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Planètes extrasolaires: la ligne des glaces - C'est Savoir.fr

Planètes extrasolaires: la ligne des glaces

> > Planètes extrasolaires: la ligne des glaces ; écrit le: 4 avril 2012 par aboura

La formation de la glace d’eau marque la frontière entre planètes telluriques et planètes géantes:

C’est à partir de particules solides soumises à de multiples collisions que vont se former, au sein du disque protosolaire, les embryons, ou planétésimaux, qui donneront naissance aux planètes et à leur système, aux astéroïdes et aux comètes. Pour comprendre leur mécanisme de forma­tion, il nous faut identifier les constituants du disque protosolaire qui sont sous forme solide.

Nous avons vu que les éléments de masse atomique supérieure à environ 20 sont réfractaires, à l’exception des gaz rares. Qu’en est-il des éléments plus légers, et donc plus abondants, que sont le carbone, l’azote et l’oxygène ? Ils s’associent à l’hydrogène pour former le méthane CH4, l’am­moniac NH3 et l’eau H20. Ils peuvent aussi former CO, CO2, HCN, H2CO… les atomes d’hy­drogène s’associant également pour former la molécule H2.

Sous quelle forme vont se trouver ces molécules ? A proximité du Soleil, elles sont toutes sous forme gazeuse, et ne peuvent donc pas contribuer aux embryons solides qui formeront les planètes. En revanche, à une distance héliocentrique de quelques U.A., la température est suffi­samment basse pour que toutes ces molécules, à l’exception de l’hydrogène moléculaire, soient sous forme de glace. En fonction de la distance au Soleil, la première molécule qui condense est H20, puis à mesure que l’on s’éloigne du centre et que la température décroît, NH3, HCN, CO2, H2CO, CH4, etc. (figure ci-contre).

Il existe donc une distance critique au Soleil au-delà de laquelle la matière contenue dans le disque protoplanétaire devient majoritairement sous forme solide: c’est ce que l’on appelle la ligne des glaces. Elle est aujourd’hui située aux environs de 1 à 2 U.A., mais a été plus éloignée du Soleil au début de l’histoire du disque, avant le refroidissement de celui-ci.

Comment les planètes peuvent-elles se former à proximité du Soleil? Rappelons que la masse contenue dans les éléments réfractaires, lourds et peu abondants dans l’Univers, est faible comparée à celle des glaces, qui contiennent les éléments C, N, O…, les plus abondants après l’hydrogène. La masse disponible pour former des planètes est donc limitée; les modèles de simulation numérique prédisent la formation de quelques protoplanètes seulement, de masse inférieure ou égale à celle de la Terre et de densité relativement élevée (3,9 à 5,5 g/cm3); c’est bien ce qui est observé dans le système solaire interne.

En revanche, au-delà de la ligne des glaces, la quantité de matière solide disponible dans le disque est suffisante pour permettre la formation de gros noyaux de glace, dont la masse peut atteindre une douzaine de masses terrestres. La théorie prévoit alors que le champ de gravité du noyau est suffisant pour entraîner l’effondrement gravitationnel du gaz protosolaire environnant, constitué essentiellement d’hydrogène et d’hélium. De nouvelles planètes sont nées, très massives mais surtout très volumineuses et de faible densité (de 0,7 à 1,7 g/cm3) : ce sont les planètes géantes.

Vidéo : Planètes extrasolaires: la ligne des glaces

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