Comment la poussière de lune mettra un anneau autour de Mars

Phobos, une lune de Mars, est destinée à être déchiquetée, changeant à jamais la planète rouge.

Par Joel Davis  | Publication: jeudi 29 août 2019

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Un jour, la lune de Mars Phobos glissera au-delà d'un certain point de son orbite dégradante et sera déchirée par les forces des marées, formant un anneau. Cette illustration représente Phobos à mi-chemin de ce processus, surplombant la planète rouge. 

Ron Miller pour l' astronomie

Phobos, semble-t-il, n'est pas long pour cet univers - au moins sur la grande échelle de temps cosmique. 

Les astronomes savent depuis longtemps que Phobos, la plus grande et la plus proche des deux lunes martiennes, tourne lentement vers l'intérieur jusqu'à une destruction éventuelle. Le résultat final ne sera pas joli: Phobos se glissera de plus en plus vers Mars, puis frappera une ligne gravitationnelle où les forces de marée de la planète seront suffisamment fortes pour la déchirer. La lune en forme de tas de décombres se brisera en petits rochers, rochers et poussière, et se répandra en orbite autour de Mars. 
Mars rejoindra les géants du gaz pour avoir une caractéristique spectaculaire: un système d'anneaux. 

Cela pourrait se produire dans 25 millions d'années. Cela pourrait aller jusqu'à 75 millions d'années. Les découvertes récentes sur la composition et la densité de la petite lune, cependant, laissent beaucoup plus de chances que sa plongée à mort se produise plus tôt. Les pièces qui ne forment pas un anneau tomberont à la surface, écrasant avec suffisamment de force pour empocher Mars avec de nouveaux cratères.

"Beaucoup de sciences planétaires se concentrent sur ce qui s'est passé dans le passé et sur ce qui se passe maintenant", explique le scientifique planétaire Benjamin A. Black. «Ce n'est pas souvent que nous regardons vers l'avenir, ce qui va se passer.» Black, un professeur de l'Université de la ville de New York, et l'étudiant diplômé Tushar Mittal de l'Université de Californie à Berkeley, ont effectué un examen détaillé du sort éventuel. de Phobos. 

Il semble que le processus de démembrement des coutures ait déjà commencé. Des images de Phobos prises par les orbites Viking et d'autres vaisseaux spatiaux montrent un réseau de rainures à la surface de la minuscule lune. Au début, ils semblaient rayonner depuis près du cratère de Stickney, et les géologues ont supposé que les rainures étaient des fissures causées par l'ancien impact. Certains ne sont certainement que cela, mais pas tous. En 2015, Terry Hurford du Goddard Space Flight Center de la NASA et ses collègues ont rapporté une nouvelle analyse des rainures. La plupart d'entre eux rayonnent réellement du côté de Phobos qui fait constamment face à Mars; les forces de marée causées par l'attraction gravitationnelle de Mars déforment Phobos. Hurford pense que les rainures sont des vergetures, signe visible de l'emprise inexorable des forces de marée sur la lune.

Le futur anneau martien ne sera bien sûr pas le seul du système solaire. Ce ne sera pas non plus le seul anneau dont l'existence dépend d'une lune. Il y a des anneaux à travers les planètes géantes: les quatre anneaux poussiéreux de Jupiter; Les 13 anneaux sombres et minces d'Uranus; et les cinq anneaux faibles et les quatre arcs énigmatiques de Neptune sont - comme le futur anneau autour de Mars - tous intimement liés aux lunes et aux moonlets. Et bien sûr, la planète annelée la plus connue est Saturne, dont la matière glaciale environnante peut être vue même à travers un petit télescope.

Seigneur des anneaux

Bien que nous connaissions des milliers d'exoplanètes, un seul système exorant a été trouvé. J1407b est une planète massive avec des anneaux si grands qu'ils bloquent la lumière de leur étoile parente. Il a un total de 30 systèmes dans ses anneaux, et le système a un diamètre de 74 millions de milles (119 millions de kilomètres). Pour mettre cela en perspective, si le système d'anneaux était autour de notre Soleil, il s'étendrait tout le long de Vénus et tomberait un peu en deçà de l'orbite de la Terre. J1407b est suffisamment massif pour ne pas être techniquement qualifié de planète, et peut plutôt être une naine brune, une classe d'objets englobant les «étoiles ratées». On estime que l'objet est 20 fois plus massif que Jupiter. 

