Astronomie

Composition et effets gravitationnels des planètes gazeuses

Composition et effets gravitationnels des planètes gazeuses


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Il a été postulé que les géantes gazeuses ont un noyau solide et une atmosphère gazeuse évidente. Question : Comme le gaz est un état de la matière et que la gravité attire toute la matière vers l'intérieur, c'est la raison pour laquelle le gaz n'est pas attiré vers le noyau et condensé en un solide parce que l'étendue de l'effet de la gravité sur le gaz est proportionnelle à la masse de ce gaz. De plus, cela ne créerait-il pas une série de couches gazeuses uniques et la profondeur de ces couches uniques ne dépendrait-elle pas de la composition des couches. Aussi, l'effet gravitationnel sur les couches connues pourrait-il être utilisé pour déterminer la composition du noyau.


La raison pour laquelle l'hydrogène et l'hélium (qui constituent la majeure partie de la masse des planètes comme Jupiter) restent sous forme de gaz et ne se condensent pas est essentiellement la même que tout autre gaz. Je pourrais donc demander « pourquoi l'azote et l'oxygène de l'atmosphère de la Terre ne se condensent-ils pas ? »

La raison en est que la température et la pression dans les atmosphères de la planète ne favorisent pas la formation d'un solide. L'hydrogène et l'hélium ont tous deux des points d'ébullition très bas et, même sous une pression extrême, ils ont tendance à rester sous forme de gaz.

Plus loin à l'intérieur de la planète, la pression devient suffisante pour que l'hydrogène se condense en un liquide, ou plus exactement un fluide supercritique (car à ces hautes pressions, la distinction entre un gaz et un liquide est floue. Les températures sont trop élevées pour l'hydrogène solide former.

Il y a deux ou trois choses que je ne comprends pas entièrement à propos de votre question, ce qui peut indiquer des idées fausses. Par exemple, la majeure partie de la masse de Jupiter est sous forme de gaz, et donc la majeure partie de la gravité vient du gaz, et non du noyau (solide ou autre).

Il y a des couches dans l'atmosphère de Jupiter. Les couches externes sont en fait assez similaires à celles de l'atmosphère terrestre. Il y a une troposphère turbulente et une stratosphère stable, avec une exosphère plus chaude s'étendant dans l'espace. À l'intérieur, il y a des couches d'hydrogène et d'hélium supercritiques et, au fond, les pressions font que l'hydrogène se comporte comme du métal liquide.

L'étude du champ de gravité (par des observations minutieuses des orbiteurs) est l'un des principaux moyens d'étudier la structure interne de Jupiter. Cela suggère que les éléments les plus lourds ne sont pas concentrés dans le noyau, mais mélangés dans les couches internes, suggérant que la planète a subi une sorte d'événement extrême au cours de sa formation.


Composition et effets gravitationnels des planètes gazeuses - Astronomie

Jupiter et Saturne représentent ensemble plus de 90 % de la masse de toutes les planètes. La majeure partie de leur masse est en hydrogène et en hélium, comme mentionné. De plus, les composés ammoniac (hydrure d'azote), méthane (hydrure de carbone) et eau (hydrure d'oxygène) sont présents dans leurs atmosphères. Ce sont les combinaisons les plus évidentes des quatre éléments les plus courants (outre l'hélium), et le fait qu'ils soient abondants reflète la température relativement basse de l'atmosphère extérieure des deux planètes principales. (L'hélium, en tant que gaz noble, ne se combine pas avec d'autres éléments.)

Les deux plus grandes planètes suivantes sont Uranus (découverte en 1781, par William Herschel) et Neptune (découverte en 1846, par Johannes Galle voir aussi Adams et Leverrier). Les deux sont à peu près égaux en taille et en masse, à environ cinq pour cent de Jupiter et moins d'un cinquième de Saturne. La composition d'Uranus ressemble beaucoup à celle de Jupiter et de Saturne. De plus, comme ces deux géants, il a des anneaux (fumés) et de nombreux satellites.

Apparemment, Neptune a été vu pour la première fois par Galilée (il l'a esquissé lors de l'observation de Jupiter en 1613) mais il n'a pas reconnu sa nature de planète. Neptune a une composition très semblable aux autres planètes "joviennes", mais a une densité un peu plus grande. Il y a aussi des débris et des satellites qui l'entourent. Pluton, la planète la plus éloignée, a à peu près la taille de la Lune et se compose de glace poussiéreuse, un peu comme une comète. Il a un grand compagnon, "Charon".


Faculté d'Astronomie et d'Astrophysique en théorie

Angela V. Olinto

Olinto s'intéresse à l'astrophysique théorique, à l'astrophysique des particules et nucléaire et à la cosmologie. Ses travaux se sont concentrés sur les rayons cosmiques les plus énergétiques, les signatures indirectes de la matière noire des particules, les effets cosmologiques des champs magnétiques, l'inflation naturelle et la structure interne des étoiles à neutrons.

