Mars est une petite planète. En fait, pour les scientifiques qui modélisent le système solaire, la planète est aussi petit. "Tous ceux qui font des simulations de la façon dont vous formez des planètes terrestres se retrouvent toujours avec un Mars 5 à 10 fois plus grand que dans la vraie vie." Minton a travaillé aux côtés de son collègue, le Dr Hal Levison, pour créer de nouvelles simulations qui expliquent la petite taille de Mars en incluant l'effet de ce que l'on appelle la migration dirigée par les planétésimales, et en outre, de petits objets que Minton appelle «Marstinis» pourraient remuer ou secouer nos idées sur le système solaire précoce et le bombardement lourd tardif.
Les scientifiques planétaires conviennent que les planètes terrestres se sont formées très rapidement au cours des 50 à 100 premiers millions d'années de l'histoire du système solaire et que notre Lune s'est formée à partir d'un impact entre un objet de la taille de Mars et la proto-Terre à un moment donné au cours de cette période. Beaucoup plus tard a été le bombardement lourd tardif, la période où un grand nombre de cratères d'impact se sont formés sur la Lune en l'espace de seulement soixante-dix millions d'années - et par déduction, la Terre, Mercure, Vénus et Mars ont probablement été également matraqués.
La plupart des théories de la formation planétaire ne peuvent pas expliquer cette période intense de bombardements si tard dans l'histoire du système solaire, mais Levison faisait partie d'une équipe qui, en 2005, a proposé le modèle de Nice, qui a suggéré comment le bombardement lourd tardif a été déclenché lorsque les planètes géantes - qui se sont formés dans une configuration plus compacte - ont rapidement migré les uns des autres (et leurs séparations orbitales ont toutes augmenté), et un disque de petits "planétésimaux" qui se trouvaient à l'extérieur des orbites des planètes a été déstabilisé, provoquant une livraison massive soudaine de ces planétésimaux - astéroïdes et comètes - au système solaire interne.
Mais, selon le modèle, les planétésimaux ont probablement aussi provoqué la migration des planètes. Les planètes se sont formées à partir d'un disque géant de gaz, de poussière, de débris rocheux et de glace entourant le soleil du début. Les débris se sont fusionnés pour former des objets de plus grande taille, et les simulations montrent que des objets de plus grande taille intégrés dans un disque d'objets plus petits migreront en raison de la quantité de mouvement angulaire et de la conservation d'énergie lorsque les planètes disperseront les planétésimaux qu'elles rencontrent.
«Les perturbations causées par de petits objets rocheux ou verglacés entourant un objet plus gros peuvent faire« glisser »le plus gros objet le long du disque», a déclaré Minton à Space Magazine. «Chaque fois que ces petits planétésimaux rencontrent le plus gros objet, ils provoquent en fait un petit coup de pouce dans la position du plus grand objet. Il s'avère que si vous travaillez sur les mathématiques, s'il y a une sorte de léger déséquilibre entre le nombre d'objets rencontrés du côté solaire et ceux du côté anti-solaire, vous pouvez réellement provoquer un mouvement net du grand corps, et cela arrive en fait assez rapidement. »
Minton et Levison ont appliqué la même physique de la migration dirigée par les planétésimaux à la formation des planètes terrestres.
"Dans le cas de Mars, imaginez ces embryons planétaires situés dans la zone Terre-Vénus", a déclaré Minton. «Ensuite, vous avez un petit embryon qui grandit pour devenir de la taille de Mars, et il commencerait à migrer à cause de la migration planétésimale, et il se détacherait des autres gars. Il a donc quitté le peloton et au fur et à mesure qu'il se déplace sur le disque, il s'éloigne de l'endroit où se déroule toute l'action. »
La croissance de Mars s'est donc arrêtée à sa taille actuelle car elle a migré loin des matériaux de construction de la planète.
Minton a dit que leurs simulations de ce travail étaient vraiment bien.
"Nous avons fait beaucoup de calculs et la migration est assez rapide", a-t-il dit, "et Mars pourrait migrer à travers le disque avant que toute autre planète de la taille de Mars puisse se former. Dans un premier système solaire où vous avez un Mars bloqué au bord du disque à 1,5 UA, c'est là qu'il est en ce moment et toutes les autres actions en cours dans la zone Terre-Vénus, alors la Terre et Vénus ont pu atteindre leur taille actuelle, où ils ont à peu près la même taille et la même masse et Mars est bloqué par lui-même. »
Et avec Mars, il y a une touche de Marstinis, qui pourrait offrir une explication alternative au bombardement lourd tardif.
