Demande d'avis d'experts sur la cohérence d'une planète fictive

Bonjour,

Je voudrais savoir si mon concept de planète fictive ci-dessous (pour un projet perso) est cohérent avec les lois de la mécanique céleste par contre je ne préoccupe pas trop des autres contraintes possibles (mais les remarques m'intéresseront).

Tout d'abord les caractéristique dont j'ai besoin :

• Origine de formation comme une planète tellurique (pour sa composition), mais elle peut être devenue une lune d'une autre planète.
  
• Entre deux zones, volcanique et/ou banquise de glace, il y aurait un océan d'eau qui fait le tour de la planète. Cet océan serait la zone "habitable". De préférence j'aimerais que l'océan soit borné d'un coté par une zone volcanique et de l'autre par une banquise de glace, et qu'il ait une largeur d'au moins 1000km.
  
• Je n'ai pas besoin de saisons, ni de cycles jour-nuit. Voir même souhaitable qu'il n'y en ait pas.
  

En cherchant comment obtenir ce contexte, j'ai supposé que ça implique que la planète expose toujours la même surface au sol envers le soleil. Ce qui m'inspire ces possibilités :

• Scénario A: une planète ou lune avec une obliquité nulle ou très petite dont la rotation sur elle-même est synchronisée avec sa rotation autour du soleil. Doit-elle forcément être une lune pour que la distance avec le soleil soit compatible avec la présence d'un océan ?
  
• Scénario B: une planète avec une obliquité de 90°. Mais est-ce possible qu'une planète ou lune puisse avoir une précession de son axe tel qu'il pointera toujours vers le soleil ?
  
• Scénario C: une lune ayant une orbite polaire autour d'une planète. Mais est-ce que un plan orbital peut avoir une précession de sorte que son axe pointera toujours vers le soleil ?
  

Merci de m'indiquer quel scénario est le plus plausible, ou d'autres scénarios qui apporteraient le même environnement. Et pour les scénarios plausibles, j'aimerais connaitre grosso-modo les ordres de grandeur plausibles pour la taille de la planète, son rayon d'orbite autour du soleil (ou planète), l'existence ou non de saisons, de marées, etc.

L'objet de mon projet serait de transposer le gameplay de Caravaneer 2* (jeu d'aventure, survie, et commerce) dans un contexte de navigation maritime. Pour les fans de romans SF, il s'agirait de s'inspirer de l'univers de Forever War de Joe Haldeman ; un croiseur de colonisation endommagé (conçu au XXIème siècle) se serait égaré dans un système solaire inconnu. Le jeu se situerait 2 ou 3 siècles après que l'équipage s'est réfugié sur la planète (sans aucun espoir d'être secourus).

(*) http://gamesofhonor.com/caravaneer-2

NB pour les modérateurs du forum: je n'ai pas osé mettre ma question dans la rubrique "Technique :: Physique et mécanique spatiale", merci de la déplacer si ça respecte la charte.

Si tu souhaites un monde avec juste une bande de zone habitable entre une moitié glaciaire et une moitié brûlante :

- Une planète montrant toujours la même face à son étoile est possible mais pour que son orbite soit verrouillée sur son étoile il faut qu'elle se situe très proche de celle-ci. Or, tu souhaites qu'elle se situe également en zone habitable. Si cette planète orbite une naine jaune comme le soleil, cette planète sera un véritable enfer. Il te faut donc une étoile plus petite et plus froide comme une naine rouge. Or ces dernières ont parfois des éruptions "solaires" très violentes, qui stériliseraient toute vie sur ta planète (mais souhaites-tu qu'il y ait de la biodiversité sur ta planète ?). Sinon, tu peux opter pour un entre-deux, une naine orange, la zone habitable se situe plus loin mais ces étoiles vivent jusqu'à trois fois plus longtemps que les naines jaunes, ce qui peut peut-être laisser le temps à une planète assez proche de verrouiller son orbite (en plus elles émettent moins de radiations).

- Oui, une planète inclinée a 90° est possible, c'est le cas d'Uranus (98°) mais attention, la moitié de son année son pôle nord sera éclairé par l'étoile mais ce sera l'autre pôle qui sera éclairé l'autre moitié de son année.

- Je ne vois pas comment ton scénario peut s'appliquer à une lune. Même si elle a une orbite polaire avec une planète non-inclinée, elle montrera forcément toute sa surface sur sa révolution autour de la planète et de l'étoile. Si ta lune orbite une planète inclinée à 90°, ce sera le même problème avec les pôles que pour Uranus.

