pare-brise de votre voiture le ralentiraient. Ces planétésimaux ont été jetés sur des orbites excentriques ou éjectés des systèmes, mais les planètes géantes ont migré vers l'intérieur, souvent sur des orbites très proches des étoiles.

raymonsn/graphics.html Raymond, Mandell & Sigurdsson (2006, Science, 313, 1413-1416), Sean Raymond

Heureusement, cela ne s'est pas produit dans le système solaire. (de Stephan Kane, IPAC, via http://exep.jpl.nasa.gov/newsletterImages/issue9comic.gif )

Une autre approche pour trouver des planètes consiste à rechercher la petite réduction de la lumière d'une étoile lorsqu'une planète passe entre nous et elle - un transit. Cela nécessite que l'orbite de la planète soit alignée de la même manière, mais nous en connaissons environ trois douzaines d'exemples. L'une est lorsque Mercure ou Vénus passent entre nous et le soleil :

Le satellite Kepler a été construit pour rechercher des planètes en transit (et certaines ont également été trouvées par la mission CoROT précédente). Voici un exemple - une planète qui absorbe près de 1% de la lumière de l'étoile lorsqu'elle passe devant elle. Cette planète orbite autour de son étoile en un peu moins de 5 jours, et a une masse d'environ 40% aussi grande que celle de Jupiter.
Cette animation montre les candidats de systèmes à plusieurs planètes trouvés par la mission Kepler en février 2012 : 885 candidats dans 361 systèmes. Les rayons des orbites sont à l'échelle les uns par rapport aux autres, mais les orbites et les tailles des planètes sont à des échelles différentes. Les couleurs sont dans l'ordre de la taille de l'orbite : les systèmes à deux planètes (242 en tout) ont une planète extérieure jaune Les systèmes à 3 planètes (85) les systèmes à 4 planètes verts (25) bleu clair à 5 planètes (8) bleu foncé à 6 planètes (1, Kepler-11, violet). (à partir du site Web de la mission Kepler, http://kepler.nasa.gov/multimedia/animations/?ImageID=219)
Le plus spectaculaire à certains égards est le système autour de l'étoile HD 10180, une étoile semblable au soleil. Les changements de vitesse radiale complexes de cette étoile nécessitent au moins cinq planètes pour s'expliquer, à des distances de 0,06 à 1,42 UA de l'étoile et avec des masses similaires à celles d'Uranus et de Neptune. Il peut y avoir une autre planète presque aussi petite que la Terre très proche de l'étoile (si cette planète est vraiment là, elle orbite autour de l'étoile en un peu plus d'une journée) et une autre comme Saturne à 3,4 UA d'elle. Dans le concept de cet artiste, nous regardons le limbe de cette planète géante vers l'étoile juste au moment où deux des plus petites planètes se déplacent devant elle et les autres sont alignées de chaque côté. (ce travail utilise le spectromètre de vitesse radiale HARPS de l'Observatoire européen austral).

Bien que nous puissions attribuer à Bruno le mérite d'être scientifiquement en avance sur son temps, il n'avait vraiment aucune preuve - et était franc sur d'autres questions qui étaient contraires à la doctrine religieuse. Il a passé les sept dernières années de sa vie en prison (pendant son procès) et a ensuite été brûlé vif. Néanmoins, nous rassemblons maintenant des preuves scientifiques que ses déclarations étaient correctes !

Plus de 700 planètes sont maintenant connues avec certitude et il y en a des milliers d'autres qui sont probables (d'après Kepler). Presque tous ces exemples sont des planètes géantes qui ont migré vers l'intérieur vers des orbites très proches de leurs étoiles. Jusqu'à 10 % des étoiles comme le Soleil ont de telles planètes, le processus doit donc être commun. Pourquoi cela ne s'est-il pas produit dans le système solaire (avec des conséquences potentiellement désastreuses pour la Terre) ? Il est proposé que nous ayons été sauvés par l'accident de la formation de deux planètes massives proches l'une de l'autre, et que la résonance orbitale qui a causé le dernier bombardement lourd a également stabilisé les orbites de Jupiter et de Saturne là où elles se trouvent à ce jour.

