Qu'est-ce qu'un modèle scientifique? Exemple : formation des planètes. Raphaël Galicher

Transcription

1 Qu'est-ce qu'un modèle scientifique? Exemple : formation des planètes

2 La formation des planètes Introduction Où sommes-nous? Avant 1995 : notre système solaire Des observations aux modèles Depuis 1995 Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 2

3 Le système solaire 4 h eu res -l um ièr e 3

4 La Galaxie ann ée sl um ièr e Environ étoiles 4

5 La Galaxie Une autre galaxie spirale Nom : M83 5

6 Galaxie d'andromède M étoiles 6

7 Plein d'autres galaxies 7

8 8 Amas de galaxies : Abell 2218

9 Superamas de galaxies Simulations par ordinateur 9

10 Où est la Terre? 10

11 La formation des planètes Introduction Où sommes-nous? Avant 1995 : notre système solaire Des observations aux modèles Depuis 1995 Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 11

12 Les observations Vue d'artiste 12

13 Les observations Solides Vue d'artiste 13

14 Les observations Gazeuses Solides Vue d'artiste 14

15 Modèles de formation avant 1995 Objectif Expliquer formation de NOS planètes à partir des observations Plusieurs modèles Planètes telluriques Géantes gazeuses 15

16 Planètes telluriques Mercure Mars Vénus Terre Modèle 1 : accrétion de roches 16

17 Étape 1 : formation de l'étoile 10 années-lumière Nuage moléculaire «Tête de cheval» 17

18 Étape 2 : disque protoplanétaire h 0 1 on r i v En poussières jet re è i m lu s eure Vue d'artiste HH30 Disque = gaz + poussières 18

19 Modèle standard du disque protoplanétaire Étoile naissante = source de chaleur Limite des roches gaz Limite des glaces gaz roches gaz roches glaces Température Rotation du disque Vue d'artiste 19

20 Étape 3 : sédimentation Le gaz entraîne les poussières micrométriques 1 micron = 1 cheveu coupé en 100 Poussières Gaz Grains plus petits sont plus affectés grandes vitesses relatives 20

21 Étape 4 : agglométation Collisions entre petits grains quelques microns En ~ ans cm au m 21

22 Étape 4 : agglométation Collisions entre petits grains quelques microns Modèle à améliorer propriétés grains? turbulence?... En ~ ans cm au m 22

23 Étape 5 : planétésimaux Les poussières (cm/m) entraînent le gaz Agglomération continue planétésimaux de ~1km En ~1000 ans Vues d'artiste 23

24 Étape 5 : planétésimaux Les poussières (cm/m) entraînent le gaz Agglomération continue planétésimaux de ~1km En ~1000 ans Modèle à améliorer mécanisme exact inconnu! instabilités du disque? propriétés grains?... Vues d'artiste 24

25 Étape 5 : planétésimaux Vue d'artiste 25

26 Étape 6 : protoplanètes Un gros mange les autres sur son orbite (runaway accretion) Interactions gravitationnelles locales + collisions 26 Vue d'artiste

27 Étape 6 : protoplanètes Vue d'artiste En ~ ans : fraction de M et plus de gaz 27

28 Étape 7 : planètes telluriques Interactions gravitationnelles lointaines + collisions Environ ans Vue d'artiste Modèle OK pour planètes telluriques Vue d'artiste 28

29 Gazeuses Solides Vue d'artiste 29

30 Géantes gazeuses Gaz ~300 M cœur solide ~15 M Jupiter Saturne Uranus Neptune Modèle 2 : Capture de l'atmosphère gazeuse 30

31 Capture de l'atmosphère gazeuse 1/ Un gros mange les autres sur son orbite + capture du gaz (runaway accretion) 2/ Masse critique accrétion de l'atmosphère s'emballe 31 Vue d'artiste

32 Capture de l'atmosphère gazeuse Modèle à améliorer écart avec masse du cœur de Jupiter... 1/ Un gros mange les autres sur son orbite + capture du gaz (runaway accretion) 2/ Masse critique accrétion de l'atmosphère s'emballe 32 Vue d'artiste

33 Capture de l'atmosphère gazeuse Modèle à améliorer écart avec masse du cœur de Jupiter... 1/ Un gros mange les autres sur son orbite + capture du gaz (runaway accretion) Pourquoi pas un 2/ Masse critique accrétion de l'atmosphère s'emballe autre modèle? 33 Vue d'artiste