Damiano Caprioli

Les recherches de Caprioli portent sur les phénomènes astrophysiques de haute énergie et, en particulier, la nature non thermique des plasmas astrophysiques. Il utilise à la fois des simulations analytiques et numériques (simulations de particules dans les cellules) pour étudier comment les particules peuvent être accélérées jusqu'aux énergies les plus élevées de l'univers. De tels mécanismes physiques sont au cœur des phénomènes les plus violents de l'univers, tels que les explosions stellaires (supernovae, kilonovae, sursauts gamma), les restes de supernova, les noyaux galactiques actifs et leurs jets, les pulsars, etc. Il s'intéresse également à d'autres façons de tester l'accélération des particules dans des expériences de plasma en laboratoire et par des mesures in situ dans l'héliosphère, et au rôle des particules non thermiques et des champs magnétiques dans l'évolution des galaxies.

Fausto Cattaneo

Les intérêts de Cattaneo se situent dans la modélisation informatique de processus astrophysiques de base tels que la génération de champs magnétiques, le transport de moment angulaire dans des disques d'accrétion ou le transport d'énergie par convection turbulente.

Daniel Fabrycky

Fabrycky étudie la dynamique des planètes extrasolaires. Au cours des deux dernières décennies, les découvertes de planètes en orbite autour d'autres étoiles ont afflué à partir d'une variété de techniques de détection différentes, et la ménagerie résultante de types planétaires et d'architectures de système pose de nombreux problèmes théoriques. Fabrycky étudie comment les observations contraignent les configurations de ces systèmes exoplanétaires, ainsi que comment les interactions gravitationnelles, les effets de marée et la dissipation d'énergie les façonnent.

Josué A. Frieman

Les recherches de Frieman se concentrent sur la cosmologie théorique et observationnelle, y compris des études sur la nature de l'énergie noire, l'Univers primitif, les lentilles gravitationnelles, la structure à grande échelle de l'Univers et les supernovae en tant qu'indicateurs de distance cosmologiques.

Nickolay Y. Gnedin

Les intérêts de recherche de Gnedin vont de la relativité générale à la physique du milieu interstellaire en passant par la cosmologie. Il travaille sur des simulations cosmologiques numériques, y compris (mais sans s'y limiter) la simulation de la formation des galaxies et de l'évolution du milieu intergalactique.

Craig J. Hogan

Les travaux théoriques de Hogan ont englobé de nombreux domaines de la cosmologie astrophysique : l'origine des éléments, les transitions de phase cosmiques et les défauts, les champs magnétiques, le rayonnement de fond, la réionisation cosmique, les lentilles gravitationnelles, la structure cosmique et la matière noire, les paramètres cosmologiques globaux et les ondes gravitationnelles . Ses recherches ont été récompensées par des prix, notamment un prix de recherche Alexander von Humboldt et le prix de cosmologie Gruber, décerné à l'équipe de recherche High-z Supernova pour la co-découverte de l'énergie noire cosmique.

Daniel E. Holz

Les recherches de Holz&rsquos se concentrent sur les ondes gravitationnelles. Il s'intéresse particulièrement à ce que nous pouvons apprendre sur la physique, l'astronomie et la cosmologie à partir de nos détections de sources d'ondes gravitationnelles. Il est membre du LIGO.

Dan Hooper

Les recherches de Hooper se concentrent sur l'interface entre la physique des particules et la cosmologie, couvrant des sujets tels que la matière noire, les rayons cosmiques, l'astronomie des neutrinos et l'univers primitif.

Wayne Hu

Les recherches de Hu&# 39s se concentrent sur la théorie et la phénoménologie de la formation des structures dans l'Univers, comme le révèlent les anisotropies du fond diffus cosmologique, les lentilles gravitationnelles, les amas de galaxies et les amas de galaxies.

Austin Joyce

Joyce est un théoricien avec de larges intérêts à l'interface entre la cosmologie, la physique des hautes énergies et la gravité. L'accent est mis principalement sur l'interaction entre la cosmologie et la physique fondamentale, et sur la façon dont nous pouvons utiliser chacune pour en apprendre davantage sur l'autre. Il applique des techniques efficaces de théorie des champs aux questions gravitationnelles et cosmologiques afin d'étudier la nature de l'énergie noire/matière noire et de sonder la physique du tout début de l'Univers. Il s'intéresse également à des questions plus théoriques impliquant la gravité et la théorie quantique des champs dans divers contextes.

