A liquid core for Mars? Dehant, Veronique
Science (American Association for the Advancement of Science),
04/2003, Letnik:
300, Številka:
5617
Journal Article
L'auteur de cet article s'intéresse à l'impact des croyances indigènes chinoises et des idées étrangères sur le croisement du bouddhisme ésotérique et du taoïsme. Il étudie les pratiques religieuses ...qui témoignent des liens entre astrologie et divination, des échanges entre l'astronomie occidentale et orientale, et du rapprochement de la magie taoïste des pratiques du bouddhisme ésotérique consacrées à éloigner ou à conjurer le mauvais sort. Le témoignage principal examiné est le manuscrit Dunhuang Ch. liv. 0033, « Talisman dhāraṇī pour l'offrande à Ketu et à Mercure, divinités planétaires du Nord » 計都星• 北方辰星供養陀羅尼符, qui illustre une combinaison de rituels tantriques, de dhāraṇī, et de talismans taoïstes. En outre, l'auteur soutient que les croyances médiévales vis-à-vis de la constellation des divinités regroupent un ensemble d'influences religieuses, parmi lesquelles la notion de correspondance entre les hommes et le ciel, les idées taoïstes, et celles du bouddhisme ésotérique. Les théories et la technologie de l'astrologie occidentale ont été introduites en Chine par des astronomes perses, sogdiens et indiens au cours des dynasties Wei (220-265) et Jin (265-420). Ces premiers fondements ont alimenté un nouveau développement syncrétique au milieu de la dynastie Tang (618-907). La notion des Neuf luminaires a été transformée en concept chinois et assimilée aux croyances astrologiques traditionnelles et aux notions des fangshu 方術 concernant la conjuration du mauvais sort. Sous la dynastie Tang, les fidèles croyaient que le port de talismans et d'images de la planète qui leur était associée les aiderait à éloigner tout malheur provenant des deux. Dans les peintures de Tejaprabhā bouddha et d'autres luminaires, on constate que les peintres chinois avaient développé leur propre façon de représenter la vénération des étoiles. Ch. liv. 0033 nous propose enfin un excellent exemple de l'interaction entre la culture occidentale et orientale et de l'intégration du bouddhisme et du taoïsme.
Dans les disques protoplanétaires, les grains micrométriques croissent jusqu'à atteindre des tailles de planétésimaux avant de finalement former des planètes. Cependant,des études dynamiques ont ...montré qu'une fois que les grains atteignent une taille critique, ils dérivent rapidement vers l'étoile et y sont accrétés. Ce problème est connu comme la barrière de dérive radiale. De plus, des expériences en laboratoire ont montré que les grains peuvent fragmenter ou rebondir et ainsi arrêter la croissance avant les tailles kilométriques.Afin de passer outre ces barrières, plusieurs méthodes ont été proposés comme les pièges à particules (dans les vortex ou les sillons planétaires) qui demandent des évolutions dynamiques à grande échelle. Dans ce travail, nous choisissons d'étudier les propriétés intrinsèques de la poussière pendant leur croissance et plus particulièrement leur porosité.Nous développons un modèle d'évolution de la porosité pendant la croissance en fonction de la masse des grains pour plusieurs régimes d'expansion/compression (Kataoka et al. 2013, Okuzumi et al. 2012) et l'implémentons dans notre code SPH bifluide (Barrière-Fouchet et al. 2005). Nous trouvons que la croissance des grains poreux est accélérée en comparaison aux grains compacts et leur taille peut atteindre plusieurs kilomètres. De surcroît,la dérive est légèrement ralentie pour les grains poreux qui peuvent croître jusqu'à de plus grandes tailles avant de commencer à dériver vers l'étoile. Nous constatons aussi que les grains des régions externes du disque grossissent plus que quand l'effet de la porosité est négligé. Ces deux mécanismes peuvent aider les grains à outrepasser la barrière de dérive radiale, notamment en passant dans le régime de traînée de Stokes, et ainsi former des planétésimaux.Nous étudions aussi l'effet de la fragmentation et du rebond sur le comportement des grains. En considérant un seuil de fragmentation constant, nous observons que la croissance de grains poreux est retardée un temps par la fragmentation mais qu'elle se poursuit vers de grandes tailles et par conséquent, permet de passer outre les problèmes dus à la fragmentation et à la dérive radiale. Cependant, les grains très poreux sont plus fragiles et peuvent se fragmenter plus facilement entraînant une accrétion massive des poussières dans l'étoile. De plus, nous montrons que les effets du rebond peuvent être négligés devant ceux de la fragmentation.Enfin, nous observons également que la taille des monomères et du paramètre de viscosité turbulente peut avoir une influence sur l'évolution de la porosité et donc de la poussière dans le disque.La porosité permet donc de favoriser la croissance des grains et accélérer le découplage des grains. Les grains très poreux peuvent être plus sensibles à la fragmentation.Cependant, les effets collectifs de la poussière couplés à la porosité peuvent aider les grains à outrepasser les barrières de formation planétaire. La barrière de rebond peut être négligée dans le cas de grains poreux devant les autres barrières. Enfin,l'intensité de la turbulence altère la croissance et ainsi le devenir de la poussière.La taille des monomères modifie le facteur de remplissage sans toutefois impacter le découplage des grains dans les parties internes
