Les scientifiques ont découvert des preuves géologiques selon lesquelles l’interaction gravitationnelle entre Mars et la Terre est à l’origine du cycle de circulation sous-marine de 2,4 millions d’années et du réchauffement climatique. Que se passe-t-il si la lune disparaît? Les étoiles peuvent priver des planètes entières de leur atmosphère. Découverte des orbites rétrogrades.
Mars influence le climat de la Terre et de la mer
Les scientifiques ont découvert des preuves géologiques selon lesquelles l’interaction gravitationnelle entre Mars et la Terre est à l’origine du cycle de circulation sous-marine de 2,4 millions d’années et du réchauffement climatique.
Une connexion surprenante entre Mars et les mers et le climat de la Terre provoque des courants profonds qui augmentent et diminuent pendant les périodes d’énergie solaire accrue et de climats plus chauds. La recherche pourrait aider à clarifier comment le changement climatique à l’échelle géologique (plutôt que celui que l’homme provoque actuellement par le biais des émissions de gaz à effet de serre) affecte la circulation océanique. Selon les membres de l’équipe de recherche, ces connaissances pourraient aider les chercheurs à créer de meilleurs modèles climatiques à l’avenir, rapporte la revue dans la revue Nature Communications.
Une équipe de recherche dirigée par Adriana Dutkiewicz, scientifique à l’Université de Sydney, a commencé à étudier si les courants océaniques devenaient plus forts ou plus lents à mesure que le climat de la Terre se réchauffait. Pour ce faire, Dutkiewicz et ses collègues ont utilisé un demi-siècle de données scientifiques de forage collectées sur des centaines de sites à travers le monde. Ces données leur ont permis de comprendre la force des courants marins profonds au cours des 50 dernières années.
Pour remonter dans le temps – environ 65 millions d’années, presque jusqu’à l’âge des dinosaures – ils ont étudié les sédiments des profondeurs marines de la Terre. Cela leur a permis de tester si les changements dans l’orbite terrestre étaient liés aux changements dans les roches sédimentaires. L’équipe a découvert des cycles de 2,4 millions d’années, ou «grands cycles astronomiques», associés aux orbites de la Terre et de Mars.
“Nous avons été surpris de trouver ces cycles de 2,4 millions d’années dans nos données sur les sédiments des grands fonds marins”, a déclaré Dutkiewicz. “Il n’y a qu’une seule façon de les expliquer : ils sont liés aux cycles d’interaction de Mars et de la Terre en orbite autour du Soleil.”
Les scientifiques connaissent depuis longtemps les grands cycles astronomiques, mais on les trouve rarement dans la géologie de la Terre.
L’illustration (non à l’échelle) montre Mars et la Terre en orbite autour du Soleil. Robert Lee/NASA
Le co-auteur de l’étude, Dietmar Muller, également de l’Université de Sydney, a expliqué comment les orbites de la Terre et de Mars pourraient provoquer des changements dans les océans.
“Les champs gravitationnels des planètes du système solaire interfèrent les uns avec les autres, et cette interaction, appelée résonance, modifie l’excentricité des planètes – une mesure de la proximité de leurs orbites circulaires”, a-t-il déclaré.
Sur Terre, cela a conduit à des périodes pendant lesquelles notre planète recevait davantage de rayonnement solaire, créant ainsi un climat plus chaud. Les cycles de 2,4 millions d’années contenaient des «ruptures» dans les enregistrements en haute mer, et ces ruptures indiquent des périodes de circulation océanique plus vigoureuse.
Les résultats de l’équipe suggèrent que le mouvement circulaire de l’eau, provoquant de petits tourbillons ou «tourbillons» dans les profondeurs océaniques, était un facteur important du réchauffement des mers.
Ces tourbillons ont peut-être contribué à compenser la stagnation océanique qui, selon de nombreux scientifiques, suivra un ralentissement de la circulation de retournement méridional de l’Atlantique (AMOC). L’AMOC est un vaste système de courants océaniques qui transportent l’eau chaude des tropiques vers l’océan Atlantique Nord. Il est responsable du mouvement du Gulf Stream et du maintien d’un climat chaud en Europe.