Edward &ldquoRocky&rdquo W. Kolb

Les recherches de Kolb's se concentrent sur la cosmologie théorique de l'univers primitif impliquant l'astrophysique, la physique des particules et la relativité générale. La production de particules gravitationnelles pendant l'ère inflationniste, l'origine de l'asymétrie baryonique, le réchauffement de l'univers après l'inflation et les transitions de phase cosmologiques sont quelques-uns des domaines de recherche.

Andrey V. Kravtsov

Les recherches de Kravtsov se concentrent sur la modélisation de la formation des galaxies dans un contexte cosmologique. Ses recherches récentes ont notamment visé à comprendre les processus de formation des étoiles et de rétroaction stellaire et leurs effets sur l'évolution des galaxies. Il étudie également les propriétés des halos de matière noire, le regroupement des halos et la connexion galaxie-halo.

Leslie Rogers

Rogers étudie la formation, la structure intérieure et l'évolution des exoplanètes. Ses recherches visent à approfondir la compréhension actuelle de la riche physique régissant l'intérieur des planètes de taille inférieure à Neptune, à découvrir les tendances de composition en vrac dans le recensement croissant d'exoplanètes connues et à relier ces tendances de composition à des voies de formation distinctes des planètes. Pour poursuivre ces objectifs, Rogers et son groupe font avancer des modèles numériques pour l'intérieur, l'évolution et la formation de petites exoplanètes, et développent des cadres statistiques pour relier la théorie et les observations.

Robert Rosner

Rosner étudie la dynamique des fluides astrophysique et les problèmes de physique des plasmas. Une grande partie de son travail consiste à développer de nouveaux outils de simulation numérique pour modéliser des phénomènes astrophysiques, ainsi qu'à valider ces simulations à l'aide d'expériences terrestres en laboratoire.

Le télescope du pôle Sud (crédit : Jeff McMahon)

Détecteurs et instrumentation de pointe

Développement Les détecteurs et l'instrumentation sont essentiels pour l'astronomie et l'astrophysique. L'innovation et le développement de la technologie des détecteurs nous permettent de pousser les mesures à une plus grande précision et mènent à de nouvelles expériences de pointe. Le Département d'Astronomie et d'Astrophysique a une histoire de construction d'instruments, du fond diffus cosmologique et des expériences de rayons cosmiques à l'instrumentation optique et infrarouge, avec de nombreuses opportunités scientifiques pour développer de nouveaux détecteurs et une instrumentation avancée grâce à nos partenaires de l'Institut d'ingénierie moléculaire Pritzker Nanofabrication Installation, Laboratoire National d'Argonne et Laboratoire Fermi.


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Emplacements des visiteurs du site Web du NCSA DES.

Histoires liées

Des planètes aux galaxies et aux ondes gravitationnelles

Tout le monde sait que les agriculteurs du centre de l'Illinois nourrissent le monde. Saviez-vous qu'à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, le National Center for Supercomputing Applications (NCSA) nourrit les astronomes du monde entier ?

Chaque jour, des scientifiques du monde entier utilisent les trois pétaoctets de données prêtes pour la science traitées par les scientifiques et les programmeurs de recherche du NCSA dans le cadre du Dark Energy Survey (DES), une collaboration mondiale comprenant le NCSA, le Fermi National Accelerator Laboratory du ministère de l'Énergie ( Fermilab) et NOIRLab de la National Science Foundation.

DES a été conçu pour cartographier des centaines de millions de galaxies et découvrir des milliers de supernovae afin de mesurer l'histoire de l'expansion cosmique et la croissance de la structure à grande échelle dans l'univers, qui reflètent la nature et la quantité d'énergie noire dans le univers. DES a produit la carte de matière noire la plus grande et la plus précise à ce jour à partir de lentilles galactiques faibles, ainsi qu'une nouvelle carte, trois fois plus grande, annoncée le 27 mai. Cette carte utilise le plus grand échantillon de galaxies jamais observé sur près d'un huitième de le ciel pour produire les mesures les plus précises à ce jour de la composition et de la croissance de l'Univers.

Ces nouveaux résultats s'appuient sur les données des trois premières années&mdash226 millions de galaxies observées pendant 345 nuits&mdash pour créer les cartes les plus grandes et les plus précises à ce jour de la distribution des galaxies dans l'Univers à des époques relativement récentes. Les données DES ont été traitées au NCSA.

« Nous sommes ravis que ces données d'imagerie de haute qualité soient accessibles aux chercheurs du monde entier et conduisent à de nouvelles découvertes », a déclaré Matias Carrasco Kind, scientifique DES Data release au NCSA. "Alors que DES a été conçu dans le but de comprendre l'énergie noire et la matière noire, l'énorme quantité de données dans ces images et catalogues apportera de nouvelles applications scientifiques, des défis et des opportunités de découverte aux astronomes et aux scientifiques des données."

