L inégalité de De Haerdtl : une richesse dynamique insoupçonnée dans le système des satellites galiléens

Documents pareils
FORD C-MAX + FORD GRAND C-MAX CMAX_Main_Cover_2013_V3.indd /08/ :12

La révolution des satellites de Jupiter

La Mesure du Temps. et Temps Solaire Moyen H m.

Cours IV Mise en orbite

Notice d Utilisation du logiciel Finite Element Method Magnetics version 3.4 auteur: David Meeker

DURÉE DU JOUR EN FONCTION DE LA DATE ET DE LA LATITUDE

Le Soleil. Structure, données astronomiques, insolation.

Erratum de MÉCANIQUE, 6ème édition. Introduction Page xxi (milieu de page) G = 6, m 3 kg 1 s 2

Les correcteurs accorderont une importance particulière à la rigueur des raisonnements et aux représentations graphiques demandées.

Le Système solaire est-il stable?

Interaction milieux dilués rayonnement Travaux dirigés n 2. Résonance magnétique : approche classique

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

M HAMED EL GADDAB & MONGI SLIM

LES CARACTERISTIQUES DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

Propriétés des options sur actions

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

Chapitre 4 : Guide de Mouvement et Masque

Aide - mémoire gnuplot 4.0

Journée technique ARRA Gestion quantitative de la ressource en eau

Les exploitations de grandes cultures face à la variabilité de leurs revenus : quels outils de gestion des risques pour pérenniser les structures?

Cours 9. Régimes du transistor MOS

Celestia. 1. Introduction à Celestia (2/7) 1. Introduction à Celestia (1/7) Université du Temps Libre - 08 avril 2008

AMELIORATION DE LA FIABILITE D UN MOTEUR GRÂCE AU TEST STATIQUE ET DYNAMIQUE

TD1 Signaux, énergie et puissance, signaux aléatoires

CHAPITRE XIII : Les circuits à courant alternatif : déphasage, représentation de Fresnel, phaseurs et réactance.

Décharge électrostatique

TD 9 Problème à deux corps

Conférence des États parties à la Convention des Nations Unies contre la corruption

Les résistances de point neutre

Chaque étape est à prendre en considération. Recommandation pour une meilleure approche de l'attribution

Le géomarketing - Page 1 sur 7

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Les risques liés à l activité de l entreprise : quels outils pour les identifier?

PAYS BEAUME-DROBIE FINANCES INTERCOMMUNALES COMMUNAUTÉ DE COMMUNES

La surveillance appliquée à la gestion des risques géotechniques miniers

Chapitre 7. Circuits Magnétiques et Inductance. 7.1 Introduction Production d un champ magnétique

Champ électromagnétique?

Sujet proposé par Yves M. LEROY. Cet examen se compose d un exercice et de deux problèmes. Ces trois parties sont indépendantes.

L inégale répartition de l énergie solaire est à l origine des courants atmosphériques

CHAPITRE IV Oscillations libres des systèmes à plusieurs degrés de liberté

Quelques contrôle de Première S

Corrigé des TD 1 à 5

Caractéristiques des ondes

Transformations nucléaires

Comment déployer rapidement et à moindre coût des caméras de vidéosurveillance?

Les pratiques de simulation de crise: enquête auprès de quarante-trois grands établissements financiers

Intervenant : Séverin Poutrel, BURGEAP

Chapitre 7. Récurrences

Sciences de Gestion Spécialité : SYSTÈMES D INFORMATION DE GESTION

Aucune frontière entre. Jean-Louis Aimar

Dossier de presse. Création de l observatoire sanef 1 ère étude scientifique des comportements au volant sur autoroute JUILLET 2012

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Carport Evolution 1 Voiture Adossant

Site Professionnel Opticiens :

TP N 57. Déploiement et renouvellement d une constellation de satellites

Seconde Sciences Physiques et Chimiques Activité ère Partie : L Univers Chapitre 1 Correction. Où sommes-nous?