«Nous savons qu’il existe au moins deux mécanismes distincts qui favorisent un mélange vigoureux des eaux profondes des océans. L’AMOC en fait partie, mais les tourbillons océaniques profonds semblent jouer un rôle important dans les climats chauds en maintenant la ventilation des océans. – dit Mueller. “Bien sûr, il n’aura pas le même effet que l’AMOC en termes de transport de masses d’eau des basses latitudes vers les hautes latitudes et vice versa.”
Ces tourbillons atteignent souvent les fonds marins profonds, également appelés «fonds marins abyssaux». Une fois ces énormes tourbillons connectés aux fonds marins profonds, ils pourraient provoquer une érosion et créer de grandes accumulations de sédiments semblables à des dérives appelées contourites».
“Nos 65 millions d’années de données sur les eaux profondes suggèrent que les océans plus chauds ont une circulation profonde plus vigoureuse”, a conclu Dutkiewicz. “Cela empêchera potentiellement la stagnation des océans, même si l’AMOC ralentit ou s’arrête complètement.”
L’équipe ne sait pas encore comment l’interaction entre les orbites de la Terre et de Mars et la dynamique océanique qu’elle crée pourraient affecter la vie dans les océans terrestres à l’avenir. Quoi qu’il en soit, les résultats pourraient conduire à une modélisation et des prévisions climatiques plus fiables.
Que se passe-t-il si la lune disparaît ?
La Lune était reliée à la Terre pendant la majeure partie de son orbite de 4,5 milliards d’années autour du Soleil. Les astrophysiciens suggèrent que les origines de la Lune résident dans un impact ancien au cours duquel un objet de la taille de Mars s’est écrasé sur notre planète, envoyant d’énormes quantités de débris dans l’espace. Les matériaux résultants se sont rassemblés sous l’influence de la gravité pour former ce que nous appelons aujourd’hui la Lune.
Nous et le reste de la vie sur Terre sommes tellement habitués à la présence de la Lune qu’il est difficile d’imaginer à quoi ressemblerait la vie sur Terre si notre satellite naturel disparaissait soudainement. Mais la Lune pourrait-elle un jour s’éclipser ou disparaître? Que se passe-t-il si elle disparaît?
Selon Noah Petro, scientifique de la mission lunaire Artemis 3 de la NASA, peu d’événements astronomiques réalistes auraient pu provoquer un événement aussi dramatique.
«Je pense que le seul événement astronomique plausible qui pourrait dissocier la Lune serait un fort impact sur la Lune qui la diviserait. … Semblable à l’impact important qui aurait formé la Lune, un objet suffisamment grand pourrait théoriquement briser la Lune», a déclaré Petro.
Heureusement, le Soleil et les planètes ont englouti la plupart des gros objets du système solaire. Une planète malveillante entrant dans le système solaire depuis l’espace interstellaire pourrait causer des dommages, mais la probabilité qu’elle entre en collision avec la Lune est extrêmement faible, a déclaré Petro. Mais disons que la Lune ait disparu et que la Terre soit restée relativement intacte.
En termes de processus physiques, l’une des perturbations les plus visibles sera l’impact sur les marées océaniques, responsables des écosystèmes côtiers. La vie marine dans les zones intertidales va mourir ou s’adapter, et nous assisterons probablement à l’effondrement d’écosystèmes clés qui dépendent des zones intertidales pour leurs sources de nourriture. Près des trois quarts de la population mondiale vit à moins de 50 kilomètres de l’océan, et ainsi des milliards de personnes récoltent ou recherchent de la nourriture dans les zones intertidales. L’effondrement de cet écosystème aurait des conséquences catastrophiques pour les communautés côtières.
De plus, l’érosion côtière due aux marées détermine en grande partie la forme de nos côtes. Ce processus ralentira considérablement et la bataille entre terre et mer se transformera en (quelque peu) trêve.