La migration de Mars aurait pu capter des planétésimaux dans sa résonance, où deux ou plusieurs corps en orbite exercent une influence gravitationnelle l'un sur l'autre.
"Ce n'est pas du tout évident pourquoi," a déclaré Minton, "mais on pense que la même chose s'est produite dans le système solaire externe, ce qui a donné à Pluton son orbite. Nous pensons que Pluton a en fait été capté dans la résonance 3: 2 avec Neptune lorsque Neptune a migré, et c'est pourquoi Pluton et les autres "Plutinos" vivent dans ces résonances avec Neptune. "
Les Plutinos sont d'autres objets de la ceinture de Kuiper près de Pluton. Cette résonance signifie que Pluton et les Plutinos font le tour du Soleil trois fois pour 2 fois par Neptune. Il existe également des Two-tinos, qui sont capturés dans une résonance 1: 2 avec Neptune - et qui se trouvent vers le bord extérieur de la ceinture de Kuiper. Les nouvelles simulations montrent que ces lignes de résonances sont presque comme un chasse-neige, et que Neptune a migré, il a ramassé tous ces petits corps glacés, Pluton et les Plutinos.
Cela aurait également pu arriver à Mars, et lorsque Mars aurait migré à travers le disque, il aurait également ramassé de petits objets.
"J'ai décidé d'appeler ces Marstinis, pour garder le thème Plutino et Two-tino", a déclaré Minton avec un sourire. "Je ne sais pas si ça va tenir ou pas."
Mais la chose intéressante à propos des Marstinis, a déclaré Minton, est qu'une résonance de 3: 2 avec Mars est en fait une zone très instable.
"Il y a en fait une résonance avec Saturne qui n'existait qu'à l'époque du bombardement lourd tardif", a-t-il dit, "donc avant cela, Saturne - nous pensons - était dans une position différente, donc cette résonance particulière était dans une position différente . Ce n'est donc qu'après que les planètes géantes ont migré vers leur emplacement actuel que cet emplacement de résonance est devenu instable. Nous pensons donc que ces Marstinis auraient été stables et dans cette période intermédiaire entre la fin de la formation de la planète et le bombardement lourd tardif, tout d'un coup, cette région est devenue instable lorsque les planètes ont changé de position à leur emplacement actuel. »
Les Marstinis pourraient-ils donc être responsables du bombardement lourd tardif?
"Ces Marstinis ont été chassés de la planète formant des régions vers la ceinture d'astéroïdes", a déclaré Minton, "puis tout d'un coup, les planètes ont migré et toute cette région est devenue instable et donc ils auraient tous pu aller se jeter dans le système solaire interne et finir par frapper la Lune. "
Il y a quelques autres arguments, également, où les Marstinis correspondent au profil de ce qui a frappé la Lune pendant le bombardement lourd tardif.
"Nous avons des raisons de penser que les objets qui ont frappé la Lune pendant le bombardement lourd tardif étaient en quelque sorte comme des astéroïdes mais pas exactement comme les astéroïdes que nous avons maintenant", a déclaré Minton. "Donc, il y a des arguments chimiques que vous pouvez faire, vous pouvez également faire des arguments à partir des probabilités d'impact qui peuvent ne pas avoir été une masse suffisante dans la ceinture d'astéroïdes pour fournir tous les astéroïdes et les impacts que nous voyons sur la Lune."
Mais il y a d'autres questions en suspens telles que la durée du bombardement lourd tardif, quand il a commencé, les comètes ont-elles jamais été importantes dans l'histoire du bombardement de la Lune ou était-ce uniquement des astéroïdes? Minton a déclaré qu'une exploration plus approfondie de la Lune répondrait à bon nombre de ces questions.
«Ce sont toutes des choses que nous devons vraiment aller sur la Lune pour découvrir et il n'y a presque nulle part ailleurs où vous pouvez aller pour le faire. C'est vraiment l'un des meilleurs endroits où aller pour comprendre toute l'histoire du système solaire.
Minton présentera ses conclusions lors de la prochaine conférence des sciences lunaires et planétaires en mars 2011.
Vous pouvez écouter une interview que j'ai faite avec Minton à propos de la migration planétésimale pour le podcast de la NASA Lunar Science Institute (également disponible sur les 365 jours d'astronomie.)
