conséquences des impacts

Impacts et conséquences
J. Monteux, N. Marounina, S. Carpy, G. Choblet, O.
Grasset, A. Mocquet, G. Tobie.
Impacts have played a key role during the evolution of the Solar System. Indeed, they have
strongly influenced the thermo-chemical state of the growing objects during their accretion,
the morphology of small objects during giant impacts and the generation of an atmosphere
on Titan during the LHB. Today, impacts still have measurable manifestations that can be
observed though lunar impact flashes. Here we detail some recent results concerning the
consequences of impacts on the small objets of the solar system.
Accrétion et différenciation des satellites de glace. Les moments d’inertie
de Callisto et de Titan suggèrent une différenciation incomplète de leur intérieur
communément attribuée à une accrétion
lente et froide. Pour comprendre comment
de tels corps avec des rayons ∼ 2500 km
peuvent éviter des épisodes majeurs de
fusion et de différenciation pendant leur
accrétion, nous avons développé un modèle numérique 3D qui caractérise l’évolution thermique d’un satellite de glace
pendant sa croissance par impacts. Nos
modèles montrent qu’augmenter la durée
d’accrétion ne diminue pas significativement la température interne du satellite
en croissance. Le rapport entre la masse
de matériel apportée par les gros impacts
et celle apportée par les petits impacts
joue un rôle plus important. Un satellite
de glace peut atteindre des rayons dépassant 2000 km sans fusion significative si
son accrétion est dominée par des petits
impacts et si l’efficacité de conversion de
l’énergie cinétique en chaleur interne est
anormalement faible. Ainsi, il semble peu
probable que Titan et Callisto aient évité
une fusion globale et une différenciation
majeure pendant leur accrétion [1].
Impact géant et morphologie du noyau
d’Encelade. Encelade est une des plus
petites lunes de Satune avec un rayon
de 250 km. La forme globale d’Encelade
n’est pas compatible avec un corps à
Fig. 1: Composition and plastic deformation
20 minutes after a 25 km impact on Enceladus
occurring at 2400 m/s.
Fig. 1 : Composition et déformation plastique
20 minutes après un impact de 25 km sur Encelade avec une vitesse de 2400 m/s.
la fois à l’équillibre hydrostatique et dont
la structure interne serait complètement
différenciée. Cependant, les nombreuses
manifestations de son activité interne impliquent que ce corps soit différencié. La
structure du géoïde d’Encelade pourrait
être expliquée par un noyau rocheux légèrement irrégulier en termes de topographie ou de densité. Parmi les hypo-
thèses proposées pour expliquer la morphologie irrégulière du noyau d’Encelade,
nous avons testé l’influence d’un impact
géant faisant intervenir deux objets différenciés grâce à des simulations numériques hydrocodes (Fig. 1). Nos résultats
montrent qu’un impact géant a pu modifier
la morphologie du noyau d’Encelade et
que les morphologies post-impact sont variées. Cette morphologie dépend essentiellement de la taille et de la vitesse d’impact. Le scénario d’impact devrait prochainement être contraint par les données gravimétriques de la mission Casssini [2].
Formation de l’atmosphère de Titan.
Titan est le seul satellite du Système solaire à posséder une atmosphère massive
(1,5 bars à la surface) composée majoritairement de diazote (98%) et de méthane
(2%). L’élément azote a été probablement
accrété sous forme NH3 , puis converti en
diazote pour former l’atmosphère actuelle.
Plusieurs scénarios ont étés proposés,
notamment la conversion par impact pendant le Late Heavy Bombardment (LHB).
Pour tester cette hypothèse, nous avons
développé un modèle numérique qui permet de suivre l’évolution de l’atmosphère
de Titan sous l’effet de l’intense flux cométaire correspondant au LHB. Notre modèle
numérique génère une population caractéristique du LHB et calcule les masses
de N2 générées par conversion de NH3
et perdues par érosion atmosphèrique lors
de chaque impact, ainsi que les équilibres
thermodynamiques et radiatifs de l’atmosphère. Nos résultats montrent qu’il n’est
pas possible de générer une atmosphère
massive sur Titan pendant le LHB. Dans
le cas d’une atmosphère préexistante, le
bombardement tardif provoque une forte
érosion de cette atmosphère qui doit être
initialement environ dix fois plus massive
que l’atmosphère actuelle pour survivre
au LHB [3].
Flashs d’impacts lunaires. Les chutes
de météorites sur la Lune produisent
des flashs d’impacts. L’analyse des flashs
émis entre 1999 et 2007 montre une corrélation entre leur durée et leur intensité
sauf pour les météorites Leonid pour lesquelles les vitesses d’impact sont probablement plus élevées. Les détections de
flash d’impact sont actuellement limitées
par la fréquence d’acquisition d’images
qui est généralement inférieure ou égale
à 60 images par secondes. La durée des
flashs est plus longue que les prédictions basées sur les nuages plasma/gaz
en expansion. Nous soutenons ainsi que
ces flash lumineux correspondent à des
radiations émises par un nuage composé de gaz et de petites gouttelettes de
matériel fondu et éjecté. Les temps caractéristiques obtenus par des modèles
simples de rayonnement sont compatibles
avec les observations. Ces modèles permettent aussi d’optimiser le choix du matériel de mesure et montrent que des observations dans le proche infra-rouge augmenteraient significativement le nombre
de flashs détectés alors que des observations multi-spectrales sont essentielles
pour améliorer la compréhension de la nature de ces évènements lumineux [4].
Collaborations
G.S. Collins (London, England), S. Bouley, J. Vaubaillon, F. Colas, P. Lognonné
(Paris, France), D. Baratoux (Toulouse,
France), M. Le Feuvre (Nantes, France),
Z. Benkhaldoun, A. Daassou, M. Sabil
(Marrakech, Maroc)
Références associées
[1] J. Monteux, G. Tobie, G. Choblet, and
M. Le Feuvre. Can Large Icy Moons
Accrete Undifferentiated ? Icarus, In
revision.
[2] J. Monteux, G.S. Collins, G. Tobie, and
G. Choblet. How can a large impact affect the Enceladus’ core morphology ?
In prep.
[3] N. Marounina, G. Tobie, S. Carpy,
J. Monteux, B. Charnay, and O. Grasset. Evolution of Titan’s Atmosphere
during the Late Heavy Bombardment.
In prep.
[4] S. Bouley, D. Baratoux, J. Vaubaillon,
A. Mocquet, M. Le Feuvre, F. Colas,
Z. Benkhaldoun, A. Daassou, M. Sabil, and P. Lognonné. Power and duration of impact flashes on the Moon :
Implication for the cause of radiation.
Icarus, 218 :115–124, 2012.