In protoplanetary discs, micron-sized grains should grow up to planetesimal sizes in order to ultimately form planets. However, dynamical studies show that once they reach a critical size, they drift rapidly into the accreting star. This is known as the radial-drift barrier. Moreover, laboratory experiments have shown that grains can fragment or bounce, stopping the growth towards planetesimal sizes.In order to overcome those barriers, several methods have been proposed such as particles traps (e.g. vortices or planet gaps) which all involve large-scale dynamics.In this work, we choose to investigate the intrinsic properties of the grains during their growth, in particular their porosity.We thus consider the growth of grains with variable porosity as a function of their mass in several regimes of compression/expansion (Kataoka et al. 2013, Okuzumiet al. 2012) and implement it in our 3D SPH two-fluid code (Barrière-Fouchetet al. 2005).We find that growth is accelerated for porous grains that can reach kilometersizes. On the other hand, drift is slightly slowed down for porous grains that can grow up to larger sizes before drifting towards the star. As a result, grains in the outer regions of the disc reach larger sizes than when porosity is neglected. Those two mechanisms can help grains overcome the radial-drift barrier and form planetesimals.The Stokes drag regime appears to play a substantial part in maintaining grains in the disc.Considering a constant fragmentation threshold, we also find out that growth is delayed because of fragmentation but reaching large sizes and thus overcoming problems due to fragmentation and radial drift is still possible. However, very fluffy grains are fragile and can be easily disrupted leading to a massive accretion of dust into the star. Moreover, we show that the effects due to dust bouncing can be neglected compared to fragmentation.Finally, we investigate the influence of the size of monomers and -parameter on the evolution of porosity and then dust in the disc.Dust growth is accelerated by porosity and thus promotes grains decoupling. Very fluffy grains are more affected by fragmentation. However, dust collective effects and porosity can help grains to overcome planet formation barriers. Besides,the bouncing barrier can be neglected in the case of porous dust compared to other barriers. Finally, the intensity of turbulence can alter the growth and so the outcome of dust. The size of monomers modifies the grain filling factor without impacting dust decoupling in the inner parts of the disc
Les conditions thermodynamiques régnant au sein des planètes géantes telles que Jupiter, Saturne et bon nombre des exoplanètes découvertes quotidiennement, impliquent que les interactions entre ...particules – atomes, ions, électrons – sont prépondérantes dans les enveloppes planétaires, principalement composées d'hydrogène et d'hélium, et déterminent les propriétés mécaniques et thermiques de ces objets. La caractérisation de ces plasmas denses est donc cruciale pour comprendre la structure et l'évolution de ces planètes géantes. Les simulations ab initio, utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité, ont montré leurs performances pour la caractérisation des espèces pures dans leur phase plasma dense, en reproduisant correctement les résultats des expériences de chocs par laser haute-puissance. Néanmoins, des écarts importants perdurent entre modèles planétaires et observations. Ils sont attribués à la non-idéalité du mélange H-He et de possibles transitions de phase. Dans ce travail de thèse, ces méthodes numériques ab initio ont été appliquées au cas des mélanges H-He. L'étude thermodynamique a révélé des déviations sensibles par rapport aux prédictions obtenues pour des mélanges idéaux. Par ailleurs, les calculs des propriétés de transport (conductivité électrique, thermique, propriétés optiques...) ont montré une transition isolant-conducteur du mélange, notamment par l'ionisation de l'hydrogène. Celle-ci s'accompagne, dans un certain domaine de paramètres, d'une séparation de phase entre l'hydrogène conducteur et l'hélium neutre. Ces calculs ont également permis d'établir des diagnostics pour les expériences laser, afin de pouvoir corroborer cet ensemble de résultats et obtenir, à terme, une équation d'état fiable du mélange H-He, applicable aux planètes géantes.