Guide méthodologique

Soutenance de stage Laboratoire des Signaux et Systèmes

Précision d un résultat et calculs d incertitudes

Premiers Pas en Programmation Objet : les Classes et les Objets

Équivalence masse-énergie

Approche concrète et inductive. Approche analytique et conceptuelle

Unity Real Time 2.0 Service Pack 2 update

23. Interprétation clinique des mesures de l effet traitement

A.3 Les méthodes : L applicabilité

Les mathématiques du XXe siècle

DÉVERSEMENT ÉLASTIQUE D UNE POUTRE À SECTION BI-SYMÉTRIQUE SOUMISE À DES MOMENTS D EXTRÉMITÉ ET UNE CHARGE RÉPARTIE OU CONCENTRÉE

Molécules et Liaison chimique

Manuel d utilisation DeveryLoc

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

aux différences est appelé équation aux différences d ordre n en forme normale.

Direction des Études et Synthèses Économiques Département des Comptes Nationaux Division des Comptes Trimestriels

Évaluation d une architecture de stockage RDF distribuée

Solvabilité II Les impacts sur la tarification et l offre produit

Savoir lire une carte, se situer et s orienter en randonnée

Mieux comprendre les certificats SSL THAWTE EST L UN DES PRINCIPAUX FOURNISSEURS DE CERTIFICATS SSL DANS LE MONDE

Préparation des données d entrée pour la définition d un plan de validation

Note d orientation : La simulation de crise Établissements de catégorie 2. Novembre This document is also available in English.

NO-BREAK KS. Système UPS dynamique PRÉSENTATION

Théories de champ moyen et convection à grande échelle

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Infor HCM Anael Risques Professionnels. Infor HCM. Infor HCM Anael Risques Professionnels

Guide utilisateur Performance

La fonction d onde et l équation de Schrödinger

TUTORIAL 1 ETUDE D UN MODELE SIMPLIFIE DE PORTIQUE PLAN ARTICULE

Nom de l application

ÉTUDE ET DÉVELOPPEMENT D UN SYSTÈME EXPERT BASÉ SUR LES RÉSEAUX DE NEURONES POUR LE DIAGNOSTIC DES DÉFAUTS DE ROULEMENTS

La fonction exponentielle

Annexe 4 : Déroulé pédagogique «Systèmes photovoltaïques raccordés au réseau compétence bâti»

Voyez la réponse à cette question dans ce chapitre.

Texte Agrégation limitée par diffusion interne

1 Première section: La construction générale

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

- Le LPC2E et les Bases de Données Spatiales - Valorisation des bases de données ondes

1 - Connexion au service de gestion des demandes informatiques du lycée

Keysight Technologies Identification rapide des caractéristiques thermiques d un prototype. Inspection thermographique des bâtiments.

Optimisation, traitement d image et éclipse de Soleil

Transcription:

L inégalité de De Haerdtl : une richesse dynamique insoupçonnée dans le système des satellites galiléens Benoît NOYELLES & Alain VIENNE 13 juin 006 Résumé L objet de cette étude est d examiner les effets dynamiques de l inégalité de De Haerdtl 7 : 3 entre les satellites galiléens de Jupiter Ganymède et Callisto, au moyen d outils numériques de détection et d analyse de chaos. Nous montrons que l inégalité de De Haerdtl est inductrice de chaos, et que le chaos est important à partir du moment ou l une ou l autre des excentricités de Ganymède et Callisto est supérieure à 3 10 3, ce qui est le cas actuellement. Cependant, l obliquité de Jupiter est en partie responsable de ce chaos. Introduction Les 4 satellites galiléens, J-1 Io, J- Europe, J-3 Ganymède et J-4 Callisto, sont particulièrement massifs. Ces masses ont pour conséquence d importantes perturbations mutuelles qui provoquent un certain nombre de phénomènes intéressants. Après une courte revue de ces phénomènes nous détaillons une étude numérique du chaos induit par l inégalité de De Haerdtl. Cette inégalité résulte d une quasi-commensurabilité de moyens mouvements 7 : 3 entre Ganymède et Callisto. Ses effets dynamiques à long terme sont méconnus, et tous les scenarii d évolution orbitale des satellites galiléens la négligent. 1 La dynamique des satellites galiléens La dynamique des satellites galiléens se caractérise essentiellement par la résonance dite laplacienne impliquant Io, Europe et Ganymède. De nombreux scenarii ont été élaborés dans le passé afin d expliquer la capture dans cette résonance. 1.1 Une grande richesse dynamique L importance des masses des satellites galiléens provoque un certain nombre de termes à longue période, des librations, une résonance, ainsi qu une grande inégalité. Plus précisément on a : λ 1 λ + ϖ 1 libre autour de 0 en 1.7 jour λ 1 λ + ϖ libre autour de π en 486 jours 1

z 3 amplitude période ident. 1530 km 135. ans ν 3 86 km 536.5 ans ν 4 634 km 1.3 ans λ 1 λ ζ 4 amplitude période ident. 14471 km ν 0 8457 km 56.9 ans ν 8 981 km 137.7 ans ν 7 Tab. 1 Solutions de z 3 = e 3 exp( 1ϖ 3 ) et ζ 4 = sin i 4 exp( 1 4 ) dans les éphémérides L1- (Lainey et al. 006 [4]). On constate par exemple que le péricentre de Ganymède ϖ 3 ne peut pas être considéré comme un mode propre puisque le deuxième terme de la décomposition en fréquences de z 3 a une amplitude supérieure à la moitié du premier, donc n est pas négligeable. Le cas de ζ 4 est intéressant puisqu il montre l importance du plan invariant. λ λ 3 + ϖ libre autour de 0 en 486 jours λ 1 3λ + λ 3 est en résonance (dite laplacienne), ce qui provoque une libration de cet argument autour de π, d amplitude 0.5, et de période 060 jours 3λ 3 7λ 4 circule en 8058 jours, car les moyens mouvements de Ganymède et Callisto sont en quasi-commensurabilité 7 : 3 (inégalité de De Haerdtl) On ne peut parler de résonance pour les 3 premiers arguments. La libration de ces arguments est un simple effet géométrique dû au fait que ceux-ci sont des combinaisons entières de coordonnées et non de modes propres. En effet, l importance des perturbations mutuelles (due aux masses) rend les nœuds et péricentres inassimilables aux éléments propres, comme le montre le tableau 1. Dans ce tableau, les éléments propres sont notés de ν 0 à ν 8, ν 0 désignant le plan invariant du système des satellites galiléens, ν 1 à ν 4 les modes propres proches des péricentres respectivement d Io, Europe, Ganymède et Callisto, et ν 5 à ν 8 les modes propres proches des nœuds ascendants de ces mêmes satellites. 1. Différents modèles d évolution Depuis la fin des années 70 et la découverte des marées sur Io, de nombreux auteurs ont tenté d expliquer la formation de la résonance laplacienne. Dans les années 80, des travaux analytiques ont conduit à l élaboration, notamment par Peale, Yoder & Henrard, de scenarii dans lesquels Io et Europe sont d abord capturés dans une résonance : 1, puis migrent en résonance, sous l effet des marées, jusqu à capturer Ganymède dans la résonance laplacienne. Par contre, Greenberg élaborait un scenario de formation primordiale de la résonance laplacienne. Dans les années 90, les outils numériques ont permis de faire moins d approximations, notamment les commensurabilités : 1 Io-Europe et Europe-Callisto ne sont plus assimilées à des résonances. Ainsi, Showman et Malhotra (1997 [8]) ont élaboré différents scenarii dans lesquels Io, Europe et Ganymède ont connu d autres résonances d ordre des masses avant la résonance laplacienne actuelle. Enfin, Peale & Lee (00 [7]) ont utilisé le modèle de formation de Canup & Ward (00 [1]) pour élaborer un scenario de formation primordiale de la résonance laplacienne. Aucun de ces scenarii ne prend en compte l inégalité de De Haerdtl, c est ce qui a motivé notre étude.