Ron Miller

Il semble que le processus de démembrement des coutures ait déjà commencé. Des images de Phobos prises par les orbites Viking et d'autres vaisseaux spatiaux montrent un réseau de rainures à la surface de la minuscule lune. Au début, ils semblaient rayonner depuis près du cratère de Stickney, et les géologues ont supposé que les rainures étaient des fissures causées par l'ancien impact. Certains ne sont certainement que cela, mais pas tous. En 2015, Terry Hurford du Goddard Space Flight Center de la NASA et ses collègues ont rapporté une nouvelle analyse des rainures. La plupart d'entre eux rayonnent réellement du côté de Phobos qui fait constamment face à Mars; les forces de marée causées par l'attraction gravitationnelle de Mars déforment Phobos. Hurford pense que les rainures sont des vergetures, signe visible de l'emprise inexorable des forces de marée sur la lune.

Le futur anneau martien ne sera bien sûr pas le seul du système solaire. Ce ne sera pas non plus le seul anneau dont l'existence dépend d'une lune. Il y a des anneaux à travers les planètes géantes: les quatre anneaux poussiéreux de Jupiter; Les 13 anneaux sombres et minces d'Uranus; et les cinq anneaux faibles et les quatre arcs énigmatiques de Neptune sont - comme le futur anneau autour de Mars - tous intimement liés aux lunes et aux moonlets. Et bien sûr, la planète annelée la plus connue est Saturne, dont la matière glaciale environnante peut être vue même à travers un petit télescope.

Les magnifiques anneaux de Saturne

Galileo Galilei a vu ce qui s'est avéré être le système d'anneaux spectaculaire de Saturne en 1610. (Il a dit que les traits ressemblaient à des oreilles ou à des poignées.) Mais ce n'est qu'en 1655 que Christiaan Huygens les a identifiés comme un système complet d'anneaux glacés. En 1856, le célèbre physicien James Clerk Maxwell a montré que les anneaux doivent être composés d'un grand nombre de minuscules particules (il les a appelées «briques-chauves-souris»), chacune en orbite autour de Saturne. 
Depuis lors, le débat fait rage sur l'origine, l'âge et la composition des anneaux de Saturne. S'agit-il de restes de la formation de Saturne ou des restes d'une lune brisée? Aussi vieux que Saturne lui-même, ou un ajout relativement nouveau? Et pourquoi tant de glace? Le scientifique planétaire Robin M. Canup du Southwest Research Institute à Boulder, Colorado, a récemment publié une proposition qui répond à ces questions. Canup suggère que les anneaux de Saturne sont les vestiges très anciens d'une lune de la taille d'un Titan. 

«Saturne avait à l'origine plusieurs lunes massives comme Jupiter», explique Canup. Ces lunes étaient assez grandes pour que leurs intérieurs se différencient en couches de glaces et en noyau rocheux - moins comme une grande comète et plus comme les quatre plus grandes lunes de Jupiter. Lorsque les grosses lunes se sont envolées vers l'intérieur alors que Saturne a terminé son accrétion, dit Canup, les couches glacées extérieures d'au moins une ont été enlevées. Le noyau plongea dans Saturne, et les restes glacés finirent par former les anneaux principaux de la planète. Cela explique, explique-t-elle, pourquoi les particules constituant les anneaux sont constituées à 99,9% de glace d'eau pure. Cela explique également la différence frappante entre les anneaux et satellites de Jupiter et de Saturne. 

«L'existence du système d'anneaux beaucoup plus massif de Saturne est liée au fait que Saturne a perdu ses grandes lunes intérieures primordiales», explique Canup. "Jupiter a conservé ses grandes lunes intérieures, [tandis que] son ​​système d'anneaux poussiéreux est beaucoup moins massif que le système d'anneaux de Saturne."

Les lignes traversant Phobos sont causées par les contraintes de marée de la gravité de Mars déchirant lentement sa plus grande lune. 

NASA

Création d'un anneau martien

Phobos n'est pas de la taille d'une planète, mais bon nombre des mêmes mécanismes entraîneront sa destruction. Son compagnon lune Deimos mesure environ 7,8 miles (12,6 kilomètres) de diamètre et orbite autour de Mars à une distance moyenne de 14 580 miles (23 460 km), assez loin pour éviter le sort de Phobos. Phobos a un diamètre de 13,8 miles (22,2 km). Il fait le tour de la planète à une distance moyenne de 5 827 miles (9 377 km). Avec une période orbitale de seulement 7 heures et 39,2 minutes, Phobos est l'une des 18 des 181 lunes connues du système solaire dont la période orbitale est inférieure à la période de rotation de sa planète.