Pour moi, le seul scénario possible est le scénario A avec une planète (pas une lune)

Ta planète (que tu souhaites tellurique) possède des surfaces liquides, elle doit donc avoir une atmosphère. Elle doit donc être active géologiquement (c'est le cas grâce à tes volcans), elle doit donc être assez massive comme la Terre (elle peut être aussi petite que Mars si elle est encore jeune mais les petites planètes refroidissent vite et perdent leur activité géologique, et leur atmosphère).

Une planète verrouillée ne possède pas de saison par contre il peut y avoir des forces de marées si elle possède une excentricité orbitale

Pour la zone habitable autour de l'étoile je te laisse faire le calcul ici en fonction des paramètres de ta naine orange (ou autre) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Zone_habitable

Un océan qui forme une bande tout autour de la planète ne me parait pas très naturel. Il faudrait comme par hasard que la moitié volcanique soit plus en altitude que le reste pour ne pas que toute l'eau parte dans la zone chaude... Moi je ferais quelques mers dispersées par-ci par-là sur la bande habitable. Puis un climat permettant à l'eau vaporisée dans la partie chaude de revenir sous forme de nuage en zone habitable ou gelée

Pareil pour les volcans, ils ne sont pas obligés de tous être du côté chaud...

Je n'ai pas besoin absolument d'une zone ou hémisphère volcanique, mais le moteur de jeu se base sur la génération procédurale d'un océan circum-planétaire avec une dispersion d'iles ou archipels d'origine volcanique.
Étant totalement novice en conception de jeu, je préfère commencer avec une projection 2D de la carte et seulement mettre au point une génération d'iles. La carte a une hauteur de 1000km en modélisant une côte sur les bordures au nord et sud. D’ailleurs je pourrais me passer de ces bordures car seules les iles m’intéressent.

Bref, ce qui m'incombe, c'est qu'il y ait deux hémisphères trop froid ou trop chaud pour être habitables et la bande d'océan aurait une largeur très faible relativement à la taille de la planète. D'où l'idée que la rotation et/ou orbite de la planète ou lune soit synchronisée par rapport au soleil. Même si la mécanique céleste impose que la planète soit très proche du soleil, je situais ma bande océanique dans la face cachée juste avant la face exposée, ce qui évacue au passage le problème des radiations solaires.

Par contre, je doute que une telle planète puisse avoir une atmosphère respirable, ça sera le truc irréaliste assumé de mon scénario.

Edit: j'ai retrouvé l'étude scientifique qui m'avait un peu inspiré, il s'agit de "Habitability of Planets Around Red Dwarf Stars" https://link.springer.com/article/10.1023/A:1006596718708

L'étude permet de spéculer que, pour une planète synchrone ayant beaucoup d'eau liquide ou solide sur toute sa surface, avec une atmosphère plus épaisse que celle de la Terre pour que la face éclairée diffuse la chaleur dans la face non éclairée, l'eau du coté non éclairée serait gelée mais si les océans sont assez profond il ne gèlerait pas entièrement.

Par contre il me semble que si des planètes sont asynchrones, c'est souvent à cause la présence d'une atmosphère...

imaginons un petit scénario. corps tellurique en formation en rotation très lentes (un peu comme mercure ou venus)  suffisamment grand pour atteindre l’équilibre hydrostatique, le corps se solidifierait de façon parfaitement sphérique (comme mercure ou venus). selon la quantité d'eau ,elle se placerait dans les dépression reparti uniformément sur toute la planète voir s'il y en a beaucoup, la planète serait entierment recouverte. 
et la c'est le drame, un (ou plusieurs) corps massif (peut être une comète pour ajouté de l'eau)viens le frôle ou le percuté (sa liquéfier sa surface solide) se qui fait que notre planète se mette en rotation rapide. la force centrifuge s'ajoutant a la gravité, le champs de pesanteur devient aplatie sur les pôles et important sur l’équateur. la surface solide étant fuguer elle reste sphérique , mais l'eau elle migre vers l’Équateur et peut crée une bande océanique . le problème c'est que pour évité que la surface solide se déforme, il faudrait une croûte particulièrement épaisse , voir une solidification total de la planète, donc peu ou pas de volcanisme.

Si jamais je devais renoncer à ce concept, qui me permettrait d'introduire deux problématiques survivalistes opposées (l'un au froid et l'autre à la chaleur), est-ce possible qu'une planète tellurique entièrement recouverte d'un océan, hormis les calottes glacières aux pôles, ne puissent comporter que des petites îles et archipels ?