Les coraux utilisent les signaux du cycle lunaire et de la température de l’océan pour influencer leur cycle de reproduction. Ici, des coraux durs (Acropora sp.) frayent dans le parc national de Lizard Island, sur la Grande Barrière de Corail, dans le Queensland, en Australie. Groupe Auscape/Universal Images
Les marées jouent également un rôle important dans la thermorégulation globale de l’océan. Les eaux océaniques plus froides et plus profondes sont entraînées dans les baies et les criques à marée haute, où elles se réchauffent. Les marées océaniques ont également une profonde influence sur les courants océaniques plus forts et donc sur la circulation océanique. Ces courants se répercutent également, provoquant des vents dominants qui jouent un rôle important dans la régulation du climat côtier. La disparition soudaine des forces de marée qui animent ces mécanismes aurait un impact énorme sur la propagation de la chaleur et de l’énergie à travers la planète, modifiant les températures et les climats dans des endroits que nous connaissons à peine.
L’un des effets les plus profonds de la disparition de la Lune mettra un certain temps à se manifester, mais il aura d’énormes conséquences. L’axe de la Terre forme actuellement un angle de 23,4 degrés par rapport à notre orbite du Soleil. Cependant, il existe une oscillation dans son cycle de rotation. Mais il faut 26 000 mille ans pour terminer un cycle complet dont l’écart n’est que de 2,4 degrés. Sans la Lune pour la stabiliser, cette oscillation peut devenir extrême et erratique. Dans ce scénario, les saisons prévisibles disparaîtraient et les pôles finiraient parfois par se retrouver alignés avec l’équateur. Les résultats changeront radicalement l’habitabilité de la Terre, car l’environnement autrefois prévisible deviendra hostile à de nombreuses formes de vie.
En effet, un certain nombre d’espèces et d’écosystèmes ont développé une profonde dépendance aux conséquences physiques de la Lune. Après tout, la vie a évolué grâce à la lune et à ses cycles en tant que condition environnementale importante. Les cycles de vie ou le comportement de certaines espèces sont basés sur les cycles de la lune. Quelques exemples sont les espèces d’oiseaux qui dépendent du clair de lune comme signal pour leurs voyages migratoires. Le moment du lever de la lune est également essentiel à la reproduction synchronisée des coraux sur la Grande Barrière de Corail.
Si un objet aussi gros qu’une planète voyou détruit la Lune, il est peu probable que la Terre reste relativement intacte.
La lune est également une source de lumière nocturne pour les espèces nocturnes, notamment les prédateurs nocturnes. Des preuves ont montré que les petits mammifères limitent leur activité pendant la haute lune (quand il y a plus de lumière) en raison du risque de prédation. Sans cette lumière, la proie aurait un sérieux avantage sur ses adversaires prédateurs.
La relation de l’humanité avec la Lune est profonde. Bien entendu, la Lune a été le premier corps extraterrestre sur lequel les humains ont posé le pied, et sa disparition aurait un impact considérable sur nos objectifs d’exploration spatiale. La Lune constitue un tremplin tangible pour les futurs voyages astronomiques, où nous pourrons tester nos équipements et en apprendre davantage sur l’histoire du système solaire sans trop nous éloigner de chez nous.
La Lune est une capsule temporelle du premier système solaire, a noté Petro. En l’étudiant, nous pouvons avoir une idée de la façon dont le Soleil s’est développé, de l’histoire des impacts sur la surface lunaire et de ce à quoi il ressemblait aux premiers stades du système solaire.
Les étoiles exercent une «compression» gravitationnelle sur les planètes, les privant d’atmosphère
Les forces de marée et les bombardements radioactifs peuvent provoquer une fuite de certaines atmosphères planétaires dans l’espace. Le scientifique en a appris davantage sur les processus qui dépouillent l’atmosphère des planètes et a découvert que la compression par l’étoile mère pouvait contribuer à ce processus.
L’étude, dirigée par Guo Jianheng de l’Observatoire du Yunnan de l’Académie chinoise des sciences, pourrait aider les astronomes à mieux déterminer quelles planètes extrasolaires, ou «exoplanètes», devraient être étudiées de plus près à mesure qu’ils étendent leur recherche de vie au-delà du système solaire.
Les planètes peuvent perdre leur atmosphère dans l’espace de plusieurs manières, y compris la haute atmosphère quittant entièrement la planète, ce que l’on appelle «évasion hydrodynamique». Ce processus est considéré comme plus extrême que le processus par lequel les planètes de notre système solaire éjectent aujourd’hui des particules dans l’espace par «ventilation hydrodynamique», ce qui entraîne une perte de masse de la planète tout en affectant simultanément son climat et donc son habitabilité.