C'est l'une des quelques raisons pour lesquelles Phobos est condamné. «Il y a quatre facteurs en action», explique Mittal. «La force de marée de Mars; les forces centrifuges sur Phobos, qui tourne; la gravité de Phobos; et la force de Phobos. Il y a un équilibre entre ceux-ci. Les contraintes de marée et de rotation agissent pour séparer Phobos; l'auto-gravité et la force de traction agissent pour maintenir Phobos ensemble. »

Tout comme la gravité de notre propre lune augmente les marées dans les océans et les masses terrestres, Phobos crée un petit renflement de marée sur Mars. Le renflement se déplace lorsque la lune tourne autour de Mars, tout comme le renflement de marée causé par la Lune se déplace autour de la Terre. Parce que Phobos a une période orbitale plus rapide que le jour martien, le renflement de marée est en retard sur Phobos et agit pour le ralentir progressivement sur son orbite, envoyant Phobos en spirale lentement vers la surface martienne. Le taux est d'environ 0,79 pouce (2 centimètres) par an. Ce n'est pas grand-chose, mais il n'y a rien pour l'arrêter.

«Au fur et à mesure que Phobos se rapproche de Mars», explique Mittal, «les contraintes de marée augmentent.» La gravité propre de la lune et la résistance à la traction s'opposent aux forces de marée, mais finalement Phobos tombera à une distance - appelée limite Roche - où la gravité martienne va gagner le bras de fer. Plusieurs études confirment que la spirale intérieure de Phobos entraînera sa destruction dans 25 à 75 millions d'années.

Phobos pourrait éviter l'oblitération s'il s'agissait d'un corps dense, plus capable de résister à l'attraction de la gravité au-delà de la limite de Roche. Malheureusement, les données de l'orbiteur Mars Express de l'Agence spatiale européenne montrent que la lune a une densité de seulement 1,9 gramme par centimètre cube. En comparaison, notre Lune a une densité de 3,3 g par centimètre cube. Même le minuscule Themisto, la plus petite lune régulière de Jupiter à seulement 4,9 miles (8 km) de diamètre, a une densité estimée à environ 2,6 g par centimètre cube. Mars Express a également révélé que Phobos est poreux, contenant probablement de grands vides, il s'agit donc probablement d'un tas de décombres, comme la plupart des minuscules lunes d'Uranus et de Neptune.

L'objet blanc au centre de l'anneau E diffus de Saturne est Encelade, une minuscule lune avec un océan liquide. Des geysers au pôle sud de la lune éjectent de l'eau dans l'espace, formant l'anneau.

NASA / ESA

De plus, la composition de Phobos est similaire à celle des météorites de chondrite carbonées comme celles qui sont tombées sur le lac Tagish au Canada en 2000. Ces météorites primitives sont faites d'une multitude de matériaux meubles et facilement cassables, y compris la magnétite, les cristaux d'olivine, les phyllosilicates et les complexes organiques des molécules telles que les acides aminés, et sont constituées d'environ 10% d'eau, formées dans les régions riches en oxygène du système solaire primitif. Phobos n'est pas seulement un tas de gravats avec un faible champ gravitationnel, mais les gravats eux-mêmes sont quelque peu cassants.

Ensuite, il y a Stickney Crater, le bassin d'impact géant de Phobos. Dans le passé, Phobos a été touché par un objet qui a laissé un cratère de 5,6 miles (9 km) de large - près de la moitié du diamètre de la lune. L'impact a sûrement fracturé une grande partie de l'intérieur de Phobos, le laissant encore plus faible. De là, des milliards d'années d'impacts de météorites ont transformé la surface de Phobos en une couche de poussière fine d'une centaine de mètres de profondeur. Compte tenu de la gravité de surface extrêmement faible (la vitesse de fuite pour Phobos n'est que de 4,56 pieds par seconde), la roche qui compose le tas de gravats reste à peine en place.

Black et Mittal ont utilisé un modèle géotechnique numérique conçu pour les grands projets de construction souterraine pour estimer ce qu'ils appellent la «force de la masse rocheuse» de la lune. Les résultats placent la finale de Phobos dans 20 à 40 millions d'années et donnent plus de détails sur son fin violente.

Alors que Phobos atteint sa limite de Roche, à environ 3400 miles (5470 km) de la surface martienne, les forces de marée vont commencer à séparer Phobos. Tout comme les forces de marée de Saturne ont peut-être décollé le manteau glacé d'une lune de la taille d'un Titan il y a des milliards d'années, les centaines de mètres du régolithe seront dépouillés de Phobos. Cela se produira rapidement: en aussi peu qu'une semaine, la poussière se répandra dans un anneau entourant Mars, la lune plus.

Selon la quantité de matière retirée de Phobos, l'anneau pourrait initialement avoir une densité de masse similaire à celle des anneaux de Saturne d'aujourd'hui. L'anneau martien sera très sombre, contrairement aux anneaux glacés brillants de Saturne, plus comme les anneaux poussiéreux de Jupiter qui sont plus sombres, plus minces et plus diffus. Il embrassera pratiquement Mars, plus proche en termes relatifs de la planète que les autres anneaux planétaires du système solaire. Et l'anneau, disent Black et Mittal, ne durera pas longtemps; ils estiment sa durée de vie entre 1 million et 100 millions d'années.

