Formation de Saturne, ses anneaux et ses satellites

Formation of Saturn, its rings, and its satellites

• Auteur / Autrice : Gregorio Ricerchi
• Direction : Aurélien Crida
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Doctorat sciences de la planete et de l'univers
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Joseph-Louis Lagrange (Nice, Alpes-Maritimes ; 2012-....)

Mots clés

Mots clés libres

Simulations numériques

Saturne

Formation planétaire

Numerical simulations

Planetary formation

Saturn

Résumé

Le premier travail de la thèse sera d'étudier au moyen de simulations numériques 1D l'évolution des anneaux de Saturne, tant du point de vue dynamique que de leur composition. En ajoutant le bombardement par les poussières interplanétaires, en jouant sur les paramètres d'un éventuel mécanisme de nettoyage, et en ajoutant les effets dynamiques du bombardement tout en faisant attention à la diffusion numérique, l'objectif ultime sera de produire un scénario qui explique l'aspect actuel des anneaux de Saturne en partant d'anneaux massifs aussi vieux que la planète elle-même, et de montrer à quelles conditions (plus ou moins réalistes) ce scénario peut avoir lieu. En option, ce même scénario pourrait expliquer la quasi disparition des anneaux d'Uranus et Neptune. Le deuxième objectif sera d'utiliser une méthode similaire de simulations 1D mais cette fois-ci pour étudier la migration et l'accrétion de Saturne elle-même dans un disque proto-solaire peu visqueux (voir la partie 'contexte'). Ce résultat devra ensuite être validé en simulations hydrodynamiques 2D, utilisant notre code FARGOCA. Des contraintes sur les conditions de formation des anneaux pourront alors être précisées, mais aussi des contraintes générales sur la formation des planètes géantes dans les disques proto-planétaires. Enfin (et éventuellement en parallèle avec le deuxième projet), la formation des satellites à partir des anneaux qui s'étalent conformément au premier résultat obtenu devra être étudiée dans le cadre du nouveau paradigme des effets de marée dans Saturne développé par Lainey et al. (2020). Ce travail, essentiellement analytique mais avec l'appui de simulations numériques N-corps permettra de clore un scénario global de formation du système Saturnien.

The first thesis work will be to study the evolution of Saturn's rings with 1D numerical simulations, both from the dynamics and composition point of view. Adding the interplanetary dust bombardment, and playing with a putative cleaning mechanism parameters, adding the dynamical effects of the bombardment as well while taking numerical diffusion carefully into account, the ultimate goal will be to produce a scenario that explains the present state of Saturn's rings starting from massive rings as old as the planet itself, and to show under which conditions (more or less realistic) this scenario could take place. Optionnally, this very scenario could also explain the quasi disappearance of the rings of Uranus and Neptune. The second objective will be to use a similar method of 1D simulations but to study the migration and accretion of Saturn itself in a low-viscosity proto-solar disk (see 'Context'). this result will have to be validated and quantified with 2D hydrodynamical simulations using our home code FARGOCA. Constraints on the conditions of formation of the rings will be derived, but also on the formation of giant planets in proto-planetary disks in general. Finally (and possibly in parallel with the second project), the formation of the satellites from rings spreading according to the first result will have to be studied in the frame of the new paradigm of tidal effects inside Saturn developed by Lainey et al. (2020). This work, essentially analytical but with the support of N-body simulations, will allow to finish a global scenario of the formation of the Saturnian system.