Un nouveau modèle de formation du Système solaire permet d'expliquer la petite taille de Mars. Il est basé sur une idée originale : une migration de la planète géante Jupiter.

Ce scénario — baptisé le Grand Tack par ses auteurs Kevin Walsh et Alessandro Morbidelli, de l'Observatoire de la Côte d'Azur, ainsi que Sean Raymond, du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux — décrit l'époque, voici 4,5 milliards d'années, où la Terre n'était pas encore formée.

Jupiter tasse le Système solaire

Alors qu'elle était encore la seule planète arrivée à maturation, la planète Jupiter s'est mise à s’approcher rapidement du Soleil. En moins de 100 000 ans, elle a atteint la place actuelle de Mars. En chemin, son influence gravitationnelle a repoussé tous les petits planétoïdes rocheux vers le Soleil, au point qu'ils forment un anneau compact.

C'est à l'intérieur de celui-ci que se créeront ensuite les planètes telluriques, dont la Terre et Mars. Mais la planète rouge, née en bordure de l'anneau, a eu moins de roches à agglomérer et est restée rachitique. Elle aujourd'hui dix fois moins massive que la Terre.

Si Jupiter a repris sa place depuis cet événement capital, c'est que Saturne s'est mise à son tour à migrer vers le Soleil. Cette autre géante a rattrapé Jupiter et l'a forcée, toujours par le jeu des forces gravitationnelles, à faire machine arrière !

Des planètes migratoires

Dans un disque de gaz, comme celui dans lequel baignait le Système solaire pendant ses 50 premières millions d'années, les migrations sont automatiques dès qu'une planète dépasse les 100 masses terrestres.

Elles résultent d'interactions gravitationnelles complexes de la planète avec le disque de gaz, plus précisément avec le sillon qu'elles engendrent dans ce disque, comme on en voit un exemple sur cette vidéo, tirée d'une simulation de Frédéric Masset, spécialiste des migrations planétaires :

Ce nouveau modèle d'aller-retour du duo Jupiter-Saturne est parfaitement crédible. Il permet notamment d'expliquer deux autres grands mystères du Système solaire : la composition de la Ceinture d'astéroïdes (75% d'objets glacés, le reste d’astres secs) et l'origine de l'eau sur la Lune.

Dans le numéro de juillet 2011 (parution le 24 juin), Ciel & Espace détaillera tous les mécanismes de ce modèle. Les vidéos ci-dessous permettent de visualiser les effets de la migration de Jupiter.

Voici une vue de profil du Système solaire, tirée d'une simulation de l'équipe scientifique.

On voit nettement l'effet de la troncature du disque par la migration de Jupiter et de Saturne. Le Soleil, n'est pas représenté, mais il est à gauche. L'échelle horizontale indique la position des objets, en unités astronomiques : 1 est la place qu'occupe la Terre aujourd'hui. Les années défilent sur le compteur en haut, en millions d'années.

Tout s'est joué en seulement 500 000 ans ! Le disque protoplanétaire démarre étendu. Il est fait de planétésimaux (rouges, 100 km de diamètre) et d'embryons planétaires (verts, environ 1000 km). Jupiter (le gros rond noir) va rentrer de la droite de la figure jusqu'à la position actuelle de mars (1,5UA), en tassant tous les objets dans une zone réduite, où se formeront les planètes telluriques.

Cinq cent mille ans après la fin de la précédente vidéo, on voit se former les quatre planètes telluriques (de gauche à droite : Mercure, Vénus, la Terre et Mars) en agglomérant tous les petits planétésimaux.

Mars, qui est en bordure de l'anneau à 1,5 UA, cesse de grossir, et atteint sa masse maximale en bien moins de temps que les 30 millions d'années que dure la vidéo.

On peut noter qu'à 27 millions d'années, une collision tardive a lieu entre un embryon et une planète à 0,75 UA. Ici il s'agit de Vénus, mais selon les chercheurs c'est un très bon analogue de ce qui a pu arriver à la Terre, et qui aurait donné naissance à la Lune.