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Planétologie

Dans ce graphique préparé par Prentice, la courbe blanche représente la prédiction du modèle MLT concernant la densité des planètes en fonction de la distance, les points jaunes représentant les valeur observées et la marge d'erreur.

La Théorie Laplacienne Moderne

La théorie MLT (Modern Laplacian Theory) fut proposée en 1978 par le mathématicien Andrew Prentice de l'Université Monash d'Australie. Cette théorie est la version moderne de la "nébuleuse de Laplace". En résumé, elle assume que la nébuleuse protosolaire est un système non dissipatif (un système ouvert évoluant par échange d'énergie) sujet à de la turbulence convective supersonique (jusque Mach 10 ou plus de 3 km/s). Cette nébuleuse présente des anneaux protoplanétaires stables ayant survécu après la condensation du proto-Soleil.

Selon Prentice, la nébuleuse protosolaire était en rotation et se contracta en générant une intense convection. Cette convection aurait forcé le proto-Soleil à tourner comme un corps rigide, produisant suffisamment de turbulence pour altérer la distribution de densité. Le proto-Soleil aurait présenté un très faible moment d'inertie à condition que la convection soit excessivement rapide avec des nombres de Mach hypersoniques de l'ordre de 10 soit plus de 3 km/s dans son enveloppe externe. Ensuite, la convection s'interrompit en surface de telle sorte que la densité des couches denses chuta d'un facteur 100, conduisant à une inversion de densité en surface.

Cette enveloppe stable aurait formé un anneau équatorial qui se serait séparé de la protoétoile en contraction suivant une distribution en accord avec la loi empirique de Titius-Bode. En assumant que chaque anneau protoplanétaire contenait environ 1000 masses terrestres de matière solaire (riche en hydrogène), était homogène et pouvait fabriquer les éléments chimiques observés (ou inférés), Prentice obtient un modèle planétaire conforme aux propriétés et compositions des planètes. En assumant également que l'évolution était homogène, le gradient de température variait comme le rayon héliocentrique en accord avec les résultats de John Lewis (1974) fondés sur la composition des planètes. En ajustant enfin les variations de température en fonction de la distance au Soleil pour se conformer aux observations, la théorie MLT satisfait la chimie du système solaire. Mais cela fait beaucoup d'hypothèses non vérifiées dans une théorie qui à l'époque n'avait qu'une seule prédiction vérifiée à son actif sur laquelle nous reviendrons.

En 1993, l'astronome Michael Woolfson conclut dans son article "The Solar - Origin and Evolution" publié par la Royal Astronomlical Society que "parmi tous les modèles cosmogoniques ayant été proposés, [le modèle MLT] est le seul qui ait été utilisé pour établir des prévisions avec succès". Il fut probablement le seul, avec Wikipédia, à supporter les théories de cet auteur !

Car voici pour quelles raisons vous n'avez probablement jamais entendu parlé de la théorie MLT (bien que Prentice ait continué à publier des articles).

Critique de la théorie MLT

En 1995, Joseph Monaghan, qui fut également professeur de mathématique à l'Université de Monash d'Australie critiqua ouvertement la théorie MLT dans le journal "Earth, Moon, and Planets" consulté par tous les planétologues. Monaghan montra grâce à des simulations que Prentice négligea un élément clé dans sa physique de la convection supersonique : l'effet de la dissipation qu'il remplaça par des tourbillons (eddies) de turbulences supersoniques ne générant aucune dissipation. Or les simulations dans différentes conditions montrent qu'en présence de tels tourbillons le mouvement est très instable et très dissipatif. La théorie MLT est donc fausse.

Séquence de condensation des métaux, oxydes, silicates et sulfures en fonction de la température que Prentice présente régulièrement dans les articles relatifs à son modèle MLT appliqué aux planètes telluriques ou aux satellites naturels. En fait, ce processus se base sur des notions élémentaires de géochimie mises en relation avec des données minéralogiques et ne représente nullement une prédiction de sa théorie comme lui ou ses collègues le sous-entendent dans certains articles (cf. ce lien et cet autre lien). Voir cet autre diagramme plus classique. Doc T.Lombry.

Contrairement à ce que prétend Prentice, dans le disque protosolaire la turbulence était fortement dissipative, l'énergie cinétique étant convertie en chaleur en raison de la viscosité dans le disque. De plus, les anneaux protoplanétaires étaient instables, se dissipant et interagissant avec le proto-Soleil. Nous reviendrons sur ces mécanismes. Ce modèle n'est donc pas conforme et ne peut pas rendre compte de l'évolution du système solaire.

Or, au cours du temps Prentice modifia sa théorie pour se confirmer aux observations des sondes spatiales, notamment après la mesure de la densité des lunes des planètes géantes et de la découverte des anneaux de Neptune en 1984 qui selon son modèle initial ne pouvaient pas exister et ne devait pas posséder de lunes (deux solutions sur lesquelles Prentice travailla avec Ter Haar).

Selon Prentice, la théorie MLT aurait prédit certaines propriétés des planètes telluriques et gazeuses dont la structure et la chimie des grandes lunes comme Thétys (Prentice, 1981), Triton (Prentice, 1989) et Titan (Prentice, 2007a, 2007b), la composition de Mercure (Prentice, 2008) ou  encore la présence d'un anneau autour d'Uranus (Prentice, 1986). Seul problème, cet anneau fut découvert en 1977... En fait, à chaque fois il s'agit d'articles récents basés sur des modifications de son modèle initial et dont même les prédictions "ajustées" sont fausses comme dans le cas de la variation de densité des lunes de Saturne (Prentice, 1981) !

La seule véritable prédiction à mettre à l'actif de Prentice fut l'existence de l'anneau de Jupiter (Prentice, 1977) qui fut confirmée par la sonde spatiale Voyager 1 en 1979 et certains détails concernant les propriétés ou le nombre de lunes de certaines planètes géantes. Vous trouverez la liste des publications d'Andrew Prentice sur le serveur Adsabs.

Notons en revanche comme l'ont montré A.Córsico de l'Université de La Plata en Argentine et ses collègues, que le processus de convection de la théorie MLT peut s'appliquer à certains mécanismes des étoiles instables (étoiles variables, naines, AGB, etc). Mais la validité d'un processus ne valide pas une théorie.

Que penser finalement de la théorie MLT ? Comme nous ne le rappelerons à propos de la philosopie des sciences, un chercheur qui respecte la démarche scientifique ne peut pas ajuster sa théorie de manière ad hoc en fonction des circonstances pour tenter de la "sauver à tout prix". Ce n'est pas de la bonne science. Aussi, la majorité des astronomes ont préféré ignorer la théorie MLT et n'y font jamais référence même si elle peut contenir des développements intéressants. Aux yeux des scientifiques mieux vaut écarter une théorie fausse que de vouloir la défendre à tout prix.

Pour plus d'informations

Les publications d'Andrew Prentice (serveur Adsabs)

Flaws in the Modern Laplacian Theory, Joseph Monaghan, in Earth, Moon, and Planets, Vol.1, Issue 1-2, pp.73-84, 1995

Origin of the solar system (la Théorie Laplacienne Moderne très criticable), Andrew Prentice, in Moon and the Planets, 19, Nov. 1978, p.341-398

Interview of Andrew Prentice (critique), Cosmic Tea Party, 2009.

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