Un résultat scientifique antérieur concerne la construction d'un catalogue d'un type d'étoile pulsante connue sous le nom de "RR Lyrae", qui renseigne les scientifiques sur la région de l'espace au-delà du bord de notre Voie lactée. Dans cette zone presque dépourvue d'étoiles, le mouvement du RR Lyrae laisse présager la présence d'un énorme "halo" de matière noire invisible, qui pourrait fournir des indices sur la façon dont notre galaxie s'est assemblée au cours des 12 derniers milliards d'années. Dans un autre résultat, les scientifiques du DES ont utilisé le vaste catalogue de galaxies DR2, ainsi que les données de l'expérience LIGO, pour estimer l'emplacement d'une fusion de trous noirs et, indépendamment des autres techniques, en déduire la valeur de la constante de Hubble, un paramètre cosmologique clé. En combinant leurs données avec d'autres enquêtes, les scientifiques du DES ont également pu générer une carte complète des satellites nains de la Voie lactée, donnant aux chercheurs un aperçu de la façon dont notre propre galaxie a été assemblée et de sa comparaison avec les prédictions des cosmologistes.

Dans l'Illinois, des chercheurs du Département d'astronomie et du NCSA ont utilisé les données DES pour rechercher des trous noirs supermassifs distants à proximité immédiate qui pourraient être en train de fusionner. "Nous utilisons cet ensemble de données pour rechercher des trous noirs binaires supermassifs", a déclaré le professeur Xin Liu. « C'est tellement excitant d'être dans l'Illinois et d'être impliqué dans DES. Un énorme avantage que nous avons dans l'Illinois est d'être juste à côté des experts en données. Cela nous permet de faire plus facilement de la grande science. »

Collecte des données DES

DES a photographié le ciel nocturne à l'aide de la caméra à énergie sombre de 570 mégapixels du télescope de 4 mètres Víctor M. Blanco de la National Science Foundation à l'Observatoire interaméricain de Cerro Tololo (CTIO) au Chili. L'une des caméras numériques les plus puissantes au monde, la caméra à énergie noire a été conçue spécifiquement pour DES et a été construite et testée au laboratoire Fermi.

Au cours de six ans, de 2013 à 2019, DES a utilisé 30 % du temps sur le télescope Blanco et a examiné 5 000 degrés carrés et presque un huitième du ciel entier et 758 nuits d'observation, cataloguant des centaines de millions d'objets.

À ce jour, DES a publié deux catalogues. Le plus récent, sorti en janvier 2021, contient plus de 700 millions d'objets astronomiques. Les chercheurs en astronomie du monde entier peuvent accéder à ces données sans précédent et les exploiter pour faire de nouvelles découvertes sur l'univers, complémentaires aux études menées par la collaboration Dark Energy Survey. La publication complète des données est en ligne et disponible au public pour explorer et acquérir également ses propres idées. Actuellement, il y a plus de 1 000 utilisateurs publics.

Alors que DES a utilisé les données pour publier 29 articles décrivant les effets de l'énergie noire et de la matière noire à l'aide du dernier ensemble de données généré par le NCSA, des scientifiques de l'Université de l'Illinois utilisent les données pour étudier les quasars et leurs trous noirs centraux, ainsi que la façon dont les galaxies évoluer tout au long du temps cosmique. D'autres scientifiques du monde entier ont utilisé les données pour étudier les galaxies satellites en orbite autour de notre propre galaxie de la Voie lactée.

« L'étendue de l'utilisation de ces données est tout simplement incroyable et continue de croître à mesure que nous ajoutons de nouvelles observations et grâce à notre capacité à lier les données d'enquêtes à des décennies d'intervalle », déclare Robert Gruendl, scientifique de la production DES au NCSA.

Forte de l'expérience de l'analyse de la première moitié des données, la collaboration DES est maintenant prête à gérer l'ensemble de données complet. L'analyse finale du DES devrait brosser un tableau encore plus précis de la matière noire et de l'énergie noire dans l'univers. Et les méthodes développées par la collaboration ont ouvert la voie à de futurs relevés du ciel pour sonder les mystères du cosmos.

"Il est encourageant de voir que nous avons atteint des scientifiques en Mongolie et en Tazmanie. Nous invitons les personnes intéressées par ces sujets ainsi que les astronomes et les scientifiques des données à plonger dans les incroyables ensembles de données de DES", déclare Carrasco-Kind.

À propos de DES

Le Dark Energy Survey est une collaboration de plus de 400 scientifiques de 25 institutions dans sept pays.