Dit autrement, une planète sans continents peut-elle avoir de la tectonique des plaques et un peu de volcanisme sous-marin émergeant ?

Sur Terre de nombreuses îles du Pacifique et Indonésie sont dues à des volcans sous-marins déclenchés par le mouvement des plaques, d'où la dispersion des îles en chapelet.
Je vais supposer dans mon cas une planète jeune, et une activité tectonique trop faible avec des océans trop profonds pour que les subductions aient provoqué la formation de continents.

oliezekat a écrit:Si jamais je devais renoncer à ce concept, qui me permettrait d'introduire deux problématiques survivalistes opposées (l'un au froid et l'autre à la chaleur), est-ce possible qu'une planète tellurique entièrement recouverte d'un océan, hormis les calottes glacières aux pôles, ne puissent comporter que des petites îles et archipels ?

Dit autrement, une planète sans continents peut-elle avoir de la tectonique des plaques et un peu de volcanisme sous-marin émergeant ?

Oui, il me semble que c'était le cas de la Terre à ses début où seules quelques petites îles émergeaient de l'océan unique.



Tu peux très bien avoir des plaques sans continent, comme la plaque pacifique

En creusant ce qui se dit sur les planètes synchrones, je constate que les études récentes semblent exclure qu'elles puissent avoir une atmosphère, sinon elles seraient asynchrones surtout si elles ont une atmosphère aussi dense que celle supposée dans l'étude de 1999 qui m'inspirait.

"Çà se passe là haut" en parlait en 2015 http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2015/02/la-rotation-asynchrone-des-exoplanetes.html

Du coup le seul cas plausible où s'appliquerait l'hypothèse, ça serait une lune (ancienne planète tellurique capturée pour mon scénario) d'une géante, dont la rotation sur elle-même et autour de la planète ferait qu'elle expose toujours la même face au soleil.

Notez que l'hypothèse de l'étude de 1999 était de trouver les cas où il peut avoir de l'eau liquide en surface en dehors de la "zone habitable".

De la même façon qu'une atmosphère dense empêche qu'une planète soit synchrone avec le soleil, je suppose que l'on peut spéculer qu'une lune avec telle atmosphère ne serait pas synchrone avec sa planète. Est-ce possible qu'elle soit suffisamment asynchrone envers la planète pour devenir synchrone avec le soleil ?

Intéressant, je ne savais pas qu'une atmosphère pouvait empêcher une planète proche de son étoile de devenir synchrone

oliezekat a écrit:De la même façon qu'une atmosphère dense empêche qu'une planète soit synchrone avec le soleil, je suppose que l'on peut spéculer qu'une lune avec telle atmosphère ne serait pas synchrone avec sa planète.

Titan a une atmosphère épaisse et est synchrone avec Saturne

Peut-être qu'on peut imaginer que la géante gazeuse a capturé ta planète en zone froide. Puis la planète, devenue lune, se verrouille sur la géante gazeuse (il fait froid donc le phénomène de marée thermique dû à l'atmosphère est négligeable ==> verrouillage possible). Puis intervient un phénomène de migration planétaire car une autre géante gazeuse encore plus grosse passe par là. Notre couple planète/lune est éjecté proche de son étoile. Il fait chaud mais ils sont toujours verrouillés. Et le hasard des choses fait que la lune a une période de révolution autour de sa planète exactement égale à la période de révolution de la planète autour de l'étoile. Ce qui fait que la lune montre toujours la même face à l'étoile. Mais je ne sais pas si ce genre de système est possible et/ou stable, ça devient tordu...

Fabien0300 a écrit:
Titan a une atmosphère épaisse et est synchrone avec Saturne

Autre cas, Mercure qui est un peu plus petite que Titan, quasi pas d'atmosphère, n'est pourtant pas synchrone avec le Soleil. Sa masse (trois plus dense que Titan), distance au Soleil (70 fois plus éloignée que Titan avec Saturne), et sa nature tellurique avec un noyau ferrique liquide doit y être pour quelque-chose. Je suppose que le noyau induit un phénomène similaire aux marées...

Fabien0300 a écrit:
Peut-être qu'on peut imaginer que la géante gazeuse a capturé ta planète en zone froide. Puis la planète, devenue lune, se verrouille sur la géante gazeuse (il fait froid donc le phénomène de marée thermique dû à l'atmosphère est négligeable ==> verrouillage possible). Puis intervient un phénomène de migration planétaire car une autre géante gazeuse encore plus grosse passe par là. Notre couple planète/lune est éjecté proche de son étoile. Il fait chaud mais ils sont toujours verrouillés. Et le hasard des choses fait que la lune a une période de révolution autour de sa planète exactement égale à la période de révolution de la planète autour de l'étoile. Ce qui fait que la lune montre toujours la même face à l'étoile. Mais je ne sais pas si ce genre de système est possible et/ou stable, ça devient tordu...

