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Géantes gazeuses : des lunes au ratio de masse bien mystérieux

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Quel est le point commun entre les lunes de Jupiter, de Saturne et d'Uranus, dont certaines sont volcaniques et d'autres glacées ou riches en hydrocarbures ? A chaque fois, la somme de leur masse représente 0,01% de celle de leur planète hôte. Une curiosité qui vient peut-être de trouver une explication...

Saturne et son satellite Dioné (Crédits : NASA/JPL/Space Science Institute)

La masse de la Lune correspond au dixième de celle de la Terre, celle de Charon à plus de 10% de la masse de Pluton. Mais, dès que l'on parle de Jupiter, de Saturne ou d'Uranus et de leurs lunes respectives, un même pourcentage s'impose encore et toujours : 0,01%, soit la masse de l'ensemble des satellites rapportée à celle de la planète autour de laquelle ils gravitent. Pourquoi, chez les planètes gazeuses, observe-t-on un rapport aussi constant et aussi faible ?

On sait que, au cours de leur formation, Saturne, Uranus et Jupiter ont accumulé de grandes quantités d'hydrogène, de roches et de glace. A la fin de ce processus, un flot de matière et de gaz serait passé de l'orbite solaire à l'orbite planétaire, formant ainsi un disque autour des géantes gazeuses. C'est dans ce disque tournant dans le plan équatorial que les lunes seraient nées.

Selon Robin Canup et William Ward, du Southwest Research Institute dans le Colorado, le champ de gravité des satellites en formation aurait pu interagir avec le disque de matière environnant. Les lunes auraient alors commencé à tourner en spirale autour des planètes et leurs orbites se seraient lentement contractées. Le modèle que les scientifiques ont développé pour appuyer leur hypothèse montre que plus le satellite aurait été gros, plus vite il se serait rapproché de son hôte. Ainsi, les plus massifs seraient entrés en collision avec leur planète, et seules ceux de taille adéquate - ne dépassant pas une certaine valeur - auraient survécu.

Des simulations ont montré que plusieurs générations de satellites auraient ainsi pu se succéder autour de Saturne, Jupiter et Uranus, jusqu'à ce que ces planètes soient complètement formées et leur disque de matière environnant totalement dissipé. En faisant varier les paramètres du modèle, Robin Canup et William Ward ont constaté que, à chaque instant, la somme des masses des satellites représentait à peu près 0,01% de celle de la planète hôte. Le mystère du rapport constant est en passe d'être résolu...

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