Le financement des projets DES a été assuré par le Département américain de l'énergie, la Fondation nationale des sciences des États-Unis, le ministère espagnol de la Science et de l'Éducation, le Science and Technology Facilities Council du Royaume-Uni, le Higher Education Funding Council for England, le Centre national d'applications de calcul intensif de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, Institut Kavli de physique cosmologique de l'Université de Chicago, Autorité de financement pour le financement et les projets au Brésil, Fondation Carlos Chagas Filho pour le soutien à la recherche de l'État de Rio de Janeiro , Conseil national brésilien pour le développement scientifique et technologique et le ministère de la Science et de la Technologie, la Fondation allemande pour la recherche et les institutions collaborant à l'Enquête sur l'énergie noire.

À propos de la NCSA

Le National Center for Supercomputing Applications de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign fournit des ressources numériques avancées et de supercalcul pour l'entreprise scientifique du pays. Au NCSA, les professeurs, le personnel, les étudiants et les collaborateurs de l'Université de l'Illinois du monde entier utilisent ces ressources pour relever les défis de la recherche au profit de la science et de la société. Le NCSA fait progresser de nombreux géants mondiaux de l'industrie depuis plus de 35 ans en réunissant l'industrie, les chercheurs et les étudiants pour résoudre de grands défis à une vitesse et à une échelle rapides.

À propos de l'Observatoire interaméricain Cerro Tololo

L'Observatoire interaméricain de Cerro Tololo est un programme du NOIRLab de la NSF, qui est géré par l'Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) dans le cadre d'un accord de coopération avec la National Science Foundation. La NSF est une agence fédérale indépendante créée par le Congrès en 1950 pour promouvoir le progrès de la science. La NSF soutient la recherche fondamentale et les personnes pour créer des connaissances qui transforment l'avenir.


ASTROPHYSIQUE

La formation des planètes est un bénéfique effet secondaire de la formation d'étoiles. Lorsqu'un grand nuage de gaz s'effondre sous son propre poids, créant une étoile, une partie de la matière forme un disque de poussière et de gaz autour de cette étoile naissante. De tels disques peuvent être trouvés autour d'étoiles de moins de 10 millions d'années, et nous pensons qu'ils sont à l'origine de systèmes planétaires comme le nôtre. Ils sont composés principalement d'hydrogène et d'hélium, plus 1 à 2% d'éléments plus lourds que les astronomes appellent simplement métaux. L'abondance initiale des métaux est inférieure de 13 ordres de grandeur aux densités planétaires typiques. Ainsi, le processus de formation des planètes doit être très efficace pour concentrer les métaux localement.

La première étape vers la formation des planètes nécessite la coagulation de grains de glace poussiéreux. En collant, ces grains grandissent jusqu'à des centimètres. Des tailles plus grandes ne sont pas possibles car les collisions conduisent alors à la destruction plutôt qu'au collage. Ce qui suit n'est malheureusement pas observable car les objets de la taille d'un mètre ou même d'un kilomètre ne sont pas détectables. Pourtant, après avoir découvert des milliers de planètes autour d'autres étoiles, le processus de formation des planètes doit être très efficace pour surmonter cet obstacle et d'autres obstacles à la croissance.

Visualisation d'un planétésimal, qui sert de bloc de construction aux planètes terrestres et gazeuses.

Copyright : MPI for Astronomy, Heidelberg, Allemagne

De notre propre système solaire, nous savons que des planétésimaux doivent avoir été formés, qui sont des blocs de construction planétaires de 100 kilomètres de taille. Ils forment ensuite des noyaux de géantes gazeuses et de planètes telluriques. Des restes planétésimaux peuvent encore être trouvés aujourd'hui sous la forme d'astéroïdes et de comètes. Ainsi, nous aurions un chemin évolutif relativement clair de la poussière jusqu'au système planétaire final si nous pouvions expliquer comment des cailloux de la taille d'un centimètre peuvent devenir des planétésimaux compte tenu des effets de l'auto-gravité et de la turbulence.

La turbulence a deux effets sur la poussière, elle mélange et diffuse la poussière à grande échelle mais la concentre également à petite échelle [1]. Atteignant une concentration de poussière d'unité, l'instabilité du flux s'installe, dans laquelle le gaz commence à ressentir une réaction inverse significative de la poussière. De plus, dans les régions dont la densité est supérieure à celle de Roche, où les forces de marée n'empêchent plus un effondrement gravitationnel, le tas de particules s'effondre en des embryons planétaires de 100 à 1 000 km.

Démonstration de l'instabilité du flux dans nos simulations pour différentes tailles et durées de domaine, où les régions jaunes indiquent des rapports poussière/gaz élevés favorables à la formation planétésimale.