Ton scénario m'emballe, j'achète

Il me semble que l'on explique la faible masse de Mars par une probable migration de Jupiter qui aurait mangé une partie du disque d'accrétion de sa zone. C'est l'influence de Saturne qui aurait ramené Jupiter à son orbite actuelle.

La seule erreur de ton scénario c'est qu'il faut que l'autre géante soit moins grosse pour la laisser migrer proche du soleil, mais assez pour la stabiliser à sa proximité. Dans le cas contraire, une autre géante plus grosse l’éjecterait vers l'extérieur, pas l'intérieur.

oliezekat a écrit:Autre cas, Mercure qui est un peu plus petite que Titan, quasi pas d'atmosphère, n'est pourtant pas synchrone avec le Soleil. Sa masse (trois plus dense que Titan), distance au Soleil (70 fois plus éloignée que Titan avec Saturne), et sa nature tellurique avec un noyau ferrique liquide doit y être pour quelque-chose. Je suppose que le noyau induit un phénomène similaire aux marées...

Je pense plutôt que c'est parce-que, outre le fait que Mercure soit la planète la plus proche du Soleil, elle en reste quand-même trop éloignée pour se verrouiller. Beaucoup d'exoplanètes sont bien plus proches de leur étoile que ne l'est Mercure du Soleil.

oliezekat a écrit:Il me semble que l'on explique la faible masse de Mars par une probable migration de Jupiter qui aurait mangé une partie du disque d'accrétion de sa zone. C'est l'influence de Saturne qui aurait ramené Jupiter à son orbite actuelle. 

Oui, c'est le modèle de Nice qui explique le mieux l'arrangement du Système Solaire actuellement

oliezekat a écrit:La seule erreur de ton scénario c'est qu'il faut que l'autre géante soit moins grosse pour la laisser migrer proche du soleil, mais assez pour la stabiliser à sa proximité. Dans le cas contraire, une autre géante plus grosse l’éjecterait vers l'extérieur, pas l'intérieur.

Je pensais à une grosse gazeuse venant de l'extérieur et poussant le couple petite gazeuse/lune vers l'intérieur. Pour toi elles se feraient automatiquement éjecter ?

Fabien0300 a écrit:
Je pensais à une grosse gazeuse venant de l'extérieur et poussant le couple petite gazeuse/lune vers l'intérieur. Pour toi elles se feraient automatiquement éjecter ?

Il me semble que l'influence gravitationnelle d'un astre sur un autre, c'est de l'attirer, pas de le repousser... Et pour qu'un objet en approche d'un astre soit éjecté en dehors de son influence vers l'extérieur du système solaire, il faut que sa masse relativement à l'astre soit négligeable ET que sa vélocité relative très grande.

Ou alors si tu veux un phénomène qui pousse une planète vers l'intérieur, il te faut 2 géantes gazeuses dont les orbites entrent dans une résonance particulière, très improbable, et à l'opposé des résonances connues.

Par exemple la résonance 2:1 de Jupiter et Saturne explique qu'elles soient revenues à une distance éloignée, qu'elles ont repoussées Uranus et Neptune plus loin du Soleil que leur orbite de formation. Tandis que Neptune, lors de son transit, aurait éjecté des objets pour constituer la ceinture de Kuiper, le transit de concert des géantes aurait éjecté des objets pour former le nuage d'Oort dont l'orbite de ses objets aurait été stabilisé par l'influence des étoiles les plus proches.

Enfin si j'ai bien compris, quand un astre éjecte un objet, en fait il change son orbite qui devient très elliptique en éloignant son aphélie mais son périhélie est inchangé. Il faut l'influence d'un autre astre au niveau, ou plus éloigné, de son aphélie pour lentement circulariser son orbite à cette distance.

Edit: je viens de voir que c'est pas le modèle de Nice de 2005 qui expliquait la taille de Mars mais une autre thèse plus récente en 2011 (avec l'astronome italien de Nice, d'où la confusion) dit du "Grand Tack" qui proposait une double migration de Jupiter (intérieure puis extérieure). Le modèle de Nice se contentait de proposer une simple migration depuis une orbite plus éloignée jusqu'à celle actuelle.