34 Autre modèle : Instabilité gravitationnelle Étoile naissante = source de chaleur Limite des roches gaz Limite des glaces gaz roches gaz roches glaces Effondrement gravitationnel + fragmentation du disque Rotation du disque Vue d'artiste 34

35 Autre modèle : Instabilité gravitationnelle Étoile naissante = source de chaleur Limite des roches gaz Limite des glaces gaz roches gaz roches glaces Effondrement gravitationnel + fragmentation du disque besoin disque trop massif pb métallicité des planètes Rotation du disque... Modèle à améliorer Vue d'artiste 35

36 Résumé avant 1995 Telluriques accrétion Géantes accrétion modifiée ou instabilité gravitationnelle 36

37 La formation des planètes Introduction Où sommes-nous? Avant 1995 : notre système solaire Des observations aux modèles Depuis 1995 Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 37

38 Avant 1995 : le système solaire 38

39 Le système Solaire Vue d'artiste 39

40 En 1995 : la 1ère exoplanète 40

41 Le système Solaire Système 51 Pegasis Vue d'artiste 41

42 Le système Solaire Système 51 Pegasis Exception? Vue d'artiste 42

43 Puis plein d'autres exoplanètes 43

44 Puis plein d'autres exoplanètes 44

45 Puis plein d'autres exoplanètes Juin 2013 : 891 exoplanètes Et on ne regarde que ici! 45

46 Limite des roches Limite des glaces Jupiter Terre 46

47 Limite des roches Limite des glaces Jupiter Terre 47

48 Limite des roches Limite des glaces Jupiter chauds Jupiter Telluriques chaudes Super-Terre Terre 48

49 Limite des roches Jupiter chauds Telluriques chaudes? Limite des glaces Jupiter Super-Terre Terre 49

50 La formation des planètes Introduction Où sommes-nous? Avant 1995 : notre système solaire Des observations aux modèles Depuis 1995 Observations et remise en cause des modèles Adaptation des modèles 50

51 Disque protoplanétaire confirmé HR planètes dans le même plan formation dans un disque 51

52 Disque protoplanétaire confirmé 1 planète dans le plan du disque formation dans un disque 52

53 Adapter les modèles 1. Formation par accrétion pas complètement faux 2. Changer orbite... plusieurs modèles dont : a. Si + de 2 géantes : interaction/éjection b. Interaction planète et planétésimaux internes c. Interaction planète-disque migration 53

54 Adapter les modèles 1. Formation par accrétion pas complètement faux 2. Changer orbite... plusieurs modèles dont : a. Si + de 2 géantes : interaction/éjection b. Interaction planète et planétésimaux internes c. Interaction planète-disque migration + Migration type I + Migration type II + Migration type III 54

55 3 modèles en fonction de la masse Planètes en formation Cas intermédiaires Planètes légères Modèle à améliorer Si turbulence? Si champ magnétique? Si viscosité plus grande? Si profil température différent?... Modèle à améliorer Comment agit le gaz dans le sillon?... Planètes massives Modèle à améliorer Arrêt migration?... 55

56 Comment contraindre les modèles? adapter Nouvelles découvertes Nouvelles techniques Nouveaux modèles? 56

57 Conclusions 1. Observations Notre système solaire 2. Modèles Formation telluriques et géantes 3. Observations : remise en question Exoplanètes (Jupiter et telluriques chauds, super-terre, etc.) 4. Adaptation/nouveaux modèles Migration, etc 5. = 3., etc. 57

58 Conclusions 1. Observations Notre système solaire 2. Modèles Formation telluriques et géantes 3. Observations : remise en question Exoplanètes (Jupiter et telluriques chauds, super-terre, etc.) 4. Adaptation/nouveaux modèles Migration, etc 5. = 3., etc. 58

59 Attention aux observations 59

60 Attention aux observations Mêmes dunes mais deux éclairages! 60

61 Qu'est-ce? 61

62 Modèle 1 : une montagne modélisation Qu'est-ce? 62

63 Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne modélisation Qu'est-ce? 63

64 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve modélisation Qu'est-ce? 64

65 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve Il n'y a rien! modélisation Qu'est-ce? 65

66 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve adaptation modélisation Qu'est-ce? Modèle 2 : l'ombre de la montagne sur laquelle se trouve le photographe 66

67 mise à Modèle 1 : prévisions Hauteur, position une montagne Nouvelle observation l'épreuve adaptation modélisation Qu'est-ce? Modèle 2 : l'ombre de la montagne sur laquelle se trouve le photographe... prévisions 67

68 Merci 68