Aucun de ces systèmes ne nous permet de voir comment des systèmes comme le nôtre ont évolué, tous sont trop différents du nôtre, et nous les voyons à un moment aléatoire tard dans leur évolution. Nous avons besoin d'une approche différente pour en savoir plus sur l'évolution de systèmes comme le nôtre. Nous nous intéressons aux systèmes où la migration massive de planètes n'a pas eu lieu, c'est-à-dire les systèmes qui ont évolué plus comme le système solaire.

En fait, nous aimerions prendre des photos d'autres planètes. Cependant, voir des planètes normales en orbite, même les étoiles les plus proches, est beaucoup plus difficile que d'observer des reculs ou des transits Doppler, à la fois parce que les planètes sont si faibles, et parce qu'elles ont tendance à se perdre dans l'éclat de l'étoile elle-même. Les étoiles sont plus d'un milliard de fois plus lumineuses. Le défi est comme essayer de prendre une photo d'une luciole entourant le faisceau d'un phare - sauf que c'est plus difficile parce que les étoiles ne s'éteignent jamais. (de l'équipe d'engagement public du programme Navigator, NASA, http://planetquest.jpl.nasa.gov)
Nous développons des instruments capables de bloquer la lumière de l'étoile, mais ils ne sont pas assez bons pour sonder les planètes qui ont migré sur des orbites étroites. Heureusement, il existe également de nombreux exemples d'étoiles entourées de disques circumstellaires de débris. La poussière et les petits grains de ces disques seront soit soufflés loin de l'étoile, soit tomberont dedans dans environ un million d'années seulement. Par conséquent, les débris doivent être renouvelés - nous pensons que cela se produit lorsque de petites planètes, généralement à l'échelle des gros astéroïdes du système solaire - entrent en collision les unes avec les autres. (de Robert Hurt, SSC). Les disques de débris nécessitent donc des systèmes où les petites planètes sont sur de grandes orbites, laissant entendre qu'il pourrait également y avoir de grandes planètes loin des étoiles dans ces systèmes. Cela s'est avéré correct ! Un exemple est dans les images du télescope Hubble (HST) à droite. Fomalhaut a environ 200 millions d'années. L'anneau étroit est un système de débris provenant de collisions récentes qui a produit un nuage de poussière que nous voyons maintenant se répandre en orbite autour de l'étoile. Le bord intérieur tranchant est maintenu par une planète massive, dont le mouvement orbital est visible dans l'encart en bas à droite. (D'après NASA, ESA, P. Kalas et al. http://apod.nasa.gov/apod/ap081114.html)
Le disque de débris a été découvert pour la première fois en raison de l'émission infrarouge de sa poussière chauffée. Ces images sont tournées vers la vraie orientation sur le ciel (celle du HST a été fixée horizontalement). Ils sont à 70 microns (télescope Herschel, d'Acke et al.) montrant à peu près le même anneau que celui vu par HST, mais à une résolution inférieure) et à environ 1 mm (ALMA, de Sky & Telescope)). A 70 microns, nous voyons le côté de l'anneau le plus proche de l'étoile chauffé à une température plus élevée, ce décalage de l'anneau peut être vu dans l'image HST ci-dessus. L'image de 1 mm (juste une partie de l'anneau) est en bleu superposée à celle du HST dans l'optique. A 1 mm on voit les plus grosses particules (sable et gravier) qui produisent la poussière vue chauffée à 70 microns et diffusant la lumière dans le visible (on voit aussi l'étoile aux deux longueurs d'onde).
Un deuxième exemple est HR 8799. Quatre planètes massives ont été découvertes par Marois et d'autres (voir ci-dessous), tandis que Su, Rieke et d'autres ont photographié l'énorme système de débris (concept de l'artiste à droite). Cette étoile est beaucoup plus jeune que Fomalhaut, peut-être 30 millions d'années. On ne pense pas que les quatre planètes puissent rester sur des orbites stables et que l'une d'entre elles puisse être éjectée du système. Ils remuent également les petits corps dans le disque de débris, provoquant de nombreuses collisions, de sorte que le disque est très brillant. Les petits grains de poussière faiblement liés sont sur des orbites très excentriques s'étendant jusqu'à 1000 UA de l'étoile, tandis que de minuscules grains sont éjectés complètement à travers impacts avec les photons de l'étoile. (image de la planète de Marois et al., http://solarsystemwatch.blogspot.com/2010/12/hr-8799-hosts-jumbo-planetary-system.html, concept de disque de G. Rieke)