Jianheng a simulé la perte d’atmosphère due aux exoplanètes de faible masse. En particulier, Jianheng s’est concentré sur le mécanisme d’échappement atmosphérique hydrodynamique et a proposé une nouvelle méthode de classification qui peut être utilisée pour comprendre ce processus ainsi que d’autres processus d’échappement atmosphérique.
Bien que cela ne se produise plus avec les planètes intérieures autour du Soleil, au début du système solaire, une fuite hydrodynamique de l’atmosphère pouvait en réalité se produire avec des planètes telles que Vénus et la Terre. Si ce processus se poursuivait, notre planète pourrait se retrouver avec une atmosphère mince, pratiquement sans eau, semblable à celle que nous observons autour de notre voisine planétaire, Mars.
Cela signifie que comprendre la production hydrodynamique de l’atmosphère peut aider à déterminer pourquoi la Terre est capable de supporter la vie alors que Mars et Vénus ne le sont pas.
Une illustration montrant les mécanismes qui peuvent faire perdre leur atmosphère aux planètes. Guo Jianheng
Bien que l’éjection atmosphérique hydrodynamique ne provoque actuellement pas de destruction atmosphérique dans le système solaire, les astronomes ont utilisé des télescopes spatiaux et terrestres pour déterminer que ces processus se produisent effectivement autour d’exoplanètes proches de leurs étoiles mères.
Jianheng a mené des simulations informatiques d’exoplanètes de faible masse, qui ont montré que les planètes dotées d’une atmosphère riche en hydrogène peuvent subir une éjection atmosphérique hydrodynamique en raison de processus énergétiques internes.
Cette énergie se manifeste sous forme de chaleur interne et est générée par les forces de marée qui serrent et compriment la planète – forces provoquées par la gravité des étoiles mères et le bombardement du rayonnement ultraviolet intense de ces étoiles. Parfois, ces forces peuvent même déformer les planètes, leur donnant une forme ovoïde.
La modélisation a déjà été utilisée pour comprendre les mécanismes physiques à l’origine des éruptions hydrodynamiques, mais ces modèles étaient complexes et conduisaient souvent à des conclusions peu claires.
Jianheng, quant à lui, soutient que les paramètres physiques requis pour classer les mécanismes de production hydrodynamiques sont simples. Selon le chercheur, il suffit de penser aux caractéristiques des planètes et des étoiles impliquées, comme leur masse, leur rayon et la distance orbitale entre la planète et son étoile.
Les simulations de Jianheng ont montré que pour les exoplanètes plus dodues et moins denses, avec une faible masse et un grand rayon, des températures internes suffisamment élevées pourraient provoquer des fuites atmosphériques. Le rapport entre l’énergie interne d’une planète et son énergie potentielle gravitationnelle, connu sous le nom de «paramètre de Jeans», peut être utilisé pour déterminer si une planète connaîtra une fuite atmosphérique. Plus le paramètre Jeans est bas, plus il est probable qu’une fuite atmosphérique se produise.
L’illustration montre trois exoplanètes situées à différentes distances autour d’une étoile, subissant différents niveaux de rayonnement et de forces gravitationnelles qui érodent leur atmosphère à des rythmes différents. Robert Lee
Pour les planètes qui ne peuvent pas subir d’évasion hydrodynamique en raison d’une énergie interne élevée, Jianheng a découvert qu’un paramètre Jeans modifié prenant en compte les forces de marée générées par les étoiles peut identifier et distinguer le rôle que jouent ces forces et le rayonnement ultraviolet extrême dans l’évasion atmosphérique.
Les simulations ont également montré que les planètes de faible masse avec un potentiel gravitationnel élevé, résultant de la distance croissante entre une planète et son étoile, ainsi que du rayonnement plus faible avec lequel un tel monde serait bombardé, entraînaient une fuite hydrodynamique plus lente de l’atmosphère.
Les résultats pourraient aider les scientifiques à mieux déterminer comment l’atmosphère des planètes de faible masse évolue au fil du temps, contribuant ainsi à dresser un tableau plus complet de l’habitabilité de ces mondes.
Pourquoi toutes les planètes tournent-elles dans le même sens?
