Les migrations de Jupiter expliqueraient la petite taille de Mars

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Pourquoi Mars est-elle presque dix fois moins massive que la Terre alors que Vénus présente une masse comparable ? Les modèles numériques de formation des planètes telluriques échouaient à en rendre compte. Une solution vient d’être découverte en faisant migrer deux fois Jupiter, très tôt dans l’histoire du Système solaire.

• Admirez la planète Mars en image

Il y a quelques années Alessendro Morbidelli et ses collègues avaient publié dans Nature une série d’articles concernant des simulations numériques faisant intervenir, après la formation des planètes internes, des migrations des planètes géantes vers l’extérieur du Système solaire. Devenu célèbre aujourd’hui sous le nom de Modèle de Nice, ce scénario rendait bien compte de plusieurs caractéristiques du Système solaire et en particulier du Grand Bombardement tardif (ou Late Heavy Bombardment : LHB en anglais), une période de l'histoire du Système solaire qui s'étend approximativement de -4,1 à -3,9 milliards d'années, durant laquelle se serait produite une notable augmentation des impacts météoritiques ou cométaires sur les planètes telluriques et dont la surface de la Lune garde des traces.

D’autres simulations numériques expliquaient aussi la formation des planètes internes mais pas complètement. En particulier, si l’on arrivait parfois à retrouver une planète à l’emplacement de Mars, sa masse et sa taille étaient toujours trop importantes. Étrangement aussi, la composition variée de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter n’était pas non plus une conséquence des calculs d’ordinateurs.

De droite à gauche, les tailles comparées de Vénus, la Terre et Mars. © Nasa

Alessendro Morbidelli vient aujourd’hui de publier à nouveau dans Nature un article tentant de résoudre cette énigme. Avec Kevin Walsh, du Southwest Research Institute, et plusieurs autres collègues, il fait intervenir cette fois-ci deux migrations précoces de Jupiter, alors même que les planètes telluriques sont en train de se former pendant la première centaine de millions d’années du Système solaire.

Une migration en deux étapes

Les planétologues ont ainsi fait migrer Jupiter (mais aussi Saturne, la planète aux anneaux étudiés par André Brahic) en direction du Soleil, alors que le disque protoplanétaire était encore là avec du gaz, pour atteindre une orbite à seulement 1,5 unité astronomique (UA). Le mouvement s’est ensuite inversé, conduisant Jupiter à s’éloigner du Soleil pour atteindre une distance de 2 à 4 UA. Cette double migration aurait été rapide, moins de 100.000 ans, et elle aurait eu un double effet sur les petits corps en formation qui donneront par accrétion, des millions d’années plus tard, les planètes telluriques internes.

Les perturbations gravitationnelles causées par Jupiter et ses migrations auraient tout d’abord chassé un grand nombre de corps présents dans la région occupée actuellement par la ceinture d’astéroïdes. Puis, dans un second temps, ces mêmes perturbations auraient conduit des petits corps pauvres en eau de régions internes du protosystème solaire, et des petits corps similaires aux comètes provenant des régions externes, à reformer la ceinture d’astéroïdes.

Non seulement les chercheurs retrouvent la diversité de cette ceinture mais, en bonus, ils obtiennent le bon rapport masse de la Terre sur masse de Mars. Ainsi, comme dans le cas de beaucoup d’exoplanètes découvertes, notre propre Système solaire aurait été le lieu de migrations précoces pour les planètes géantes.

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