La formation et l évolution du système solaire, ce que nous disent les poussières! Jean Duprat CSNSM-CNRS-Université Paris XI

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Amandine Nadeau
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1 La formation et l évolution du système solaire, ce que nous disent les poussières! Jean Duprat CSNSM-CNRS-Université Paris XI 8 èmes Journées Informatique de l'in2p3-irfu Lalonde les Maures 24 octobre 2012

2 Du Big-Bang à nous Formation de notre Galaxie Formation de notre Système Solaire Nous Big-Bang 5 Milliards d années 10 Milliards d années 15 Milliards d années

3 L architecture actuelle du système solaire! M Soleil (M ) : kg! M Terre (M : kg! M Jupiter (M ) : kg (317 M, 0.1% M

4 En deçà de la ligne des glaces, un monde des roches Les planètes «terrestres», le monde tellurique Faibles masses (total 2 M ) Hautes densités (4-5.5 g/cm 3 ) Des atmosphères secondaires

5 Saturne Jupiter, les géantes gazeuses! Masses élevées (318 and 95 M )! Densités faibles (1.3 and 0.7)! Atmosphère primaire (H, He)

6 Uranus Neptune! Des objets glacés! Masses élevées (14.5 et 17.2 M )! Densité faible (1.6)

7 La formation des planètes géantes La formation d un cœur de x la masse terrestre a déclenché l effondrement local du disque : de nombreux satellites un système d anneaux

8 Il y a 4,5 milliards d années, le soleil et les planètes se formaient Quels témoins pouvons nous retrouver? NASA Web site, artiste view

9 Les asteroides Le premier découvert Ceres 1801 (948 km) Puis suivis de Pallas 1802 (532 km) Juno 1805 Vesta 1807 (529 km) Giuseppe Piazzi ( ) Masse totale ~ 4 % de la Lune (0.05% Mt) Des dizaines de milliers d objets 1 à 2 millions d astéroïdes > 1 km

Giuseppe Piazzi (1746-1826) Masse totale ~ 4 % de la Lune (0.

10 Météorites & Antarctique + 30,000 meteorites USA, Japon, Italie Antarctic Meteorite Research PI : R. Harvey, Case Univ. US

11 D où viennent les météorites? Entre Mars et Jupiter, les astéroïdes nos voisins immédiats

12 Aux confins du système solaire les comètes La ceinture de Kuipert Le nuage de Oort Terre soleil : 1 UA = 10 9 km Pluton : 50 UA La ceinture de Kuiper : 70 UA Le Nuage Oort : > UA

13 Qu est ce que le matériau cométaire? STARDUST mission (janvier 2006) Itokawa Mission Hayabusa (Juin 2010) La mission ROSETTA (novembre 2014)

14 Janvier 2006, le retour de la mission STARDUST (NASA) Janvier 2004 Comète 81P/Wild 2 January 2006 Décembre 2006, les premiers résultats

15 Olivine + glass Les principaux résultats de la mission STARDUST Nakamura et al. Science 2008 Taille 1-10 µm Une composition moyenne identique à celles des chondrites (CI). Présence de phase réfractaires (CAI, chondres). "Remarkably enough, we have found fire and ice" «Their presence in a comet proves that the formation of the solar system included mixing on the grandest scales» Brownlee et al. Science 2006

$Présence de phase réfractaires (CAI, chondres).$

16 De la poussière extraterrestre, les premières collectes terrestres : l expédition HMS Challenger -> Sphérules cosmiques (micrométéorites fondues lors de l entrée atmosphérique) Murray 1876

17 Des sphérules cosmiques au centre des océans Murray & Renard 1891

18 Et sur terre est-il possible de trouver des poussières interplanétaires?

19 Les bases scientifiques en Antarctique CSNSM-IN2P3-CNRS IPEV

20 Le matériel et les chercheurs sont transportés de Tasmanie vers la Terre Adélie

21 La station côtière de Dumont D Urville

22 De Cap Prud Homme à Dôme C

23 Dôme C (75 S, 123 E) la station CONCORDIA 1100 kms des côtes de Terre Adélie, 3200 m d altitude Un désert froid et sec T :[-80 ; -30 ] 10 cm de neige /an (3-4 g d eau/cm2/an)

24 Le Programme Dôme C» Dôme C, Janvier 2000 Dôme C, Janvier 2002 Dôme C, Janvier 2006 Neige de surface Tranchée 3-4 mètres Tranchée 4-5 mètres ( km du camp V = 11 m 3 V = 25 m 3

25 La fonte et la filtration 30!m 1 cm Le fondoir Les filtres de 30 µm sont analysés après chaque collecte pour contrôler les contaminations terrestres

26 Les différents types de poussières extraterrestres 50 µm CONCORDIA # CONCORDIA # CONCORDIA # CONCORDIA # F CSNSM-IN2P3-CNRS Identiques à celles découvertes par M. Maurette, pionnier de cette recherche au Groenland puis sur les côtes Antarctiques.

27 À la recherche de grains friables CONCORDIA Collection Grain cométaire (NASA)

28 Les Micrométéorites Ultracarbonées C O Mg Si S Fe Des teneurs en Carbone très élevées [C] = vol% Des enrichissement extrêmes en Deutérium D/H = x celui des océans Similaires aux grains CHON identifiés dans la comète 1P/Halley

29 Les premières phases minérales du Système Solaire HH 30 Télescope Hubble V= km/h Disk = km = 500 UA

30 Les micrométéorites CONCORDIA nous apportent des informations sur les premiers millions d années après la naissance du Soleil Chandra web site

31 La station FIB au CSNSM (Focus Ion Beam)

32 Spectroscopie de Masse CSNSM ORSAY FE LS ES1 MS DO H1 Q1 Q2 DE LT Q3 DS0 DS FA A R The IMS-Orsay ion micro-probe SP1 Cs + SP2 Objet P2 P1 DI LI LP1 QS1,DS1 ES2 LP2 DS QS2, DS2 CP

33 Micrometeorites in-situ isotopic analysis 10 Pyroxene 0 Olivine Melilite Spinel 17 O SMOW ( ) TF CAI ! 18 O SMOW ( ) Engrand et al, 1999

34 Merci pour votre attention!

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