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    Q&R :Un scientifique modélise l'atmosphère des exoplanètes

    L'animation de cet artiste représente l'exoplanète LHS 3844b, qui est 1,3 fois la masse de la Terre et orbite autour d'une étoile naine M. La surface de la planète peut être recouverte principalement de roche de lave sombre, sans atmosphère apparente, selon les observations du télescope spatial Spitzer de la NASA. Spitzer de la NASA

    A la recherche de la vie au-delà de notre galaxie, de nombreux scientifiques ont les yeux tournés vers des orbes comme la Terre :des planètes rocheuses. Ainsi, après que le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) ait détecté une planète rocheuse légèrement plus grande que la Terre l'automne dernier, une équipe de chercheurs a lancé une campagne pour prendre des images supplémentaires avec le télescope spatial Spitzer, le seul télescope actuellement dans l'espace capable de détecter directement la lumière infrarouge d'une planète. Le télescope a produit des images inférieures à 1 pixel – 1/94 de pouce – comme un grain de poussière avec lequel faire des prédictions sur l'habitabilité de la planète.

    L'examen de plusieurs orbites de la planète a permis aux scientifiques de cartographier la température de sa surface et de créer des modèles de son atmosphère, des capacités que les scientifiques commencent tout juste à développer pour les planètes rocheuses. Une grande partie de ce que les chercheurs apprennent sur les exoplanètes est basée sur ce qu'ils savent des étoiles qu'elles entourent.

    "Les gens disent que nous ne connaissons qu'une planète aussi bien que nous connaissons l'étoile, parce que nous déduisons essentiellement des choses basées sur ce que nous mesurons à propos de l'étoile, " a déclaré Laura Schaefer, professeur adjoint de sciences géologiques à la Stanford's School of Earth Energy &Environmental Sciences (Stanford Earth) et co-auteur d'une étude caractérisant une planète publiée dans La nature 19 août.

    Les analyses de l'équipe montrent que cette planète, LHS 3844b, situé à 48,6 années-lumière, est beaucoup plus chaude que la Terre et peut être recouverte de roche volcanique sombre. Il orbite autour d'une étoile plus petite que le soleil en seulement 11 heures. L'étoile est une naine M - le type d'étoile le plus courant et le plus durable qui pourrait donc potentiellement héberger un pourcentage élevé des planètes de la galaxie - et l'atmosphère de la planète rocheuse est la première en orbite autour d'une naine M à être caractérisée. Les chercheurs ont découvert que la planète a peu ou pas d'atmosphère, et ne pouvait donc pas soutenir la vie - une découverte importante pour comprendre les atmosphères de planètes rocheuses similaires autour des naines M.

    Stanford News Service s'est entretenu avec Schaefer pour mieux comprendre les résultats et leur signification.

    Pourquoi les scientifiques veulent-ils explorer les exoplanètes ?

    Très largement, c'est pour essayer de mieux comprendre la formation des planètes. Nous comprenons assez bien les planètes de notre propre système solaire, mais cela ne nous donne qu'un aperçu du fonctionnement de la formation des planètes. En sortant et en trouvant des planètes autour d'autres étoiles, nous avons découvert beaucoup de nouvelles choses folles dont nous n'avions pas conscience qu'elles se produisaient lorsque les planètes se sont formées. Par exemple, nous avons trouvé une classe de planètes que personne ne pensait exister, appelés Jupiters chauds. Ce sont en fait le premier type d'exoplanètes qui ont été découverts.

    L'autre objectif majeur de l'observation des exoplanètes est de trouver une autre planète comme la Terre qui pourrait contenir de la vie. Je me concentre sur les petites planètes rocheuses, pas les grandes géantes gazeuses. Le but est à terme de trouver une planète dans ce qu'on appelle la "zone habitable, " qui est une région de l'espace orbital où l'eau liquide pourrait être stable à la surface d'une planète comme la Terre.

