ET AU- DELÀ DE LA LOI ?

Et ce n'est pas tout. De nombreux astronomes considèrent que la dynamique de notre système est en fait séparée en deux parties bien distinctes : les planètes telluriques, de Mercure à Mars, et les autres, à partir de Saturne.

On peut alors trouver deux lois « en n au carré » -- la position de la énième planète est de la forme (a + bn) 2 - qui décrivent avec une excellente approximation les positions des neuf planètes de notre système.

Que penser de tout ce capharnaüm ? Vu le petit nombre de planètes à prendre en compte, il n'est peut-être pas si étonnant de trouver une relation... ( Comment savoir si les régularités apparemment observées ne sont que coïncidences ou si un tel ordre émerge naturellement ?

La solution serait d'étudier les mécanismes de formation des systèmes planétaires pour en déduire une loi qui ne soit plus empirique, mais dérivée de principes physiques fondamentaux. Les astronomes considèrent généralement que les planètes se sont forme par accrétion de petits corps, mais les mécanismes physiques déterminant cette accrétion leur sont encore largement inconnus. Instabilité gravitationnelle, turbulence, forces électromagnétiques, ondes de pression, collision... de nombreux phénomènes sont invoqués. Souvent incompatibles.

Même si aucun n'est pour l'instant validé, il est toutefois intéressant de voir quelle disposition ces modèles prévoient pour les planètes. Et la, nouvelle surprise : de nombreux modèles prévoient une loi à la Titius-Bode ! Il y en a même tellement que les grandes revues d'astronomie refusent maintenant de publier de tels travaux. « Nous en avons dénombré plus de quinze » soulignent François Graner de l'École normale supérieure a Paris, et Bérengère Dubrulle de l'observatoire Midi-Pyrénnées, à Toulouse, qui se sont penchés, il a quelques années, sur cette étrange affaire. « Cette facilité à produire une loi de Titius-Bode à partir de modèles aussi distincts nous a semblé encore plus étonnante que la loi elle-même.»

Après enquête, les deux chercheurs français remarquent que tous ces modèles théoriques de formation des système planétaires qui induisent l'existence d'une loi de Titius-Bode ont en commun deux hypothèses : la première est l'invariance de rotation du système (à l'origine, il n'y a aucune direction privilégiée dans la distribution de la matière), la seconde est l'invariance d'échelle (les modifications physiques entre un point et un autre situé deux fois plus loin du Soleil sont invariantes quelle que soit la position du point). Bérengère Dubrulle et François Graner démontrent que ces deux hypothèses suffisent pour qu'apparaisse la fameuse loi : il est donc facile de « cuisiner sa propre loi de Titius-Bode » en jouant sur différents paramètres physiques... (2)

(2) Astronomy and Astrophysics (1994, vol 382, p.262).

Attention ! Cela ne veut pas dire qu'il n'existe pas une loi de Titius-Bode dans notre système solaire. Cela veut juste dire qu'il ne faut pas espérer valider un modèle de formation des planètes sous prétexte qu'il induit I l'existence de la fameuse loi apparemment observée.

LE CHAOS SIMPLIFICATEUR

Pour compliquer l'affaire, il existe d'autres modèles qui ne sont pas basés sur ces hypothèse de symétrie. Laurent Nottale, de l'observatoire de Paris-Meudon, développe ainsi depuis de nombreuses années une nouvelle physique complexe, audacieuse et critiquée : la théorie de la relativité d'échelle, qui généralise la théorie de la relativité d"Einstein (3)

(3) voir Science & Vie n° 936 p 46

En 1996, en combinant cette relativité d'échelle et les lois de la gravitation, il réussit à construire un modelé de formation des système planétaires qui prévoit, lui, que les planètes se disposent en « au carré » déjà rencontrée (4)...

(4) Astronomy and Astrophysics (1996, vol. 315, L9)

Selon cette théorie, tous les systèmes planétaires suivent la même loi de disposition, à la masse de l'étoile près.

La traque du hasard des planètes devient décidément de plus plus en embrouillée. Beaucoup de modèles théoriques de formation des planètes affirment qu'il y a une loi qui régit leur position. Mais, premièrement, aucun de ces modelés n'est validé : deuxièmement, les lois produites sont différentes; et troisièmement ces lois sont pourtant en accord avec les observations... » En résumé, on n'est sûr de rien

L'année dernière, Jacques Laskar a cependant imaginé un nouveau moyen pour essayer de dissiper les brumes de ce hasard « On peu peut-être déduire l'organisation des systèmes planétaires à partir de concepts physiques simples qui ne prennent pas en compte les mécanismes par lesquels la matière s'agrège », propose le directeur de recherche au Bureau des Longitudes de Paris (5).

