Phobos & Deimos : comprendre la formation des lunes de Mars

28 juin 2016 I6 : De la poussière aux planètes, Les actualités, Projet Interface

Sébastien Charnoz, professeur à l’Université Paris Diderot, chercheur à l’Institut de Physique du Globe de Paris et membre du projet UnivEarthS « De la poussière aux planètes », et une équipe internationale publient une étude sur l’origine de Phobos et Deimos, les deux lunes de Mars, dans Nature Geosciences. Ces travaux seront utiles pour définir les instruments de la prochaine mission spatiale japonaise vers Phobos.

On ne comprend pas très bien le processus de formation des satellites du Système Solaire. Pour ceux de Mars, il y a plusieurs hypothèses. La première est que Phobos et Deimos sont peut-être des astéroïdes capturés par un mécanisme inconnu. Mais ils orbitent exactement au-dessus de l’équateur martien, ce qui rend peu probable cette hypothèse. La seconde est d’imaginer un scénario de formation similaire à celui de notre propre Lune. Il y a environ 4,5 milliards d’année, la jeune Terre et une protoplanète seraient entrées en collision lors d’un impact géant, produisant de nombreux débris qui formèrent un disque autour de la proto-Terre exactement dans son plan équatorial. Ce dernier s’est refroidi et condensé, créant ainsi une protolune. C’est une hypothèse est plaisante, car c’est une manière simple de créer un satellite dans le plan équatorial. Cette idée appliquée à Mars est renforcée par la présence d’un gigantesque bassin d’impact dans son hémisphère nord. Cela a servi de fil conducteur à notre étude. Mais il reste à expliquer pourquoi Phobos et Deimos sont si différents de notre Lune, pourquoi Phobos orbite si près de Mars (à 3 rayons martiens) et Deimos est si lointain (à 7 rayons martiens) avec un grand espace entre les deux.

Simulation de l’impact géant sur la Proto-Mars. Les particules bleues sont celles de l’impacteur, en rouge le manteau of the proto-Mars et en noir le noyau du proto-Mars. Simulation calculée au centre de calcul S-CAPAD

A l’origine : une grosse lune

Nous avons lancé un ensemble de calculs sur la plateforme S-CAPAD dont une simulation de collision géante sur Mars. Nous avons remarqué que le disque de débris créait un gros anneau compact et massif entre 1 et 3 rayons martiens, laissant à l’extérieur un disque très ténu de débris mais très étendu. Comme Phobos et Deimos ont dû se former vers 6 rayons martiens, nous avons étudié la dynamique de ce disque fin pour voir si les débris s’accrétent spontanément. Cette première tentative fut infructueuse. Il a fallu trouver l’ingrédient qui perturbe ce système pour déclencher l’accrétion. Nous avons alors étudié le rôle du disque interne et avons trouvé qu’à son bord externe, se forment de très gros satellites. Ce fut l’étincelle : peut-être qu’une de ces grosses lunes issues du disque interne agite le disque extérieur en s’éloignant sous l’effet des marées avec le disque ?
Les simulations couplées des deux disques montrent que les grosses lunes internes formées à 3 rayons martiens agitent suffisamment le disque externe pour emballer l’accrétion en formant exactement 2 lunes dans des régions particulières appelées « résonances ». Ensuite, les marées martiennes déplacent les satellites. Toutes les lunes formées en dessous de l’orbite synchrone, dont Phobos, chutent vers Mars, mais Deimos s’étant formé juste au-dessus de l’orbite synchrone il est repoussé vers l’extérieur. Après 4 milliards d’années d’évolution, il ne reste plus que Phobos et Deimos à leurs positions actuelles.

Vers l’exploration spatiale

Cette étude a eu un fort écho au Japon, auprès de la JAXA , l’agence spatiale japonaise. Il y a 6 mois, elle a décidé de lancer une mission vers Phobos pour comprendre sa formation. C’est une mission ambitieuse qui a pour objectif de ramener sur Terre du matériau de la surface du satellite. Le lancement est prévu en 2022 (retour des échantillons en 2027). Cette mission, baptisée MMX (Mars Moons Exploration) intéresse énormément l’IPGP et l’Université Paris Diderot, dont les laboratoires sont reconnus mondialement pour l’étude en laboratoire des matériaux extraterrestres tels que les météorites. Ainsi nous pourrons déterminer l’origine de de Phobos et confirmer, ou infirmer, ce scénario et ainsi mieux comprendre l’histoire de Mars et de ses lunes.

La formation des lunes de Mars en vidéo :

The movie is available in :

– English version

– Japanese version 巨大衝突起源によるフォボスとディモスの形成

– Dutch version Het ontstaan van de manen van Mars

La plateforme S-CAPAD
Le service de Calcul Parallèle et de Traitement de Données en sciences de la Terre (S-CAPAD) est un instrument scientifique et service transversal de l’IPGP qui permet aux étudiants et chercheurs, de développer et d’exploiter leurs applications de modélisation et d’analyse des données issues des observations ou de la simulation numérique. Il dispose aujourd’hui de 130 noeuds de calcul totalisant plus de 2000 coeurs avec une puissance crête de 47 Tflops, 10 To de mémoire et près de 1 Po de stockage parallèle, le tout connecté par un réseau haute performance. Ces ressources sont ouvertes aux membres de l’IPGP, à ses collaborateurs extérieurset aux membres de la COMUE USPC ; elles sont donc intégrées à la plateforme CIRRUS.

Pour plus d’informations, voir http://webpublix.ipgp.fr/rech/scp/.

Retrouvez l’article original sur le site de Nature Geoscience.

Accretion of Phobos and Deimos in an extended debris disc stirred by transient moons, Pascal Rosenblatt, Sébastien Charnoz, Kevin M. Dunseath, Mariko Terao-Dunseath, Antony Trinh, Ryuki Hyodo, Hidenori Genda & Stéven Toupin. Nature Geoscience, 4 July 2016. DOI: 10.1038/ngeo2742

Cette étude a été réalisée par des chercheurs de l’IPGP, de l’Université de Rennes, l’Université de Kobé et TokyoTech, avec le soutien du LabEx UnivEarthS.

Ce reportage a été réalisé grâce à l’Université Paris Diderot (voir l’article original sur le site de l’université).

Enregistrer