Étude numérique des anneaux planétaires : application aux arcs de Neptune

Numerical study of the planetary rings : applications to Neptune's arcs

• Auteur / Autrice : Dietmar William Foryta
• Direction : Bruno Sicardy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie fondamentale, mécanique céleste et géodésie
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean Chapront
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Sicardy, Jean Chapront, Jack J. Lissauer, Hans Scholl, Jacques Laskar, François Mignard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jack J. Lissauer, Hans Scholl

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neptune (planète)

Anneaux planétaires

Résumé

Nous considérons dans ce travail la dynamique des anneaux étroits à faible épaisseur optique. Pour beaucoup de ces anneaux, des satellites proches semblent avoir une influence prépondérante sur l'évolution à long terme des structures telles que des bords nets, des grumeaux plus brillants, des composantes diffuses et multiples, des tresses, arcs, etc pour étudier les anneaux, nous avons développé un code numérique rapide base sur l'approximation d'impulsion qui décrit l'interaction avec le(s) satellite(s). Le modèle prend aussi en compte les effets dus aux forces de radiation (pression de radiation et effet Poynting-Robertson), et les collisions entre les particules. Nous étudions en détail les résonances de moyen mouvement de Lindblad et de corotation, aussi bien horizontales que verticales. Le code est utilisé pour explorer numériquement la stabilité des arcs de Neptune. Nous montrons que le satellite Galatea est capable de confiner radialement et azimutalement des particules sur des sites de corotation, et que les structures obtenues sont en bon accord avec celles qui sont observées dans l'anneau Adams et ses arcs. Cela nous permet alors de proposer un modèle pour l'origine de cet anneau. L’anneau serait composé d'un petit nombre de grosses particules. Les collisions entre ces corps parents génèrent de la poussière qui se piègent sur les sites de corotation en formant les arcs. Puis les forces de radiation et les collisions les font échapper des résonances et diffuser lentement, formant ainsi l'anneau continu.

We consider in this work the dynamics of narrow planetary rings with low optical depth. For many of these rings, nearby satellites seem to have a crucial importance on the long term evolution of features like sharp edges, clumps, diffuse and multiple components, braids, arcs, etc … To study this kind of rings, we have developed a fast numerical code based on the impulse approximation, which describes the interactions with the satellite(s). The model also takes into account the effects of radiation forces (radiation pressure and Poynting-Robertson drag), and collisions between particles. We study in details the Lindblad and corotation mean motion resonances, both in the horizontal and vertical directions. The code is used to explore the stability of Neptune ring arcs. We show that the satellite Galatea is able to confine radially and azimuthally the particles in corotation sites, and that these structures thus obtained are in good agreement with the observations. This allows us to propose a model for the origin of this ring. The latter would be composed by a small number of large particles. Collisions between these bodies would produce dust which is subsequently captured in the corotation sties, forming arcs. Then, non gravitational forces and stochastic diffusion from one site to the other, may cause the escape of the particles from the arcs, explaining the continuous ring.