Nous connaissons environ 300 étoiles avec des disques de débris, indiquant des systèmes planétaires évoluant activement (et entrant en collision) autour d'elles. Le stade intense du disque de débris semble durer environ 100 millions d'années, après quoi la plupart des systèmes planétaires semblent s'être "stabilisés" et avoir un taux de collisions et de génération de débris plus faible. Cette période correspond assez bien aux estimations théoriques du temps nécessaire à notre système solaire pour s'installer. Comme les trois exemples ci-dessus, peut-être que toutes ces étoiles abritent des systèmes planétaires, mais le reste est trop faible pour que nous puissions encore les imaginer.


DEVELOPPEMENTS récents

À ce jour, aucune mission n'a été envoyée pour explorer le nuage d'Oort, mais cinq engins spatiaux finiront par s'y rendre, selon la NASA. 3 Ces engins spatiaux incluent Voyager 1 et 2, New Horizons et Pioneer 10 et 11. Un obstacle majeur, tel que discuté dans cet article, est que le nuage d'Oort est si éloigné. Par conséquent, la source d'alimentation des cinq vaisseaux spatiaux sera morte des siècles avant qu'ils n'atteignent le bord intérieur du nuage d'Oort. Pour mettre les choses en perspective, Voyager 1 est la plus rapide et la plus éloignée des sondes spatiales interplanétaires quittant actuellement le système solaire. Même si Voyager 1 voyage à environ un million de kilomètres par jour, il faudra environ 300 ans au vaisseau spatial pour atteindre la limite interne du nuage d'Oort et environ 30 000 ans pour sortir de l'autre côté. 3 Cette longue expédition est quelque chose que les astronomes sont en train de concevoir.

Figure 10 : Voyager 1 Avec l'aimable autorisation de la NASA/JPL-Caltech https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-of-voyager/

L'exploration et l'étude du nuage d'Oort et des matériaux issus du nuage d'Oort continuent d'être poursuivies par la communauté astronomique du monde entier. Par exemple, l'Agence spatiale européenne a proposé le lancement d'une mission Comet Interceptor en 2028 qui vise à devenir le premier vaisseau spatial à obtenir un gros plan d'une comète ou d'un objet interstellaire « dynamiquement nouveau » qui n'est jamais passé près du soleil auparavant. 17 Jusqu'à présent, les engins spatiaux n'ont visité que des comètes qui ont effectué des passages répétés à proximité du soleil, où le rayonnement solaire décompose la glace et d'autres matériaux qui témoignent de la naissance du système solaire. Le type de comètes recherché par cette mission est originaire du nuage d'Oort. Le professeur Colin Snodgrass, astronome à l'Université d'Édimbourg et directeur adjoint de l'équipe scientifique Comet Interceptor, estime que le Large Synoptic Survey Telescope (LSST), actuellement en construction au Chili, sera essentiel pour trouver une destination pour la comète. 17 Le nouveau télescope devrait être opérationnel d'ici la fin de 2022 et sera capable de détecter des astéroïdes plus petits et des comètes plus éloignés du soleil que jamais. Avec ce développement, "les scientifiques s'attendent à trouver des comètes avec jusqu'à cinq ou six ans d'avertissement avant qu'elles n'atteignent le périhélie, le point le plus proche du soleil dans leurs trajectoires". , et l'atteindre.