The thermodynamical conditions inside the giant planets - like Jupiter, Saturn or many of the daily discovered exoplanets – are such that the interactions between particles – atoms, ions, electrons – are highly dominant in the physics of giant planets envelope s, mostly made of hydrogen and helium in a plasma phase. The heat and mechanical properties of these planets are mainly determined by these interactions. Thus, it is of crucial interest to study these dense plasmas to understand the structure and the evolution of the giant planets. The dense plasma phase of the pure compounds has been successfully characterized by ab initio simulations using density functional theory. For instance, they correctly reproduced the results obtained in high-power laser chock experiments. Nevertheless, large discrepancies remain between planetary models and observations. A proposed hypothesis is a strong influence of the H-He mixture non-ideality and possible phase separations. In this work, these ab initio numerical methods have been applied to the H-He mixtures. The thermodynamical study has shown sensitive deviations from ideal mixtures. The estimates of the transport properties (electrical and heat conductivities, optical properties...) indicate an insulator-conductor transition in the mixture, associated with hydrogen ionization. In some conditions, demixing of conducting hydrogen and neutral helium has also been observed. These computations have allowed us to determine pathways to verify our results through laser experiments. This is the first step in the establishment of a reliable equation of state of H-He mixtures, usable in giant planets modeling.
L’un des objectifs de cette thèse est d’interpréter les observations des principaux hydrocarbures(C2H2 et C2H6) effectuées par Cassini (NASA/ESA) sur Jupiter et Saturne. Les modèles photochimiques à ...une dimension sont insuffisants pour interpréter ces observations spatialement résolues. J’ai développé le premier modèle photochimique saisonnier à deux dimensions (altitude-latitude) des planètes géantes qui calcule leur composition chimique.En l’absence de transport méridional, la composition chimique de Saturne suit les variations d’ensoleillement. Les abondances de C2H2 et C2H6 mesurées par Cassini (Guerletet al., 2009) sont reproduites jusqu’aux latitudes moyennes, à des pressions supérieures à0,1mbar. Les écarts notés dans l’hémisphère sud suggèrent la présence de dynamique ou d’une chimie entre les ions et les espèces neutres. J’ai couplé, pour la première fois, mon modèle photochimique avec le modèle radiatif de Greathouse et al. (2008). Nous prédisons un décalage du pic saisonnier de température, par rapport aux précédents modèles, d’une demi-saison à haute altitude et aux hautes latitudes.Jupiter présente de faibles variations saisonnières de composition chimique, uniquement contrôlées par son excentricité. Les distributions méridionales observées de C2H2 etC2H6 présentent des tendances opposées (Nixon et al., 2010). Mon modèle est en accord avec les observations de C2H6 lorsque j’invoque une combinaison de diffusion méridionale et de circulation stratosphérique, tout en provoquant un plus grand désaccord avec les observations de C2H2. La chimie ionique pourrait principalement affecter C2H2 et jouer un rôle important dans l’atmosphère de Jupiter.