Le système solaire avait initialement un sens de rotation original et l’a maintenu pendant 4,6 milliards d’années. Pour forcer une planète à changer sa trajectoire autour du Soleil, quelque chose de massif doit la forcer à changer d’orbite sous l’influence de sa gravité.
Les astronomes ont découvert des planètes autour d’autres étoiles dont les orbites rétrogrades se déplacent dans le sens opposé à la rotation de leurs étoiles.
Si vous pouviez remonter 4,6 milliards d’années en arrière, vous verriez une époque où notre système solaire n’existait pas. Mais l’espace ne serait pas vide: au lieu de notre Soleil et de nos planètes, vous seriez confronté à un nuage de gaz et de poussière. Cette «nébuleuse solaire» était autrefois une riche source de gaz et de poussières qui formaient notre système solaire. Les nébuleuses sont le résultat final de l’agonie d’une étoile, lorsque l’étoile se débarrasse de toute sa matière de manière explosive. Ils sont également des pépinières de nouvelles étoiles et des planètes qui les accompagnent, et peuvent contribuer à expliquer pourquoi nos planètes tournent toutes dans la même direction.
Notre explication actuelle de la création du système solaire est la suivante : une onde de choc provenant d’une étoile proche devenue supernova a déclenché l’effondrement de notre nébuleuse solaire. Lorsqu’une étoile géante proche a explosé, des particules de haute énergie ont explosé dans la nébuleuse, provoquant l’effondrement de poches de matière et de gaz.
Cela a créé un puissant centre gravitationnel autour duquel le reste du nuage en condensation tournait. La pression exercée par le noyau a provoqué la combinaison des atomes d’hydrogène et la formation d’hélium, libérant d’énormes quantités de chaleur et de lumière, consommant plus de 99 % de la matière disponible dans le nuage. Le centre de la nébuleuse en train de s’effondrer est devenu notre Soleil, et le reste de la matière s’est regroupé pour former des planètes, des lunes et d’autres corps rocheux familiers tels que des astéroïdes.
Lorsque la nébuleuse solaire s’est effondrée, la matière à l’intérieur a commencé à tourner plus rapidement sous l’effet de sa propre gravité. En raison de la conservation du moment cinétique (la vitesse de rotation d’un objet autour d’un axe central), la vitesse de rotation du nuage a augmenté et s’est stabilisée. Comme le nuage tournait initialement, le même sens de rotation a été conservé. Selon les astronomes, la plupart des planètes maintenaient leur position dans le même plan orbital. Vénus et Uranus ont connu de grandes turbulences à un moment donné. Les astronomes pensent que les mouvements de Jupiter et de Saturne, qui se sont également éloignés du Soleil, ont influencé ces deux planètes plus petites et modifié leur mouvement.
Le sens de rotation initial était aléatoire. Lorsque l’on regarde le pôle nord du Soleil d’en haut, le plan orbital du système solaire pourrait commencer à tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse. Il s’avère que nous voyageons tous autour du soleil dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, mais cela n’a rien de spécial.
Nos planètes (et les lunes qui les accompagnent) tournent autour du Soleil dans la même direction que celle dans laquelle le Soleil tourne. Cependant, certaines comètes et astéroïdes se déplacent autour du Soleil sur des orbites rétrogrades, par opposition à la rotation du Soleil, car leur masse relativement faible permet aux objets spatiaux plus grands de les éloigner plus facilement de leur direction d’origine.
Changer l’orbite d’une planète nécessiterait une énorme dépense d’énergie ou une rencontre rapprochée avec une autre planète. Alternativement, un objet lointain de la taille d’une planète dans l’espace pourrait exercer sa propre force gravitationnelle pour contrecarrer son étoile hôte. Par exemple, l’exoplanète Kepler-2b, une géante gazeuse en orbite autour d’une étoile située à plus de 1 040 années-lumière, pourrait avoir été placée sur une orbite inclinée et allongée par une forte force gravitationnelle, peut-être provenant d’une autre planète. L’inclinaison a en fait inversé l’orbite de Kepler-2b. Jupiter a fait quelque chose de similaire aux astéroïdes de notre système solaire. La lune Triton de Neptune, la lune Phoebus de Saturne et les lunes karmiques de Jupiter ont également des orbites rétrogrades autour de leurs planètes.