Et si Saturne et Jupiter étaient nées autre part ?

Saturne et Jupiter n’auraient pas toujours occupé la même position dans le système solaire. Dans un article publié au sein de la revue Icarus, présenté le 29 octobre 2020 (et accessible gratuitement sur arXiv), des scientifiques s’interrogent sur le lieu de naissance des deux planètes géantes gazeuses. Aujourd’hui, Jupiter se trouve à 5,2 unités astronomiques du Soleil, et Saturne à 9,5 unités astronomiques de l’étoile.

L’architecture de notre système est plutôt inhabituelle, lorsqu’on le compare à d’autres systèmes planétaires dans la Voie lactée (qui en contient des milliers). Pour tenter de comprendre la disposition surprenantes des planètes dans le système solaire, les scientifiques ont recours à des modèles pour retracer l’évolution passée. « On pense qu’un épisode d’instabilité a sculpté la structure orbitale du système solaire interne », rappellent les auteurs au début de leur étude.

Le modèle de Nice

Rappelons qu’au départ, le Soleil était entouré d’un disque en rotation, constitué de gaz et de poussières, où sont nées les planètes que l’on connait aujourd’hui. Les auteurs s’appuient sur un scénario, le modèle de Nice, qui tente de décrire la formation et l’évolution du système solaire. Das ce modèle, les quatre planètes géantes se sont formées dans une région compacte. Les planètes devaient alors être en résonance orbitale. Pour comprendre ce dont il s’agit, on peut prendre l’exemple de Pluton et Neptune aujourd’hui : quand Pluton tourne deux fois autour du Soleil, Neptune réalise trois tours autour du Soleil. On dit que Pluton est en résonance 2:3 avec Neptune.

Lorsque le disque de gaz s’est dispersé, des interactions entre les planètes et des planétésimaux (des petits corps créés par agglutination de poussières lorsque les planètes se sont formées) auraient favorisé la migration de Jupiter (vers l’intérieur du système solaire) et de Saturne, Uranus et Neptune (vers l’extérieur).

Modèle de Nice.

Source : Observatoire de Paris (image recadrée)

Grâce à 6 000 simulations différentes de l’évolution du système solaire, les scientifiques ont repéré un détail surprenant sur la relation entre Jupiter et Saturne. On pensait que, à leurs débuts, Jupiter tournait autour du Soleil trois fois, quand Saturne ne faisait que deux orbites (autrement dit, Saturne aurait été en résonance 2:3 avec Jupiter). Mais, selon les auteurs, cette hypothèse ne peut pas expliquer l’architecture actuelle des planètes géantes. Ils proposent un autre scénario, dans lequel Jupiter tournait deux fois autour du Soleil tandis que Saturne réalisait une seule orbite (résonance 1:2). Ainsi, on serait plus proches d’obtenir la configuration actuelle, estiment-ils.

La résonance entre Jupiter et Saturne aurait d’ailleurs été à l’origine d’une importante déstabilisation de corps de masse relativement faible dans le système solaire externe,  à l’origine de ce que l’on nomme le Grand bombardement tardif — une période où les planètes telluriques auraient connu davantage d’impacts météoritiques.

Une planète éjectée du système solaire ?

« Cela indique que même si notre système solaire est un peu fantaisiste, cela n’a pas toujours été le cas », résume Matthew S. Clement, postdoctorant à la Carnegie Institution, spécialisé dans l’évolution dynamique du système solaire, co-auteur de l’étude, cité dans un communiqué.

L’intérêt de ce modèle n’est pas seulement d’affiner la connaissance de Jupiter et de Saturne. Les auteurs sont arrivés à la conclusion qu’une planète géante glacée aurait pu être éjectée du système solaire encore jeune. Cette hypothèse permettrait d’expliquer les orbites finales des planètes Uranus et Neptune, en plus de tenir compte de la masse de la ceinture de Kuiper (une région composée de petits corps, des résidus de la formation du système solaire, où se trouve notamment Pluton). Cette planète aurait existé entre Saturne et Uranus, avant son éjection.

Pour aller plus loin

Survolez la géante Jupiter comme si vous y étiez avec cette superbe vidéo