François Robert

Marc Chaussidon

Comptes Rendus Géoscience

http://france.elsevier.com/direct/CRAS2A/C. R. Geoscience 339 (2007) 859–861Formation du système solaire : approche cosmochimique dans lecontexte astrophysiqueSolar system formation: Cosmochemical approach in theastrophysical contextForewordThe study of the formation and early evolution of thesolar system undergoes a ‘‘revolution’’ similar to thatwhich occurred 30 years ago when the first lunarsamples were returned to the Earth (see [8] andreferences therein for a summary of the major scientificresults obtained from the examination of lunarsamples). The study of lunar rocks promoted thedevelopment of new analytical methods and of newconcepts, which were applied to the study of extra-terrestrial materials. The present-day ‘‘revolution’’ isdue to a combination of three factors.First, the analytical techniques for mineral char-acterization, spectroscopy, chemistry, and isotopicanalyses have undergone spectacular improvements(in situ spectroscopy and synchrotron radiation, ionmicroprobes, thermo-ionization, plasma, or laser massAvant-proposL’étude de la formation et de l’évolution précoce dusystème solaire connaît une « révolution » comparable àcelle connue il y a une trentaine d’année à la suite duretour sur Terre des échantillons lunaires (voir [8] pourune présentation des résultats scientifiques les plusimportants, obtenus à partir de l’examen des échantil-lons lunaires) et des investissements très importantsfaits à cette occasion dans les laboratoires étudiant lesmétéorites. La « révolution » actuelle tient à laconjonction de trois circonstances particulières.D’abord, les techniques de caractérisation minéra-logique, spectroscopique, chimique et isotopique ontconnu des développements très importants (spectro-scopies in situ et rayonnement synchrotron, sondesioniques, spectromètres de masse à source plasma ou àsource laser. . .) qui autorisent maintenant :spectrometers). These analytical tools allow us: to obtain a complete and detailed characterization of lagrains ranging in size from a few tenths of nanometresup to a few micrometers;16docaractérisation détaillée et complète de grainsminéraux de taille allant de la dizaine de nanomètresau micromètre ; to measure isotopic compositions with a precision lathat has been improved by one to two orders ofmagnitude over the last ten years.The possibility to reach such a scale of character-ization led to numerous recent advances in meteoriticsmesure de compositions isotopiques, avec desprécisions améliorées d’un ou deux ordres degrandeur.Ces progrès analytiques ont donné lieu à denombreuses avancées dans l’étude de la matière31-0713/$ – see front matter # 2007 Publié par Elsevier Masson SAS pour l’Académie des sciences.i:10.1016/j.crte.2007.10.003M. Chaussidon, F. Robert / C. R. Geoscience 339 (2007) 859–861860and cosmochemistry [12]. The limiting factor in thestudy of extraterrestrial materials is, often, that thecrucial information about their conditions of formationis present at the nanometre or micrometer scale.Second, astrophysical observations of the interstellarmedium and of young forming stars with their accretiondisks have been considerably refined (i.e. ISO, near-infrared instrument on the VLT1. . .), improving ourknowledge of the chemistry and mineralogy ofinterstellar matter [13]. The mineralogical and chemicaltransformations affecting the gas and dust of theaccretion disks around young forming stars, analogousto our young solar system, are now observed andmeasured with a spatial resolution in the order of oneastronomical unit. This implies that, for the first time, itmight soon be possible to match astrophysicalobservations and data collected in the laboratory onextraterrestrial materials.Finally, over the last years, space agencies havesubstantially promoted missions to return extraterres-trial samples to the Earth. These are the first samplereturn missions, since the Apollo and Luna missions 30years ago. The NASA Genesis mission brought backsolar wind samples in October 2004, which already ledto revise some current ideas on the isotopic compositionof noble gas in the solar wind [7]. The NASA Stardustmission returned samples of cometary dust in January2006. These samples open new windows for the study ofthe early evolution of the solar system (see [3] and theother articles of this special issue of the journalScience).On 20 February 2007, Claude