One of the goals of this thesis is to interpret the observations of the main hydrocarbons(C2H2 and C2H6) from Cassini (NASA/ESA) on Jupiter and Saturn. The one-dimensional photochemical models are insufficient to explain these spatially resolved observations. I have developed the first two-dimensional (altitude-latitude) seasonal photochemical model for the giant planets, which predicts their chemical composition.Without meridional transport, Saturn’s chemical composition follows the insolation variations. The C2H2 and C2H6 abundances measured by Cassini (Guerlet et al., 2009)are reproduced from the equator up to mid-latitudes, at pressures higher than 0.1mbar.At higher latitudes, the disagreements suggest either a stratospheric circulation cell orthe signature of ion-neutral chemistry. For the first time, I have coupled our seasonal photochemical model with the seasonal radiative model of Greathouse et al. (2008). I predict that the seasonal temperature peak is shifted half a season earlier, with respect to previous models, at high latitudes in the higher stratosphere.Jupiter shows weak seasonal variations of chemical composition, only controlled by its orbital eccentricity. The observed meridional distributions of C2H2 and C2H6 show opposition trends (Nixon et al., 2010). C2H6 observed distribution is reproduced when Isuppose a combination of meridional diffusion and stratospheric circulation, while causingat the same time a stronger agreement with the C2H2 observations. Accounting for theion-neutral chemistry might preferentially affect C2H2 and potentially play a key role on hydrocarbon abundances in Jupiter’s stratosphere.
Parmi les méthodes qui permettent de détecter des exoplanètes, la photométrie des transits est celle qui a connu le plus grand essor ces dernières années grâce à l’arrivée des télescopes spatiaux ...CoRoT (en 2006) puis Kepler (en 2009). Ces deux satellites ont permis de détecter des milliers de transits potentiellement planétaires. Étant donnés leur nombre et l’effort nécessaire à la confirmation de leur nature, il est essentiel d’effectuer, à partir des données photométriques, un classement efficace permettant d’identifier les transits les plus prometteurs et qui soit réalisable en un temps raisonnable. Pour ma thèse, j’ai développé un outil logiciel, rapide et automatisé, appelé BART (Bayesian Analysis for the Ranking of Transits) qui permet de réaliser un tel classement grâce une estimation de la probabilité que chaque transit soit de nature planétaire. Pour cela, mon outil s’appuie notamment sur le formalisme bayésien des probabilités et l’exploration de l’espace des paramètres libres par méthode de Monte Carlo avec des chaînes de Markov (mcmc).Une fois les exoplanètes détectées, l’étape suivante consiste à les caractériser. L’étude du système solaire nous a démontré, si cela était nécessaire, que l’information spectrale est un point clé pour comprendre la physique et l’histoire d’une planète. L’interférométrie annulante est une solution technologique très prometteuse qui pourrait permettre cela. Pour ma thèse, j’ai travaillé sur le banc optique Nulltimate afin d’étudier la faisabilité de certains objectifs technologiques liés à cette technique. Au-delà de la performance d’un taux d’extinction de 3,7.10^-5 en monochromatique et de 6,3.10^-4 en polychromatique dans l’infrarouge proche, ainsi qu’une stabilité de σN30 ms = 3,7.10^-5 estimée sur 1 heure, mon travail a permis d’assainir la situation en réalisant un budget d’erreur détaillé, une simulation en optique gaussienne de la transmission du banc et une refonte complète de l’informatique de commande. Tout cela m’a finalement permis d’identifier les faiblesses de Nulltimate.