Copyright : MPI for Astronomy, Heidelberg, Allemagne

De plus, nous étudions la possibilité que les premiers disques auto-gravitationnels se fragmentent en planètes géantes gazeuses par le biais d'instabilités gravitationnelles. Nous avions précédemment étudié le critère de fragmentation [2] et regardons maintenant le potentiel d'enrichissement en métallicité de ces fragments pendant et après la formation. S'il est bien connu que les bras spiraux induits par ces instabilités gravitationnelles collectent de la matière solide, formant potentiellement des planétésimaux, on ignore actuellement avec quelle efficacité les fragments eux-mêmes collectent la poussière et les particules de différentes tailles.

Nos simulations utilisent le Pencil Code [3] qui contient un code MHD aux différences finies d'ordre élevé. Les particules sont traitées comme des particules d'essaim lagrangien. Nos analyses d'instabilité de streaming utilisent jusqu'à 5 123 cellules de grille et 64 millions de particules [4], tandis que les simulations de fragmentation de disque utilisent plus d'un milliard de cellules de grille [2]. Ils fonctionnent pendant des millions d'étapes de calcul avant que les planétésimaux ne commencent à se former car les concentrations se développent sur des échelles de temps visqueuses, qui sont beaucoup plus longues que les échelles de temps dynamiques.

Résultats et perspectives

Au cours des dernières années, nous avons développé un modèle de formation planétésimal basé sur les simulations que nous effectuons sur le supercalculateur de Jülich JUQUEEN. Ces simulations hydrodynamiques à haute résolution sont réalisées dans des délais raisonnables grâce aux milliers de carottes disponibles chez JUQUEEN.

La formation d'une planète géante gazeuse par effondrement gravitationnel direct, où des bleus plus foncés indiquent des densités de gaz plus élevées au niveau du plan médian du disque.

Copyright : MPI for Astronomy, Heidelberg, Allemagne

Actuellement, nous poussons nos simulations pour comprendre l'efficacité de ces processus et pour dériver des fonctions de masse initiales pour les planétésimaux et les planètes géantes gazeuses. Le premier objectif sera atteint en modélisant mieux la turbulence dans les disques et le second en réalisant des études à haute résolution des nuages ​​de particules et des nuages ​​de gaz qui s'effondrent et éventuellement se fragmentent respectivement. Avec les deux résultats en main, nous pouvons prédire quand et où les planétésimaux et les planètes semblables à Jupiter devraient se former et de quelle taille ils seront. C'est un pas en avant fondamental dans la compréhension de la formation de notre propre système solaire ainsi que des nombreux systèmes planétaires autour d'autres étoiles.

Remerciements

Ce projet a reçu un financement de la Deutsche Forschungsgemeinschaft dans le cadre du Schwerpunktprogrammen (DFG SPP) 1385 "Les dix premiers millions d'années du système solaire" et 1833 "Construire une terre habitable". Les auteurs remercient le Gauss Center for Supercomputing (GCS) pour avoir fourni du temps de calcul pour un projet à grande échelle GCS sur la part GCS du superordinateur JUQUEEN au Jülich Supercomputing Center (JSC).


Réponses et réponses

les effets ont tendance à s'annuler avec le temps à moins que les planètes ne soient en résonance les unes avec les autres

Pas vrai. Une expérience vraiment cool est l'expérience Cavendish

Dans votre maison pour environ 100 $, vous pouvez monter une expérience dans laquelle vous pourrez voir la force gravitationnelle exercée par une brique.

1/r^2. C'est beaucoup plus de force qu'exponentielle.

4) Les forces majeures que nous ressentons sur Terre sont dues à la gravité du soleil (qui nous maintient en orbite autour de lui) et à la gravité de la lune (provoquant des marées entre autres).

Ma question est alors de savoir si les planètes provoquent une force d'attraction importante les unes sur les autres, ou sont-elles trop éloignées et trop petites pour que la force soit enregistrable ?

Aussi pour apporter cette connexion avec la biologie moléculaire.

Une question qui s'est posée est de savoir à quel point le système solaire est inhabituel pour avoir huit planètes " bien élevées ". C'est-à-dire qu'il semble que les planètes tournent les unes autour des autres d'une certaine manière, qu'elles ne se lancent pas dans des orbites étranges. C'est bien, car si vous avez des planètes sur des orbites étranges, cela rend la vie difficile à évoluer.

Ce qui intéresse les gens, c'est à quel point il est courant ou rare d'avoir un système planétaire « bien élevé ». C'est-à-dire que si vous placez les planètes sur un ensemble aléatoire d'orbites, est-ce qu'elles entreront dans un état où elles ne provoqueront pas de "mauvaises choses" au cours de milliards d'années.

Merci pour toutes les réponses. Je suis heureux d'entendre que les effets sont détectables. Je suppose que ma prochaine question serait quels sont exactement les effets? Je suppose qu'il s'agirait de modifications des orbites :

Pour prendre un exemple - l'effet de la gravité entre Mars et la Terre.