J. Allègre chaired aone-day meeting at the French Academy of Sciences inParis, where astrophysicists, geologists, geochemists,and cosmochemists were invited to review observa-tional and theoretical constraints on the formation of thesolar system. This volume gathers several of thesecontributions. Anne Dutrey [5] reviews the in situobservations of circumstellar disks around young stars,their physical and chemical properties, their formation,lifetime, and evolution. Marc Chaussidon and MatthieuGounelle [4] list the recent observations for theincorporation of short-lived radioactive nuclides inprimitive meteorites and their implications on theastrophysical setting and chronology for the appearanceof the first solids in the solar accretion disk. MatthieuGounelle, Marc Chaussidon and Thierry Montmerle [6]discuss the observational constraints for a nucleosynth-esis of short-lived radioactive nuclides by irradiation ofthe accretion disk with solar energetic particles emittedby the young active Sun. Laurent Rémusat, FrançoisRobert and Sylvie Derenne [11] investigate theextraterrestre [12]. Atteindre cette échelle de carac-térisation est une étape fondamentale qui a limité, aucours des dix dernières années, l’étude des échantillonsextraterrestres, car les informations pertinentes sur leursconditions de formation sont enregistrées à l’échelle dunanomètre ou du micromètre et correspondent souvent àdes variations de composition isotopique de très faibleampleur.Ensuite, les techniques d’observation astrophysiquedu milieu interstellaire ou des étoiles jeunes enformation avec leur disque d’accrétion ont connu desprogrès considérables (par exemple, ISO, spectromètreproche infrarouge du VLTI. . .), qui font qu’aujourd’hui,la minéralogie du milieu interstellaire progresse àgrands pas et que des transformations minéralogiques etchimiques affectant le gaz et la poussière dans desdisques d’accrétion, autour d’étoiles en formationanalogues à notre système solaire jeune, sont obser-vables à une échelle spatiale de l’ordre de l’unitéastronomique [13]. Nous rentrons donc dans unepériode où, pour la première fois, il est réaliste deviser comme objectif que, dans les années à venir, il soitpossible de recouper, à des échelles comparables, desobservations astrophysiques et des observations faitesen laboratoire sur la matière extraterrestre.Enfin, ces dernières années connaissent une activitétoute particulière des agences spatiales pour le retoursur Terre d’échantillons extraterrestres. Ces retours sontles premiers depuis ceux des échantillons lunairesrapportés il y a 30 ans par les missions Apollo et Luna.La mission NASA Genesis a ramené des échantillons devent solaire en octobre 2004, ce qui a déjà conduit àréviser certaines des idées communément admisesquant à la composition isotopique des gaz rares dans levent solaire [7]. La mission NASA Stardust a ramenédes grains cométaires en janvier 2006. Ces échantillonsouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude del’évolution précoce du système solaire (voir [3] et lesautres articles de ce numéro spécial de la revueScience).Le 20 février 2007 s’est tenue à l’Académie dessciences une réunion présidée par Claude Allègre, aucours de laquelle des astrophysiciens, des géologues,des géochimistes et des cosmochimistes ont présenté lesdernières observations et modèles ayant trait à laformation du système solaire. Ce volume regroupeplusieurs de ces contributions. Anne Dutrey [5] passe enrevue les observations in situ des disques circumstel-laires présents autour des étoiles jeunes, leurs propriétésphysiques et chimiques, leur formation, durée de vie etévolution. Marc Chaussidon et Matthieu Gounelle [4]font la liste des observations récentes indiquantM. Chaussidon, F. Robert / C. R. Geoscience 339 (2007) 859–861 861conditions of organosynthesis for insoluble organicmatter found in carbonaceous meteorites from itsmolecular structure and hydrogen isotopic composition.Alessandro Morbidelli [9] reviews the role of impacts inplanetary formation, in the formation of the Moon andin the late heavy bombardment that occurred 800 Maafter the formation of the solar system. FrancisAlbarède and Janne Blichert-Toft [1] argue that twoparameters (the size of a telluric planet and its distanceto the Sun) dictate most of the chemical and physicalevolution of its mantle and atmosphere. BernardBourdon and Guillaume Caro [2] show recent isotopicevidence from