From all exoplanet detection methods, transit photometry went through the quickest growth over the last few years thanks to the two space telescopes, CoRoT (in 2006) and Kepler (in 2009). These two satellites have identified thousands of potentially planetary transits. Given the number of detected transits and the effort required to demonstrate their natures, it is essential to perform, from photometric data only, a ranking allowing to efficiently identify the most promising transits within a reasonable period of time. For my thesis, I have developed a quick and automated software called bart (Bayesian Analysis for the Ranking of Transits) which realizes such a ranking thanks to the estimation of the probability regarding the planetary nature of each transit. For this purpose, I am relying on the Bayesian framework and free parameter space exploration with Markov Chain Monte Carlo (mcmc) methods.Once you have detected exoplanets, the following step is to characterise them. The study of the solar system demonstrated, if it was necessary, that the spectral information is a crucial clue for the understanding of the physics and history of a planet. Nulling interferometry is a promising solution which could make this possible. For my thesis, I worked on the optical bench Nulltimate in order to study the feasibility of certain technological requirements associated with this technique. Beyond the obtention of a nulling ratio of 3,7.10^-5 in monochromatic light and 6,3.10^-4 in polychromatic light in the near infrared, as well as a stability of σN30 ms = 3,7.10^-5 estimated on 1 hour, my work allowed to clarify the situation thanks to a detailed error budget, a simulation of the transmission based on Gaussian beam optics and a complete overhaul of the computer control system. All of this finally resulted in the identification of the weaknesses of Nulltimate.
La zone morte, région laminaire confinée au coeur des disques protoplanétaires dont la turbulence de l'écoulement à petite échelle explique l'accrétion de matière sur l'étoile en formation, semble ...être un lieu propice à la formation planétaire. En effet, au bord interne de la zone morte la différence d'accrétion entraîne le développement d'une sur-densité capable de piéger les grains de poussière qui dérivent vers l'étoile. L'écoulement à cet endroit est de plus potentiellement instable. Le cas échéant, il s'organise en structures tourbillonnaires appelées ''vortex'' qui collectent efficacement la poussière. La position du bord interne est toutefois très incertaine et dépend en particulier de la thermodynamique du modèle de disque considéré. Récemment, le déplacement du bord interne a été envisagé pour expliquer la variabilité de l'accrétion des étoiles jeunes. Cette thèse aborde le problème posé par l'influence de la thermodynamique sur la dynamique du bord interne de la zone morte. Des simulations MHD qui incluent le couplage entre les processus thermodynamiques avec la dynamique de l'écoulement ont tout d'abord permis de confirmer le comportement dynamique du bord interne ainsi que de réaliser la mesure inédite de sa vitesse typique de déplacement. La comparaison de ces résultats avec les prédictions données par un modèle de champ moyen a révélé le rôle du transport d'énergie par des ondes excitées au bord interne de la zone morte. Ces simulations présentent de plus un phénomène nouveau: les vortex formés à l'interface suivent un cycle de formation-migration-destruction. Cette découverte est susceptible de modifier notre vision du scénario de formation planétaire. En résumé, cette thèse met en évidence le fait que les processus thermodynamiques sont au coeur du fonctionnement de la région du bord interne de la zone morte dans les disques protoplanétaires.
The dead zone, a quiescent region enclosed in the turbulent flow of a protoplanetary disk, seems to be a promising site for planet formation. Indeed, the development of a density maximum at the dead zone inner edge, that has the property to trap the infalling dust, is a natural outcome of the accretion mismatch at this interface. Moreover, the flow here may be unstable and organize itself into vortical structures that efficiently collect dust grains. The inner edge location is however loosely constrained. In particular, it depends on the thermodynamical prescriptions of the disk model that is considered. It has been recently proposed that the inner edge is not static and that the variations of young stars accretion luminosity are the signature of this interface displacements. This thesis address the question of the impact of the gas thermodynamics onto its dynamics around the dead zone inner edge. MHD simulations including the complex interplay between thermodynamical processes and the dynamics confirmed the dynamical behaviour of the inner edge. A first measure of the interface velocity has been realised. This result has been compared to the predictions of a mean field model. It revealed the crucial role of the energy transport by density waves excited at the interface. These simulations also exhibit a new intriguing phenomenon: vortices forming at the interface follow a cycle of formation-migration-destruction. This vortex cycle may compromise the formation of planetesimals at the inner edge. This thesis claims that thermodynamical processes are at the heart of how the region around the dead zone inner edge in protoplanetary disks works.
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