Comme Mars orbite autour du soleil à environ deux fois la vitesse de la Terre et orbite dans la même direction à une orbite plus élevée, il y a des moments où Mars « nous dépasse ». Ainsi, lorsque Mars s'approche de nous, avant qu'elle ne « nous dépasse », sa gravité nous fera ralentir, et l'effet de la gravité de la Terre sur Mars l'accélérera légèrement. De même, une fois qu'elle nous aura « dépassés », l'effet de sa gravité sur nous recommencera à nous accélérer, tandis que l'effet de la gravité de la Terre sur Mars la ralentira, annulant les changements globaux de la vitesse des orbites. .

Un second effet serait alors perpendiculaire à celui-ci - chaque fois que les planètes se rapprochent, la Terre serait éloignée du soleil, tandis que Mars serait attirée vers lui. Je ne sais pas exactement comment cela s'annulerait cependant - sûrement, lorsque Mars est de l'autre côté du soleil, les effets de sa gravité sur nous sont bien moindres, et donc incapables de "corriger" le changement antérieur qu'elle a apporté à notre orbite. Cela signifierait donc qu'avec le temps la Terre dériverait sur une orbite plus élevée, et Mars tomberait sur une orbite plus basse ? A moins que les effets de toutes les autres planètes ne nous stabilisent ?

Je suppose que ma prochaine question serait comment détecteriez-vous ces effets ? Ma première supposition serait d'utiliser un télescope et de mesurer la position de Mars chaque nuit sur un fond d'étoiles lointaines statiques, puis de calculer le changement de vitesse au fil du temps à mesure qu'il se rapproche de nous, puis de s'éloigner à nouveau. Mais ce ne serait sûrement pas assez précis pour détecter de si petits changements ?

Aussi pour apporter cette connexion avec la biologie moléculaire.

Une question qui s'est posée est de savoir à quel point le système solaire est inhabituel d'avoir huit planètes " bien élevées ". C'est-à-dire qu'il semble que les planètes tournent les unes autour des autres d'une certaine manière, qu'elles ne se lancent pas dans des orbites étranges. C'est bien, car si vous avez des planètes sur des orbites étranges, cela rend la vie difficile à évoluer.

Ce qui intéresse les gens, c'est à quel point il est courant ou rare d'avoir un système planétaire « bien élevé ». C'est-à-dire que si vous placez les planètes sur un ensemble aléatoire d'orbites, entreront-elles dans un état où elles ne provoqueront pas de "mauvaises choses" au cours de milliards d'années.

J'ai toujours supposé que cela avait quelque chose à voir avec la composition des planètes d'un système solaire. Les géantes gazeuses se forment plus loin des étoiles car elles sont formées de gaz qui sont projetés plus loin des supernovae. Des planètes rocheuses comme la Terre et Mars se formeront plus près du soleil. La gravité encore ? Cela semble cependant une question intéressante et est très liée à ma ligne d'enquête.

Quant au rapport à la biologie moléculaire - je trouve toujours les enquêtes cosmologiques un peu ennuyeuses car elles ont tendance à négliger le principe clé de l'évolution - la vie s'adapte à l'environnement. Cela ne signifie pas seulement que les lignées se rivalisent ici sur Terre. TOUTE la vie que nous pouvons observer s'est adaptée pour pouvoir vivre sur Terre. Une question plus intéressante d'un point de vue biologique est de savoir s'il est possible que la vie existe dans des conditions planétaires complètement différentes. Nous savons déjà que l'oxygène - autrefois considéré comme une substance vitale pour toute vie, était en fait un déchet produit par les premiers autotrophes qui était en fait toxique pour la majorité de la vie. Qui sait quelles autres "exigences fondamentales" pour la vie pourraient s'avérer être de l'ADN inutile, le besoin d'eau, même la base carbonée des formes de vie pourraient simplement avoir évolué sous cette forme sur Terre en raison de la position de notre planète dans le cosmos.


La gravité quantique apparaît à la plus petite longueur

Bien que la gravité soit faible, elle devient plus forte lorsque deux objets se rapprochent de plus en plus. Dans ce cas, il atteint finalement la même force que les autres forces fondamentales à une très petite distance appelée longueur de Planck. Cette distance est plusieurs fois plus petite que le noyau d'un atome.

C'est là que les effets de la gravité quantique seront suffisamment forts pour être mesurés. Cependant, en raison de la petite taille, aucune expérience ne peut le sonder avec précision.

Bien que différentes théories aient essayé de postuler et de trouver des réponses, elles n'ont pas réussi. Les observations se poursuivent cependant et les espoirs sont grands.


