Origin and formation of the regular satellites around planets

par Thomas Ronnet

Thèse de doctorat en Astrophysique et Cosmologie

Sous la direction de Olivier Mousis et de Pierre Vernazza.

Le président du jury était Magali Deleuil.

Le jury était composé de Peter Wurz, Jonathan Irving Lunine, Michel Blanc.

Les rapporteurs étaient Anders Johansen, Alessandro Morbidelli.

  • Titre traduit

    Etudes des conditions de formation des satellites glacés de Jupiter dans le cadre de la mission JUICE


  • Résumé

    Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'intéressent à l'origine et à la formation des satellites naturels réguliers de Mars et Jupiter qui sont les cibles de futures missions d'exploration spatiale dédiées à leur caractérisation. Le cas controversé de l'origine de Phobos et Deimos, les lunes de Mars, est adressé et il est montré que leur formation à la suite d'un impact géant permettrait de réconcilier leurs propriétés orbitales et physiques. Concernant les satellites galiléens orbitant Jupiter, il est montré que dans le contexte classiquement utilisé de leur formation, la croissance des lunes a certainement procédé par l'accrétion de grains de poussières, un processus appelé "pebble accretion", plutôt que par celle de corps plus grands comme il est typiquement considéré. Des propriétés intéressantes, ainsi que d'autres plus problématiques, de la croissance des lunes galiléennes par "pebble accretion" sont dérivées. Dans un second temps, le transport de solides nécessaires à l'assemblage des lunes galiléennes dans le disque circum-jovien est étudié dans le contexte des récentes théories de formation des planètes géantes. Nous montrons que la vision classique selon laquelle le gaz accrété par Jupiter transporte assez de solides pour former ses lunes est probablement erronée. Il est proposé que, aidée par la formation de Saturne, Jupiter a pu capturer dans son disque assez de planétésimaux pour assembler les satellites galiléens. Contrairement aux précédents scénarios, le cadre proposé prédit que des analogues aux satellites galiléens ne se forment pas autour de toutes les planètes géantes


  • Résumé

    This thesis aims at better understanding the origin and formation of the martian moons, Phobos and Deimos, and the major jovian satellites known as the galilean moons, each of these systems being the target of future space exploration missions dedicated to their characterization. We address the puzzling origin of Phobos and Deimos and show that their formation following a giant impact could allow to account for both their orbital and physical properties. As regards the galilean moons, we argue that their growth would likely proceed through the accretion of small dust grains, a process known as pebble accretion, rather than through the accretion of larger satellitesimals within the typical framework assumed for their formation. We derive some interesting properties as well as some drawbacks of pebble accretion in the galilean system. Then, the delivery of solid material from the protoplanetary disk to the circum-jovian disk is investigated in light of recent developments of the theory of giant planets' formation. It is shown that the classic view that the gas accreted by Jupiter transports enough solids to build many galilean-like satellites is likely to be erroneous and some other mechanism must have taken place to account for the presence of the massive galilean moons. It is proposed that, with the help of Saturn's formation, Jupiter could have captured within its disk enough planetesimals on initially heliocentric orbits to build the galilean moons. Unlike previous scenarios, the proposed framework predicts that the presence of galilean analogues would not be ubiquitous around extrasolar giant planets


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