Étude de l inégalité de De Haerdtl Nous avons voulu nous focaliser sur l inégalité de De Haerdtl afin de savoir s il est légitime ou non de la négliger. Pour cela, nous avons considéré le système des satellites galiléens avant la formation de la résonance laplacienne. Ainsi, la fréquence de libration associée à l argument résonant, actuellement de 060 jours, n intervient jamais. De plus, notre étude est numérique, car le nombre d arguments associés à l inégalité de De Haerdtl (plus de 00) rend déraisonnable toute étude analytique..1 La méthode Du fait des échelles de temps d évolution d un tel système (de l ordre de plusieurs centaines de millions d années), nous avons réalisé des intégrations numériques à long terme, dans lesquels les termes à courte période étaient moyennés. Cette moyennisation résultait d une séparation analytique des différentes perturbations à l aide des routines Maple de Duriez (000 [3]), puis d une moyennnisation analytique. Nous avons tenu compte des 4 satellites galiléens, et utilisé un système de 1 variables. Pour chaque satellite, les variables utilisées étaient : a : demi-grand axe h = e cos ϖ k = e sin ϖ p = sin i cos q = sin i sin De plus, nous avons utilisé comme 1ème variable 3λ 3 7λ 4, relative à l inégalité de De Haerdtl. Les perturbations prises en compte étaient : l aplatissement de Jupiter, avec les termes en J, J 4 et J les perturbations mutuelles séculaires les perturbations séculaires solaires (solution à long terme de Laskar 1988 [5]) l inégalité de De Haerdtl Les potentiels associés à ces perturbations sont développés jusqu au degré en excentricité / inclinaison, à l exception des termes liés à l inégalité de De Haerdtl qui le sont au degré 4 (soit au degré le plus bas).. Le chaos Il est important de savoir si cette inégalité est inductrice de chaos, pour cela nous avons utilisé la méthode des cartes de fréquence de Laskar (1993 [6]) pour détecter ce chaos et déterminer ses conditions d apparition en fonction des valeurs des excentricités et des inclinaisons. Les valeurs actuelles d excentricités et d inclinaisons de Ganymède et de Callisto sont recensées Table. On peut remarquer la distinction d une partie libre et d une partie forcée. La partie forcée est la valeur moyenne du paramètre considéré lorsque sa condition initiale est très faible, tandis que la partie libre est liée directement à la condition initiale. Cette partie libre représente la marge de manœuvre que l on a pour faire varier un paramètre dynamique 3