(5) Physical Review Letters (2000, vol. 84, p. 3240).

Et ce « concept physique simple », c'est le chaos. En prolongeant les travaux astronomiques de Laplace, Le Verrier et Poincaré, Jacques Laskar a en effet lui-même démontré au début des années 90 que les mouvements des planètes sont chaotiques. Si on prend en compte les petites attractions entre planètes, en plus de celle, beaucoup plus importante, du Soleil, les planètes n'ont plus une orbite parfaitement elliptique mais balayent toute une zone autour de leur orbite moyenne.

PROCHE DE L'ÉTAT FINAL

En intégrant ces petites fluctuations gravitationnelles dans un énorme système d'équations de 800 pages (dont la résolution est confiée à un ordinateur), Jacques Laskar a démontré que toute erreur sur la mesure des positions des planètes est multipliée par dix tous les dix millions d'années. Soit par dix milliards au bout de cent millions d'années... Il nous est donc impossible avec nos mesures approximatives de prévoir à long terme la position des planètes... Elles évoluent au hasard dans l'espace, en tout cas au sens de Solomonoff-Kolmogorov-Chaitin

N'est-ce pas alors paradoxal de chercher une loi dans les positions de ces planètes qui errent au hasard ? Non. Il suffit de regarder notre système solaire. «Toutes les orbites sont chaotiques, explique Jacques Laskar. Mais, mis à part Mercure, qui pourrait encore entrer en collision avec Vénus et à moins bien sûr qu'un événement extérieur à notre système le perturbe, les planètes ne peuvent plus se rencontrer. Les zones balayées par les planètes ne se coupent plus. Notre système a donc presque atteint son état final. » L'équilibre a émergé du chaos.

Pour connaître les caractéristiques de cet état final, l'astronome français a analysé l'année dernière l'évolution de 10 000 petits blocs de matière répartis sur un disque tournant autour de l'étoile centrale en se cognant aléatoirement. « A chaque collision, les corps s'agrègent et grossissent, explique le chercheur. Et plus ils sont gros, moins ils bougent. L'évolution du système tend alors vers un état ou leurs trajectoires, bien que chaotiques, ne pourront plus se rencontrer. » A coup de calculs théoriques et de simulations informatiques, Jacques Laskar a alors montré que « cet état final est structuré par une loi de disposition des planètes ». Les planètes ne seraient donc pas disposées par hasard. Plus précisément, c'est parce qu'elles évoluent au hasard que leurs positions se stabilisent suivant une loi.

EXOPLANÈTES EN RENFORT

Quelle est donc cette loi, née du chaos, que l'on traque depuis si longtemps ? Il y en a en fait plusieurs, tout dépend de la distribution initiale de matière. Elles sont presque toutes de la forme "n au carré" (notre système étant séparé en planètes intérieures jusqu'à Mars et extérieures au-delà). Mais, comble de malice, il existe une distribution initiale très particulière qui produit une loi de la forme "K exposant n"... c'est-à-dire une loi "à la Titius-Bode" ! Nous ne pouvons donc toujours pas savoir quelle est la loi de nos planètes puisque nous ne connaissons pas la distribution initiale de matière dans notre système. La traque donne le tournis. Il est de plus en plus probable que les neuf planètes soient disposées autour du Soleil suivant une loi en "n au carré", mais il est aussi possible qu'elles suivent une loi en "K exposant n", voire pas de loi du tout, les travaux de Jacques Laskar n'étant qu'un « premier pas vers des simulations numériques encore plus réalistes »... La réponse définitive ne va cependant plus tarder. Depuis quelques années, la chasse aux exoplanètes s'est en effet ouverte, et l'on peut observer de plus en plus précisément leur position par rapport à leur étoile. II y a quelques mois, Laurent Nottale a ainsi étudié la distribution des 50 exoplanètes jusqu'alors découvertes. « En recalibrant les distances en fonction de la masse de l'étoile, cette distribution est en très bon accord avec la loi en n= » , note le chercheur (6).

(6) Astronomy and Astrophysics (2000, vol. 316, p. 379).

Mais patientons encore un peu. Demain, c'est par milliers que nous compterons les nouvelles exoplanètes. Après quatre cents ans d'incertitude, nous aurons enfin les moyens statistiques de savoir s'il existe une loi qui régit la position de nos neuf planètes, de Mercure à Pluton. Mais à peine cette longue traque du hasard terminée, une autre commencera. Cette loi de position, si elle existe, nous permettra en effet de trouver des exoplanètes situées à une distance de leur étoile comparable à la notre et donc propice au développement de la vie. Nous chercherons alors à savoir si c'est par hasard que la vie est apparue sur Terre..

.Régulières ou pas ?

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