Origine du Système Solaire

La formation du Système Solaire et des systèmes planétaires est étudiée au LESIA par des approches complémentaires, observationnelles et théoriques.

Etude de la matière primitive du Système Solaire

L’étude de la matière primitive contenue dans les objets du Système Solaire est un des thèmes phares du LESIA, avec pour objectifs :

• la caractérisation physique et chimique de la surface des objets transneptuniens : ces objets lointains peu lumineux sont observés en photométrie et spectroscopie visible et infrarouge avec les grands télescopes. Composés de glaces d’eau, de méthane, d’azote, etc ..., ces objets sont considérés parmi les objets les plus primitifs du Système Solaire.

• la détermination de la composition moléculaire et isotopique des comètes qui donne accès à la composition de la nébuleuse primitive depuis Jupiter jusqu’à Neptune et au-delà. Les méthodes d’observations allient spectroscopie radio et infrarouge. La grande diversité de composition des comètes suggère qu’elles se sont formées dans diverses régions de la nébuleuse, et/ou à des étapes différentes de la formation du Système Solaire.

• l’étude statistique de la composition desastéroïdes pour comprendre la composition chimique primordiale à partir de laquelle les planètes telluriques se sont formées. Un autre aspect de la spectroscopie des astéroïdes est de déterminer les corps parents des différentes classes de météorites.

• la mesure des rapports isotopiques et des abondances des gaz rares dans les planètes géantes et Titan. Des résultats fondamentaux ont été obtenus par les mesures CIRS (Composite InfraRed Spectrometer) et GCMS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer) de la mission Cassini Huygens.

Mieux comprendre l’origine du Système Solaire à partir de la composition des comètes et des astéroïdes primitifs est l’objectif principal de la mission Rosetta, en route vers l’astéroïde (21) Lutetia et la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, et de la mission Marco Polo proposée pour le programme Cosmic Vision de l’Agence Spatiale Européenne.

Structure du Système Solaire externe

La ceinture de Kuiper et le nuage de Oort

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L’investigation de la distribution en taille des objets transneptuniens et la recherche de lunes autour de ces objets permet de comprendre les processus d’accrétion dans le Système Solaire externe et le rôle des collisions dans la ceinture de Kuiper. La technique des occultations stellaires par photométrie ultra-rapide développée au LESIA (projets MEFOS et ULTRAPHOT) permet d’évaluer la population des très petits objets transneptuniens, de taille inférieure au kilomètre, inaccessibles par les techniques d’imagerie directe. Deux objets de 300 m situés à 100 unités astronomiques (UA) ont été identifiés par les chercheurs du LESIA par occultations stellaires. Cette technique permet d’envisager la détection de comètes situées dans le nuage de Oort, à plus de 10000 unitès astronomiques du Soleil.

Modélisation du Système Solaire primitif et des disques protoplanétaires

Naissance du Système Solaire

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Le Système Solaire est né de l’effondrement d’un nuage dense du milieu interstellaire, le nuage présolaire. Grâce à sa gravité et à sa rotation, cette matière aurait formé un disque protoplanétaire (la nébuleuse primitive). Au centre, le soleil se formait petit à petit pendant que les planétésimaux, puis les planètes naissaient par accrétion dans le disque.

Les chercheurs du LESIA développent des modèles numériques pour contraindre la structure de la nébuleuse primitive et les processus physico-chimiques et dynamiques qui interviennent dans la formation des planétésimaux :

• modèles turbulents évolutifs du Système Solaire primitif dans le but de comprendre notamment comment les espèces volatiles de la nébuleuse primitive ont été piégées dans les planétésimaux.

• modélisation numérique de l’accrétion planétaire et évolution collisionnelle des disques de débris.

Film illustrant l’accrétion des planétésimaux

Crédit NASA/Spitzer
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Planètes extrasolaires

L’étude des systèmes extrasolaires fournit une approche complémentaire pour une meilleure compréhension de la formation du Système Solaire et des systèmes planétaires. Plusieurs techniques de détection et de caractérisation des exoplanètes sont développées au LESIA, notamment par photométrie haute précision avec le satellite Corot. Les chercheurs du LESIA s’intéressent aussi à plusieurs aspects de la physique des planètes extrasolaires :

• la recherche de signatures atmosphériques dans les planètes extrasolaires.
• la modélisation de la structure thermique et chimique des atmosphères des planètes extrasolaires.