Petit système
 

Vous n'avez pas besoin d'être une planète pour avoir une bague. Un objet connu sous le nom de Chariklo (classé comme centaure ou planète mineure du système solaire externe) a un système d'anneaux minces autour de lui. Le diamètre de Chariklo de 144 miles (232 kilomètres) le place aux limites inférieures de la taille des planètes naines. Le mécanisme de formation des anneaux, et en fait beaucoup d'informations au-delà de leur existence, n'est pas encore connu. Chariklo a été la première planète mineure ou astéroïde à avoir un système d'anneaux connu. Un autre centaure, Chiron, pourrait aussi en avoir un. Les anneaux ont été découverts en 2014. Chariklo orbite sur une orbite très inclinée entre Saturne et Uranus. 

ESO / L. Calçada / Nick Risinger

Finalement, les décombres rocheux laissés pour compte rencontreront une fin plus rapide mais tout aussi dramatique. Il descendra le long de chemins inclinés pour toucher la surface de Mars et laissera une chaîne de cratères allongés le long de l'équateur de la planète.

Autres bagues uniques et futures

Est-il possible que Mars ait possédé un système d'anneaux dans son passé lointain? "Nous ne sommes pas certains", dit Black, "mais il vaudrait la peine de rechercher si les lunes qui ont migré vers l'intérieur peuvent avoir existé. Une fraction des lunes pourrait avoir une configuration orbitale similaire à celle de Phobos et de Mars. »

Certains scientifiques planétaires pensent que Mars a déjà eu plus de deux lunes. Les chercheurs ont identifié 258 cratères elliptiques sur Mars formés par des objets frappant la surface à des angles rasants. Au moins certains d'entre eux pourraient bien avoir été causés par des impacts obliques d'anciennes lunes martiennes. Si c'est le cas, d'autres peuvent s'être rompus avant de toucher l'atmosphère, laissant des anneaux de roches et de poussière de courte durée autour de Mars.

Il n'y a aucune preuve que Mercure ou Vénus aient jamais possédé des systèmes d'anneaux. La Terre l'a fait pendant une période extrêmement brève pendant la formation de la Lune il y a 4,5 milliards d'années lorsque notre planète a été frappée par un corps de la taille de Mars surnommé Theia. Une grande partie de Theia a fusionné avec la Terre, mais le «Big Splash» aurait fait exploser le matériau restant dans l'espace. Les simulations informatiques indiquent qu'environ 20% de la masse de Theia se seraient mis en orbite autour de la Terre sous forme d'anneau. Environ 10% du matériau de l'anneau se sont ensuite rapidement fusionnés dans la Lune, le reste retombant finalement sur Terre. La bague n'aurait pas duré longtemps, peut-être aussi peu qu'un mois, mais probablement pas plus de 100 ans.

Curieusement, notre Lune pourrait également se terminer comme elle a commencé, selon l'astronome Lee Anne Willson, professeur émérite à l'Iowa State University. Dans le cadre de ses recherches sur le sort de la Terre alors que le Soleil se transforme en une géante rouge, elle a découvert que la Lune avait une chance de devenir un anneau autour de la Terre.

La Lune s'éloigne de la Terre à un rythme d'environ 1,6 pouces (4 cm) par an. Sans contrôle, la Lune finira par migrer vers une distance où il lui faudra 47 jours pour orbiter autour de la Terre. D'ici là, la rotation de la Terre aura également ralenti à 47 jours. Les deux garderont alors le même visage, comme Pluton et sa lune Charon le font aujourd'hui.

Avant cela, cependant, dans environ 5 milliards d'années, le Soleil entrera dans sa phase géante rouge. Il commencera à s'étendre et engloutira Mercure et Vénus. Alors que le système Terre-Lune orbite à travers l'atmosphère extérieure élargie du Soleil, les forces de traînée entraîneront la décomposition de l'orbite de la Lune. Le Soleil continuera probablement de s'étendre et de détruire la Terre et la Lune. D'un autre côté, si le Soleil devait d'abord souffler environ 20% de sa masse, la Lune continuera à descendre jusqu'à sa limite de Roche. Les forces de marée le déchireront, tout comme elles détruiront Phobos. 

Et puis, 9 milliards d'années après la naissance de la Lune à partir d'un anneau d'éjecta d'impact fondu, et près de 5 milliards d'années après la naissance et la mort de l'anneau autour de Mars, la Terre aura à nouveau un anneau.

Source: http://www.astronomy.com
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/08/how-moon-dust--will-put-a-ring-around-mars?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR3EqhqiQ7yif57pDAhjweJ6f66RueDA9epMwgVtDcdsv8Oqhapt1U9HMGo