    L'animation de cet artiste représente l'exoplanète LHS 3844b, qui est 1,3 fois la masse de la Terre et orbite autour d'une étoile naine M. Crédit :Université de Stanford

    Afin de déterminer si une planète a de la vie, il faut pouvoir mesurer son atmosphère et voir si la vie l'a influencée, comme nous le savons ici sur Terre, où notre atmosphère d'oxygène est produite par la vie. Avant que la vie ne soit répandue sur Terre, son atmosphère était très différente. Donc nous pensons que si nous pouvons regarder les atmosphères des planètes dans la zone habitable et déterminer de quoi elles sont faites, alors peut-être pourrions-nous dire si ces planètes ont de la vie. Il s'agit d'un premier pas sur la voie pour y parvenir.

    Comment l'équipe a-t-elle cartographié la température d'une planète si éloignée ?

    En observant la planète en différents points de son orbite, nous voyons différentes fractions du côté jour de la planète. Si nous regardons la lumière de l'étoile, on voit un grand plongeon quand la planète passe devant l'étoile, que nous appelons le transit. Comme il passe derrière l'étoile, nous voyons un plus petit creux que nous appelons l'éclipse secondaire. L'importance de ce creux nous donne une contrainte sur la température de surface de la planète. On peut aussi chercher des variations dans la lumière stellaire qui nous donnent une carte de température avec le côté jour et le côté nuit.

    Nous pouvons assez bien contraindre l'orbite; nous savons à quel point il est proche de son étoile et nous connaissons l'éclat de l'étoile, nous savons donc essentiellement combien de lumière la planète reçoit de l'étoile. Nous utilisons des modèles d'évolution de l'étoile pour essayer de comprendre la quantité de lumière que cette planète a reçue au cours de toute sa vie.

    Que vous ont dit les données sur son atmosphère ?

    Une atmosphère peut prendre la chaleur de l'étoile et la déplacer. Si la planète n'a pas d'atmosphère, alors vous vous attendriez à un grand contraste entre le côté jour et le côté nuit. Deux signatures de l'atmosphère sont un décalage du point de température le plus élevé et une amplitude plus faible de cette signature, ce qui indique que la chaleur est déplacée. Avec cette planète particulière - l'une des premières planètes rocheuses à partir desquelles ce type de mesure a pu être effectué - nous avons trouvé un grand contraste de température entre le côté jour et le côté nuit et aucun décalage de ce point de température. Cela indiquait que l'atmosphère devait être vraiment mince.

    Ma contribution consistait ensuite à déterminer si l'atmosphère était stable en exécutant des modèles pour déterminer la quantité d'atmosphère que la planète pourrait éventuellement perdre pour une gamme de paramètres au cours de la durée de vie de la planète. Si la planète a commencé avec à peu près la même quantité de gaz, comme l'eau et le dioxyde de carbone, comme la Terre ou même plus que cela, alors il les aurait tous perdus au cours de sa vie en raison du réchauffement de l'atmosphère par l'étoile et de sa fuite - c'est l'un des mécanismes de fuite de l'atmosphère. Nous avons examiné un autre modèle qui a contraint la partie inférieure de l'atmosphère que la planète pourrait avoir et a déterminé que ces atmosphères minces ne sont pas stables sur cette planète.

    Pourquoi concentrez-vous vos recherches sur les modèles d'échappement atmosphérique ?

    J'ai commencé à travailler sur la compréhension des premières atmosphères planétaires il y a quelques années, avant même d'avoir commencé mes études supérieures. Tome, c'est l'un des problèmes les plus intéressants car c'est l'état primitif de la planète qui semble vraiment définir son évolution au cours de sa vie. C'est vraiment important pour la Terre, parce que nous ne savons pas grand-chose de son histoire au cours du premier demi-milliard d'années, mais c'est la période où la vie a commencé. Mon point de vue est donc qu'il faut commencer par le début. Et cela signifie en fait commencer avant la formation de la planète et essayer de comprendre tous les processus qui entrent dans la création de la planète et ce qui définit les conditions initiales à partir desquelles elle évolue finalement. En regardant ces chauds, exoplanètes rocheuses, nous arrivons à tester notre compréhension de ces processus.


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