the Sm–Nd system, demonstrating that acrust has been formed at the surface of the Earth lessthan 100 Myr after its accretion. Finally, ManuelMoreira and Aude Raquin [10] argue that the isotopiccomposition of the rare gases in the mantle of the Earthwas settled during the accretion of the Earth from parentbodies, carrying implanted solar noble gases.l’incorporation de radioactivités éteintes à courtepériode dans les météorites primitives et des implica-tions en ce qui concerne la formation et la chronologiede formation des premiers solides dans le disqued’accrétion. Matthieu Gounelle, Marc Chaussidon etThierry Montmerle [6] présentent les observations quiindiquent une nucléosynthèse d’éléments radioactifs àcourte période, lors de l’irradiation du disqued’accrétion par les particules émises par le Soleiljeune. Laurent Rémusat, François Robert et SylvieDerenne [11] étudient les conditions de la synthèse de lamatière organique insoluble présente dans les chon-drites carbonées, à partir de sa structure moléculaire etde sa composition isotopique de l’hydrogène. Alessan-dro Morbidelli [9] passe en revue le rôle des impactsdans la formation des planètes, la formation de la Luneet le bombardement tardif qui s’est produit 800 Maaprès la formation du système solaire. Francis Albarèdeet Janne Blichert-Toft [1] montrent comment deuxparamètres (la taille pour une planète tellurique et sadistance au Soleil) imposent la plupart des évolutionschimiques et physiques que subissent son noyau et sonatmosphère. Bernard Bourdon et Guillaume Caro [2]décrivent les dernières évidences isotopiques, à partirdu système Sm–Nd, pour la formation d’une croûte à lasurface de la Terre moins de 100 Ma après sonaccrétion. Enfin, Manuel Moreira et Aude Raquin [10]expliquent comment la composition isotopique des gazrares dans le manteau de la Terre aurait pu être établielors de l’accrétion de la Terre à partir de corps parentsriches en gaz rares solaires implantés.Références[1] F. Albarède, J. Blichert-Toft, The split fate of the early Earth,Mars, and Moon, C. R. Geoscience 339 (2007).[2] B. Bourdon, G. Caro, The early terrestrial crust, C. R. Geos-cience 339 (2007).[3] D. Brownlee, et al., Comet 81P/Wild 2 under the microscope,Science 314 (2006) 1711–1716.[4] M. Chaussidon, M. Gounelle, Short-lived radioactive nuclides inmeteorites and early solar system processes, C. R. Geoscience339 (2007).[5] A. Dutrey, Circumstellar disks around young low-mass stars:observed properties and lifetime, C. R. Geoscience 339 (2007).[6] M. Gounelle, M. Chaussidon, T. Montmerle, Irradiation in theearly solar system and the origin of short-lived radionuclides,C. R. Geoscience 339 (2007).[7] A. Grimberg, H. Baur, P. Bochsler, F. Buhler, D.S. Burnett, C.C.Hays, V.S. Heber, A.J.G. Jurewicz, R. Wieler, Solar wind neonfrom genesis: implications for the lunar noble gas record,Science 314 (2006) 1133–1135.[8] G.H. Heiken, D.T. Vaniman, B.M. French, Lunar Sourcebook,a User’s Guide to the Moon, Cambridge University Press,Cambridge, USA, 1991.[9] A. Morbidelli, Impacts in the primordial history of terrestrialplanets, C. R. Geoscience 339 (2007).[10] M. Moreira, A. Raquin, The origin of rare gases on Earth: thenoble gas ‘‘subduction barrier’’ revisited, C. R. Geoscience 339(2007).[11] L. Remusat, F. Robert, S. Derenne, The insoluble organic matterin carbonaceous chondrites: Chemical structure, isotopic compo-sition, and origin, C. R. Geoscience 339 (2007).[12] H.Y. McSween Jr., D.S. Lauretta, L.A. Leshin, Recent advancesin meteoritics and cosmochemistry, in : D. Lauretta, L. Leshin(Eds.), Meteorites and Early Solar System II, Arizona UniversityPress, Tucson, AZ, USA, 2006, pp. 53–66.[13] A.G.G.M. Tielens, L.B.F.M. Waters, T. J. Bernatowicz, Originand evolution of dust in circumstellar and interstellar environ-ments, in: A.N. Krot, E.R.D. Scott, B. Reipurth (Eds), Chon-drites and the Protoplanetary disk, ASP Conf. Ser. 341 (2005)605–631.Marc ChaussidonCentre de recherches pétrographiques etgéochimiques, CRPG CNRS, B.P. 20,54501 Vandœuvre-lès-Nancy cedex, FranceAdresse e-mail : chocho@crpg.cnrs-nancy.frFrançois RobertLaboratoire d’étude de la matière extraterrestre,UMS CNRS 2679 NanoAnalyses,Muséum national d’histoire naturelle,61, rue Buffon, 75005 Paris, FranceAdresse e-mail : robert@mnhn.fr

Formation du système solaire : approche cosmochimique dans le contexte astrophysique

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