Prsentation PowerPoint Diapositive 1

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Les collisions dans les systèmes planétaires
Leur rôle et les outils numériques au travers de
quelques exemples
Sébastien Charnoz
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Les collisions agissent à TOUTES les étapes
dévolution des systèmes planétaires
Accrétion des planétésimaux Accrétion/destructi
on des embryons planétaires Evolution des
ceintures de débris (Astéroïdes,
Kuiper) Rencontres comètes-planètes Rencontres
avec les anneaux Etc
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Formation de planètes dans le disque
protoplanétaire Rappel
Scénario standard Coagulation des éléments
lourds (poussières )
Mélange gaz poussière
Sédimentation dans le plan équatorial
Formation des planétésimaux
Collage des planétésimaux(Runaway Growth)
Collisions géantes, dissipation nébuleuse
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MAIS Le rôle des collisions peut-être très
différent en fonction de létape que lon étudie
!! Coalescence ou Fragmentation Les outils
numériques sont très différents aussi
! Statistique N-Corps - SPH
En fonction de leffet des collision, lévolution
globale du Système en sera profondément affecté
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Early stages of accretion of planetesimals
Accretion of planetesimal in the solar nebula has
A shape similar to a Hill sphere A
circular/non-inclined orbit
GAZ FREE !
Charnoz et al.
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Above
Left Side
From behind
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Accrétion des planétésimaux Pour former des
embryons

• Les planétésimaux apparaissent sur des orbites
  circulaires
• Taille 10 Km
• V_evasion 10 m/s
• V_rencontre V_evasion
• Les collisions se traduisent par laccrétion des
  corps
• COLLAGE GRAVITATIONNEL ( Le plus facile à
  modéliser)

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Une simulation Numérique       Apparition de
protoplanètes (taille lunaire à martienne)
Nakamura et al.
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• Cette étape se simule bien en utilisant
• une approche  statistique 
• Equation de Coagulation
• (Schomulosky)
• La collision proprement dite nestpas modélisée
• Cest lévolution du systèmeque lon suit
• Voir le prochain seminaire
• Multi-echelle

Greenberg et al.
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Lépoque des embryons planétaires
Les embryons planétaires subissent des
collisions gt Plus complexe a simuler car
laccretion nest plus parfaite
Rem taille Lune-Mars, Vimpact 10
Km/s Collision physique Fracturation, erosion
etc Necessite equation detat Des solides,
phys. De la fractura tion
Ex formation de la lune Explique bien les
abondancesisotopiques
Canup et al.
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Erosion des ceintures de débris
Kuiper et la ceinture dastéroïdes ont un
déficit de massedenviron 1000 !! Vitesse
impact Km/s Plusieurs scénarios éjection
dynamique ou érosion collisionnelle

• Necessité de BIEN connaître la physique de la
  fracturation
• MAL connu ! Gravité Physique de la
  fracturation

• Soit les corps ont une résistance mécanique gt
  SPH
• (Benz, Asphaug, Michel à Nice etc)

• Soit ils nen ont pas gt Rubble Pile
• Rebondgravité (idem simulations Saturne)

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Experimentations en laboratoires comparaisons
sim. SPH
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Simulations de collision entre rubble piles
Richardson et al.
Michel et al. Charnoz (pourSaturne)
Movie1movie2
Interet Il est possible que lamasse des
astéroides soit le produit De fragmentation de qq
gros corps seulement!
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Patrick Michel et al. (Obs. Nice)
Impact dune bille de nylon sur une boule de
basalte(5km/s)
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Interactions satellites/anneaux Charnoz, Déau,
Brahic etc.., Science 2005
Rencontre à longue distance résonance Rencontre
proche collision physique gravité
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Prométhée rencontre lanneau F
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Since Voyager the F ring is known to be
surrounded by  parrallel  ringlets called
 strands  on both sides, with changing
appearance.
F ring core
Cassini images
Strands
Murray et al. 1997, Showalter 2004
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360 PROFILE OF THE F RING ON NOVEMBER 2004
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The Spiral is confirmed in NOVEMBER 2004, APRIL
and MAY 2005
Multiple starting spirals ? The spiral must
rotate at local orbital speed !!
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A cloud of particles released from the core WILL
form a spiral because of KEPLERIAN SHEAR
V-
F ring core
T0
radial distance
V
F ring core
T1
F ring core
T2
Longitudinal spreading , BUT NOT radial spreading
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Rencontre gravitationnelle avec lanneau
Charnoz et al.
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Rencontre Physique avec lanneau
Simulation a piece of ring with 0.02 deg
extension, 30000 particles
MOVIE OF ENCOUNTER X Y PLANE
S6
DY
Charnoz et al.
DX
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A French croissant !!!
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Evolution of ejecta due to keplerian shear
formation of a spiral
Scattered particles by a nearby satellite
Core
Caution DT2 Prometheus orbitsJ2 J40 in the
movie
Prometheus is HERE at perihelion
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CONCLUSION
Les collisions sont un facteur dévolution MAJEUR
dans les Systèmes Planétaires. Difficulté Une
collision est Gravitationnelle Physique !! Leur
rôle et les outils pour les étudier varient
grandement Exemples Accrétantes formation
des planètes , Ncorpscoll etc.. Destructrices
erosion des ceintures de petit corps , SPH, Hydro
etc.. Gravitationnelles interactions
satellites anneaux, Ncorps La physique de la
fragmentation est fort mal comprise.Sa
compréhension est nécessaire pour comprendre
lévolution De Kuiper, Astéroides et des
planétésimaux