La dynamique résonnante dans le système solaire : application au mouvement des objets transneptuniens

The resonant dynamics in the solar system : application to the behavior of the trans-neptunian objects

• Auteur / Autrice : Fabrice Thomas
• Direction : Claude Froeschlé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie fondamentale, mécanique céleste et géodésie
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Capitaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Froeschlé, Sylvio Ferraz-Mello, Jacques Henrard, Giovanni B. Valsecchi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvio Ferraz-Mello, Jacques Henrard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pluton (planète)

Comètes

Kuiper, Ceinture de

Système solaire

Résumé

Cette thèse étudie la dynamique résonante dans le système solaire externe. Cette analyse consiste à déterminer les caractéristiques (localisation et amplitude) des résonances orbitales, séculaires et de Kozai qui peuvent affecter l'évolution temporelle de l'orbite d'un petit corps (astéroïde ou comète) dont le mouvement est perturbé par des corps plus massifs : les planètes. Le cas des objets transneptuniens est ici considéré. Au nombre actuel de 60, ils seraient les membres d'une nouvelle famille de petits corps : la ceinture de Kuiper. Celle-ci rassemblerait, outre pluton, plusieurs milliers de corps assez volumineux et serait constituée par les reliquats inutilisés lors de la formation des planètes. Une exploration analytique et numérique de la dynamique montre que cette ceinture se divise en trois régions. La première correspond à sa partie interne (comprise entre 34 et 40 UA) dans laquelle les résonances orbitales avec Neptune protègent les objets des rencontres proches avec cette planète. De plus des intégrations numériques révèlent que ces résonances présentent une stabilité à long terme, équivalente en durée à l’âge du système solaire. Aussi tous les objets découverts dans cette zone se répartissent dans ces résonances, et surtout dans la résonance 2/3 avec Neptune où se trouve Pluton. La région intermédiaire (entre 40 et 42 UA) est instable car les résonances séculaires avec Uranus et Neptune y sont présentes. L’interaction entre ces résonances rend les orbites très chaotiques et fait croitre leur excentricité jusqu'au stade de croiseur de Neptune qui, par rencontres proches, va très rapidement dépeupler cette zone. En revanche, la partie externe de la ceinture (au-delà de 42 UA) présente une dynamique résonante assez pauvre : il n'y a plus de résonances séculaires et les résonances orbitales, très séparées les unes des autres, ont des effets dynamiques peu intenses.

This thesis studies the resonant dynamics in the outer Solar System. The analysis consists in the determination of the properties (location and amplitude) of the mean motion, secular and Kozai resonances, which could affect the orbital evolution of a little body (asteroid or comet) under the perturbations given by more massive bodies : the planets. The case of trans-neptunian objects is considered. Now 60 in number, they belong to a new family of little bodies : the Kuiper belt. This system should collect, in addition to Pluto, several thousand very large bodies which should be the unused debris left after the formation of the planets. Both analytical and numerical explorations of the resonant structure of the Kuiper belt show that this system turns out to be made of three different parts. In the first one (between 34 and 40 AU), mean motion resonances with Neptune protect the objects from close encounters with this planet. Moreover, numerical integrations reveal that these resonances are stable over a time exceeding the age of the Solar System. All the objects present in this part are distributed in these resonances (mainly in the 2/3 with Neptune). Besides a non-resonant and very stable zone at small eccentricity is mysteriously unpopulated. In the intermediary region (between 40 and 42 AU), the dynamics is unstable because the secular resonances with Uranus and Neptune overlap and pump the eccentricity up to Neptune-crossing values. On the other hand, the resonant dynamics in the outer part of the Kuiper belt (beyond 42 AU) is very poor : there are no secular resonances and the mean motion resonances with Neptune, being very separated from each other, have little dynamical effects. The trans-neptunian objects detected in this region have quite big eccentricity and high inclination, and this fact cannot be explained by pure dynamics but requires the investigation of primordial mechanisms of excitation.