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En 1984, un disque de débris a été détecté autour de l'étoile Vega à l'aide du satellite IRAS. Initialement, on croyait que c'était un disque protoplanétaire, mais on sait maintenant qu'il s'agit d'un disque de débris en raison du manque de gaz dans le disque et de l'âge de l'étoile. Les quatre premiers disques de débris découverts avec IRAS sont connus sous le nom de "quatre fabuleux": Vega, Beta Pictoris, Fomalhaut et Epsilon Eridani. Par la suite, des images directes du disque Beta Pictoris ont montré des irrégularités dans la poussière, qui ont été attribuées à des perturbations gravitationnelles par une exoplanète invisible. [6] Cette explication a été confirmée avec la découverte en 2008 de l'exoplanète Beta Pictoris b. [7]

D'autres étoiles hébergeant des exoplanètes, dont la première découverte par imagerie directe (HR 8799), sont connues pour héberger également des disques de débris. L'étoile voisine 55 Cancri, un système qui est également connu pour contenir cinq planètes, aurait également un disque de débris, [8] mais cette détection n'a pas pu être confirmée. [9] Les structures dans le disque de débris autour d'Epsilon Eridani suggèrent des perturbations par un corps planétaire en orbite autour de cette étoile, qui peuvent être utilisées pour contraindre la masse et l'orbite de la planète. [dix]

Le 24 avril 2014, la NASA a signalé la détection de disques de débris dans des images d'archives de plusieurs jeunes étoiles, HD 141943 et HD 191089, vues pour la première fois entre 1999 et 2006 avec le télescope spatial Hubble, en utilisant des processus d'imagerie nouvellement améliorés. [11]

En 2021, les observations d'une étoile, VVV-WIT-08, qui s'est obscurcie pendant une période de 200 jours peuvent avoir été le résultat d'un disque de débris passant entre l'étoile et les observateurs sur Terre. [12] Two other stars,Epsilon Aurigae and TYC 2505-672-1, are reported to be eclipsed regularly and it has been determined that the phenomenon is the result of disks orbiting them in varied periods, suggesting that VVV-WIT-08 may be similar and have a much longer orbital period that just has been experienced by observers on Earth. VVV-WIT-08 is ten times the size of the Sun in the constellation of Sagittarius.

During the formation of a Sun-like star, the object passes through the T-Tauri phase during which it is surrounded by a gas-rich, disk-shaped nebula. Out of this material are formed planetesimals, which can continue accreting other planetesimals and disk material to form planets. The nebula continues to orbit the pre-main-sequence star for a period of 1–20 million years until it is cleared out by radiation pressure and other processes. Second generation dust may then be generated about the star by collisions between the planetesimals, which forms a disk out of the resulting debris. At some point during their lifetime, at least 45% of these stars are surrounded by a debris disk, which then can be detected by the thermal emission of the dust using an infrared telescope. Repeated collisions may cause a disk to persist for much of the lifetime of a star. [13]

Typical debris disks contain small grains 1–100 μm in size. Collisions will grind down these grains to sub-micrometre sizes, which will be removed from the system by radiation pressure from the host star. In very tenuous disks such as the ones in the Solar System, the Poynting–Robertson effect can cause particles to spiral inward instead. Both processes limit the lifetime of the disk to 10 Myr or less. Thus, for a disk to remain intact, a process is needed to continually replenish the disk. This can occur, for example, by means of collisions between larger bodies, followed by a cascade that grinds down the objects to the observed small grains. [14]

For collisions to occur in a debris disk, the bodies must be gravitationally perturbed sufficiently to create relatively large collisional velocities. A planetary system around the star can cause such perturbations, as can a binary star companion or the close approach of another star. [14] The presence of a debris disk may indicate a high likelihood of exoplanets orbiting the star. [15] Furthermore, many debris disks also show structures within the dust (for example, clumps and warps) that point to the presence of one or more exoplanets within the disk. [7]