Selon les scientifiques, les géantes gazeuses extrasolaires peuvent devenir des super-terres potentiellement habitables

Deux phénomènes connus pour inhiber l'habitabilité potentielle des planètes - les forces de marée et l'activité stellaire vigoureuse - pourraient se combiner pour transformer des géantes gazeuses inhabitables en planètes terrestres potentiellement habitables, selon un groupe de scientifiques dirigé par Rodrigo Luger de l'Université de Washington, Seattle.

Exoplanète terrestre et ses lunes. Crédit image : Luciano Mendez / CC BY-SA 3.0.

La plupart des étoiles de la Voie lactée sont des naines M. Plus petites et plus sombres que notre Soleil, elles constituent de bonnes cibles pour trouver et étudier des planètes potentiellement habitables.

Les astronomes s'attendent à trouver de nombreuses planètes de la taille de la Terre et de la super-Terre dans les zones habitables de ces étoiles dans les années à venir, il est donc important de savoir si elles pourraient effectivement soutenir la vie.

"Il existe de nombreux processus qui sont négligeables sur Terre mais peuvent affecter l'habitabilité des planètes en orbite autour des naines M. Deux facteurs importants sont les effets de marée puissants et l'activité stellaire vigoureuse », a déclaré Luger, qui est l'auteur principal de l'étude publiée dans la revue. Astrobiologie.

A tidal force is a star’s gravitational tug on an orbiting planet, and is stronger on the near side of the planet, facing the host star, than on the far side, since gravity weakens with distance. This pulling can stretch a planet into an ellipsoidal or egg-like shape as well as possibly causing it to migrate closer to its star.

“This is the reason we have ocean tides on Earth, as tidal forces from both the moon and the sun can tug on the oceans, creating a bulge that we experience as a high tide. Luckily, on Earth it’s really only the water in the oceans that gets distorted, and only by a few feet. But close-in planets, like those in the habitable zones of M dwarfs, experience much stronger tidal forces,” Luger said.

This stretching causes friction in a planet’s interior that gives off huge amounts of energy. This can drive surface volcanism and in some cases even heat the planet into a runaway greenhouse state, boiling away its oceans, and all chance of habitability.

Vigorous stellar activity also can destroy any chance for life on planets orbiting low-mass stars.

M dwarfs are very bright when young and emit lots of high-energy X-rays and UV radiation that can heat a planet’s upper atmosphere, spawning strong winds that can erode the atmosphere away entirely.

Using computer models, Luger and his colleagues found that tidal forces and atmospheric escape can sometimes shape planets that start out as mini-Neptunes into potentially habitable rocky worlds.

Mini-Neptunes “are initially freezing cold, inhospitable worlds. But planets need not always remain in place. Alongside other processes, tidal forces can induce inward planet migration. This process can bring mini-Neptunes into their host star’s habitable zone, where they are exposed to much higher levels of X-ray and UV radiation,” Luger said.

This can in turn lead to rapid loss of the atmospheric gases to space, sometimes leaving behind a hydrogen-free, rocky world smack dab in the habitable zone.

The scientists call such planets ‘habitable evaporated cores.’

Luger R et al. 2015. Habitable Evaporated Cores: Transforming Mini-Neptunes into Super-Earths in the Habitable Zones of M Dwarfs. Astrobiologie 15 (1): 57-88 doi: 10.1089/ast.2014.1215


Gas Planets composition and gravitational effects - Astronomy

Full Professor
Retired
Ph.D. (Wisconson)

Department(s): Physique et Astronomie

Bureau:
Phone: ext.

Research Fields
Astronomy and Astrophysics , Planetary Physics

Research Types
Experimental

Research specialization
Planetary astronomy, especially from space Planetary atmospheres Extra-solar planets.

My research is primarily, but not exclusively, related to observations made with the Hubble Space Telescope (HST). Past and continuing research has been concentrated on the atmospheres of planets and satellites. Planetary studies have included atmospheric composition, haze and cloud effects, and aurorae.

Other topics of interest include planetary lightning and the influence of Raman scattering on spectra. Among the planets, the emphasis has been on the gas giants. Of the satellites, Titan has received the most attention, followed by Io. Titan is particularly interesting because its atmosphere is unique among satellites in the solar system, having a column abundance ten times greater than that of planet Earth, and a distinctive composition including numerous hydrocarbon and nitrile molecules. There are also condensate cloud layers and high altitude hazes, the latter probably of photochemical origin. Titan exhibits clear seasonal effects, manifested in hemispheric brightness asymmetries, although the dynamics of the atmosphere have been essentially not observed in detail.

A developing interest is the study of extra-solar planets. Initially, discoveries were made exclusively by using precise, high resolution Doppler spectroscopy to measure the reflex motion of the parent stars due to the small but significant gravitational pull of the planets’ masses. We participate in complementary techniques, including attempts to image planets and other stellar companions directly with the Hubble Space Telescope and to observe planetary transits with the Kepler space observatory.


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