Paramètre valeur actuelle partie forcée partie libre e 3 1.53 10 3 9.6 10 4 5.7 10 4 γ 3 = i 3 1.93 10 3 7.9 10 4 1.14 10 3 e 4 7.37 10 3.1 10 4 7.16 10 3 γ 4 = i 4 3.93 10 3 3.93 10 3 faible Tab. Paramètres dynamiques de Ganymède et Callisto. Ces valeurs ont été obtenues avec notre système d équations et des conditions initiales issues de la théorie L1- privée des termes n intervenant pas dans notre système. indépendamment des autres. On peut notamment remarquer que l inclinaison actuelle de Callisto est entièrement forcée, ceci est dû à l inclinaison du Soleil par rapport à l équateur jovien, donc en fait à l inclinaison de Jupiter. Les cartes obtenues sont constituées de 5700 points qui diffèrent par leurs conditions initiales a 3 et a 4. a 3 varie entre 1070150 et 1070700 km, et a 4 entre 1883080 et 188300 km. Ainsi, le rapport des demi-grands axes α varie entre 0.5686 et 0.56859, ceci afin de couvrir la zone où sont localisées les résonances associées à l inégalité de De Haerdtl. Nous avons également cherché à identifier les résonances responsables de l éventuel chaos détecté, pour cela nous avons, au cours de nos simulations numériques, reconstruit les différents arguments liés à l inégalité de De Haerdtl afin de visualiser leur comportement. Ces simulations numériques ont été réalisées avec comme conditions initiales les valeurs actuelles des paramètres dynamiques, à l exception de a 3, variable comme dans le cas des cartes. 3 Résultats 3.1 Conditions d apparition du chaos La Figure 1 montre cartes de fréquence pour des paramètres dynamiques actuels avec et sans l inégalité de De Haerdtl. On peut constater clairement qu avec ces valeurs, l inégalité de De Haerdtl est inductrice de chaos. En faisant varier les parties libres des excentricités et inclinaisons, on constate que : 1. Lorsque e 4 (excentricité de Callisto) est petit, le chaos est important pour e 3 > 3 10 3.. Avec la valeur actuelle d e 3 (1.5 10 3 ), le chaos est important pour e 4 > 3 10 3 (actuellement, e 4 vaut environ 7 10 3, donc les valeurs actuelles de e 3 et e 4 vérifient cette condition). 3. Il y a toujours au moins un peu de chaos. La raison est la valeur forcée de l inclinaison de Ganymède γ 4. Ceci veut dire que le chaos induit par l inégalité de De Haerdtl est en partie dû à l obliquité de Jupiter 3. Identification du chaos Dans un système planétaire, le chaos est généralement dû à la diffusion de Chirikov (1979 []), qui consiste en la superposition de différentes résonances. Les résultats sont en cours d analyse, mais déjà des captures en résonances (stables ou instables, cf. Fig.) ont été 4

Fig. 1 Cartes de fréquences (ν 1, ν 4 ) pour le système considéré avec les valeurs actuelles d excentricité et d inclinaison, en tenant compte de l inégalité de De Haerdtl (à gauche) et sans en tenir compte (à droite). La forte dispersion sur la carte de gauche, comparée à la régularité de la carte de droite, indique clairement que l inégalité de De Haerdtl est inductrice de chaos. observées, ainsi que des cas de chaos stable (le système oscille aléatoirement d une résonance à l autre), signe d un recouvrement de résonances. Des cas de résonance séculaire semblent également apparaître. Conclusion et perspectives L inégalité de De Haerdtl est inductrice de chaos, avec les valeurs actuelles d excentricités et d inclinaisons. L identification du chaos, une fois terminée, permettra de connaître les principales résonances qui en sont responsables. Ceci sera un point de départ pour l élaboration de scenarii incluant la résonance laplacienne. Ces scenarii devront tenir compte de l évolution à long terme de l obliquité de Jupiter, dont l importance a été soulignée. Nous espérons qu ils expliqueront l actuelle différenciation de Ganymède par une ancienne excentricité élevée de ce satellite, preuve d un épisode de chauffage important par les marées. Références [1] Canup R.M. & Ward W.R., 00, AJ, 14, 3404 [] Chirikov B.V., 1979, Physics Reports, 5, 63 [3] Duriez L., 000, Notes Scientifiques et Techniques de l IMCCE, S076, 7 [4] Lainey V., Duriez L. & Vienne A., 006, A&A, sous presse [5] Laskar J., 1988, A&A, 198, 341 [6] Laskar J., 1993, Physica D, 67, 57 [7] Peale S.J. & Lee M.H., 00, Science, 98, 593 [8] Showman A.P. & Malhotra R., 1997, Icarus, 17, 93 5

Fig. Capture dans la résonance d argument 3λ 3 7λ 4 + ν 0 + ν 3 + ν 4. L unité de temps est l année. 6