Belts of dust or debris have been detected around many stars, including the Sun, including the following:

Star Spectral
class [16]
Distance
(ly)
Orbite
(AU)
Notes
Epsilon Eridani K2V 10.5 35–75 [10]
Tau Ceti G8V 11.9 35–50 [17]
Vega A0V 25 86–200 [18] [19]
Fomalhaut A3V 25 133–158 [18]
AU Microscopii M1Ve 33 50–150 [20]
HD 181327 F5.5V 51.8 89-110 [21]
HD 69830 K0V 41 <1 [22]
HD 207129 G0V 52 148–178 [23]
HD 139664 F5IV–V 57 60–109 [24]
Eta Corvi F2V 59 100–150 [25]
HD 53143 K1V 60 ? [24]
Beta Pictoris A6V 63 25–550 [19]
Zeta Leporis A2Vann 70 2–8 [26]
HD 92945 K1V 72 45–175 [27]
HD 107146 G2V 88 130 [28]
Gamma Ophiuchi A0V 95 520 [29]
HR 8799 A5V 129 75 [30]
51 Ophiuchi B9 131 0.5–1200 [31]
HD 12039 G3–5V 137 5 [32]
HD 98800 K5e (?) 150 1 [33]
HD 15115 F2V 150 315–550 [34]
HR 4796 A A0V 220 200 [35] [36]
HD 141569 B9.5e 320 400 [36]
HD 113766 A F4V 430 0.35–5.8 [37]
HD 141943 [11]
HD 191089 [11]

The orbital distance of the belt is an estimated mean distance or range, based either on direct measurement from imaging or derived from the temperature of the belt. The Earth has an average distance from the Sun of 1 AU.


Planètes

The planets and the solar system were formed from a huge cloud of gases and dust particles left over when a massive star exploded as a supernova.

The gas drifted in space and it's thought that another supernova explosion nearby may have caused a pressure wave to pass through the cloud that caused clumping to occur. As the matter clumped together, gravity in that area got stronger which attracted more matter which in turn increased the gravitational pull. As more and more matter fell toward the high density area, due to conservation of momentum it began to spin - rather like water going down a plug hole. The result was that as the gravity intensified, the spin became faster resulting in a flat disk of gas and dust surrounding a central high density sphere of gas.

Gravity was also working within the disk of rotating gas and dust pulling matter together to form primitive planets within the gas disk.

Eventually the temperature and pressures in the central sphere became so high that the atoms began fusing together (nuclear fusion) and the Sun ignited producing heat and light and also the solar wind - an out streaming of subatomic particles.

The heat of the Sun and the solar wind immediately began to have an effect on the huge cloud of gas and particles in the disk. Volatile substances such as water ice near the Sun would heat and sublimate into gas, and these and other gases such as hydrogen would be gently accelerated away from the Sun by the solar wind.

At the distance of Jupiter, the temperature the Sun was not high enough to cause water ice to evaporate and so this meant that large quantities of solid material were available to build larger planets. These planets could therefore attract and keep hold of more of gas from the gas disk. This is one theory as to why the gas giants became so large, and why there is a divide in planet size between the small inner rocky planets and the outer gas giants.

As time continued, the workings of gravity and the solar wind eventually resulted in the solar system becoming as we know it today. A mostly empty space with eight surviving planets, five dwarf planets, a band of possibly millions of asteroids. All of this is thought to be surrounded by a cloud of icy comets - preserved remains of that early dust from which the solar system formed.


Do the orbits of the planets in our solar system intersect?

On diagrams and whatnot all the planets are always on this 2D plane when orbiting around the sun, which I always just figured was to make it easier to recreate. But in my mind there's no reason why the planets can't orbit freely like electrons. Then again, Saturn has a 2D orbit of rings, and the Milky Way is the same shape. So what is this phenomenon, and is it present in our very own solar system?

Cette Astronomy FAQ entry answers why the planets all orbit in roughly the same plane--because of conservation of angular momentum.

While not a planet en soi Pluto's orbit intersection's Neptune's, but at an angle of almost 30 degrees out of the plane, so it's not like they ever share the same traffic lane. Here's the top view of the "intersection."

The other planets are all well spaced.

Many of your questions can be traced back to the formation of the Solar System and the formation of the planets from the Sun's accretion disk.

At one time during the formation of the solar system, yes, they did indeed intersect. If I recall correctly, something like 20 planets were whizzing past the sun from the current day orbit of Neptune towards the current day inner solar system. These orbits were very chaotic as the planets had just coalesced from the astral gases and debris. Over time, the planets with the most chaotic orbits would eventually collide with other planets and would then consolidate their masses in an orbit that would eventually become more or less circular around the sun.


The pre-solar nebula

I can't help but start with: In the beginning, there was nothing. But it wasn't quite nothing. All stars form from the collapse of nebulae, which are loose clouds of gas and dust, and our sun &mdash and solar system &mdash are no different. Astronomers call it the "pre-solar nebula" and of course it isn't around today, but we've seen enough solar systems forming throughout the galaxy to get the general picture.

But a nebula on its own won't collapse into a solar system without something to set it in motion. In our case, we can thank a nearby supernova explosion, whose shockwave ripped through the pre-solar nebula, causing it to begin its contraction. We can tell that such a supernova went off nearby, because supernovae release great quantities of certain radioactive elements &mdash elements that aren't normally found inside nebulae &ndash but which we can see in our solar system aujourd'hui.

Once underway, the transition from nebula to solar system was irreversible. Over the course of millions of years, the nebula contracted and cooled, eventually reaching the point where a proto-sun was surrounded by a thin, rapidly rotating disk of gas and dust.


Astronomers think 'winking' star is consuming cloud of planetary debris

Dec. 22 (UPI) -- New data suggests a unique 'winking' star located 550 light-years from Earth is consuming remnants of wrecked planets.

Astronomers believe the periodic dimming of RZ Piscium, a star found in the constellation Pisces, is caused by a giant orbiting cloud of dust formed by the debris of one or more disintegrating planets.

Normally, the large discs of dust and debris found around young stars disperse after a few million years. But RZ Piscium is between 30 million and 50 million years old and the dimming episodes persist, sometimes last a couple of days.

"I've been studying young stars near Earth for 20 years and I've never seen anything like this one," Benjamin Zuckerman, a professor of astronomy at UCLA, said in a news release. "Most sun-like stars have lost their planet-forming disks within a few million years of their birth. The fact that RZ Piscium hosts so much gas and dust after tens of millions of years means it's probably destroying, rather than building, planets."

RZ Piscium produces larger amounts of infrared radiation than the sun, which suggests the star is surrounded by a warm ring of dust. Roughly 8 percent of the star's radiation is emitted in the form of infrared wavelengths, putting the star in rare company. Only a handful of other stars within a few hundred light-years of the solar system emit similar amount of infrared radiation.

Scientists detailed their analysis of RZ Piscium in the Astronomical Journal.

"Our observations show there are massive blobs of dust and gas that occasionally block the star's light and are probably spiraling into it," said Kristina Punzi, a doctoral student at the Rochester Institute of Technology.

Spectral analysis revealed the star's lithium levels, which allowed scientists estimate the star's age. Analysis also revealed the star's surface temperature, 9,600 degrees Fahrenheit, just a bit cooler than the sun. Scientists were also able to measure the temperature of the dust, 450 degrees Fahrenheit, which suggests the cloud is orbiting 30 million miles from the star.

While astronomers believe planetary collisions are the most likely source of the dust cloud surrounding RZ Piscium, they suggest it's also possible the star is stealing material from a stellar companion.


Voir la vidéo: Astronomie - Les orbites dans le système solaire (Juillet 2021).