Le soleil vu depuis le cratère Tycho sur la Lune lors d'une éclipse lunaire totale sur Terre. Quand le soleil se couche derrière le Pacifique nord, son disque disparaît complètement derrière la Terre. Crédit :AIP/Strassmeier/Fohlmeister
Les astronomes ont réussi à enregistrer la lumière du soleil traversant l'atmosphère terrestre d'une manière similaire à l'étude des exoplanètes lointaines. A l'occasion extraordinaire d'une éclipse lunaire, le grand télescope binoculaire a observé la lumière filtrée par l'atmosphère terrestre et réfléchie par la lune avec des détails uniques. En plus de l'oxygène et de l'eau, raies spectrales atomiques du sodium, le calcium et le potassium ont été détectés dans notre atmosphère de cette manière pour la première fois.
Lorsqu'une exoplanète passe devant son étoile hôte, les astronomes peuvent être en mesure d'enregistrer à la fois la gradation de la lumière des étoiles que la planète bloque et aussi la lumière des étoiles qui brille à travers l'atmosphère de la planète. Bien qu'il ne s'agisse que d'un petit signal, il contient l'empreinte de la signature chimique et physique de la planète et offre la principale possibilité de mesurer les constituants atmosphériques de la planète. En astrophysique, cette technique est appelée spectroscopie de transmission, et est une technique relativement jeune en plein essor puisque de nombreux transits d'exoplanètes ont été détectés depuis l'espace. "Tandis que, jusque là, applicable uniquement aux Jupiters de grande taille, c'est-à-dire des planètes surdimensionnées ressemblant à Jupiter en orbite près de leur étoile hôte, nous sommes plus intéressés par les planètes semblables à la Terre et si nous pourrions détecter des signatures moléculaires plus complexes dans un spectre de transmission exo-Terre, peut-être même suggérant la vie, " explique Klaus Strassmeier de l'Institut Leibniz d'Astrophysique de Potsdam (AIP), l'auteur principal de l'étude maintenant publiée. "Bien que cela ne soit pas encore faisable pour un quelconque transit d'exoplanète semblable à la Terre, une éclipse lunaire totale, qui est une éclipse solaire totale vue de notre propre lune, n'est rien d'autre qu'un transit de notre propre Terre, et indirectement observables.
La lumière du soleil qui traverse l'atmosphère terrestre avant d'atteindre la lune et de se refléter vers la Terre s'appelle Earthshine. L'atmosphère terrestre contient de nombreux sous-produits de l'activité biologique, tels que l'oxygène et l'ozone en association avec la vapeur d'eau, méthane et dioxyde de carbone. Ces molécules biogéniques présentent des bandes moléculaires étroites attrayantes aux longueurs d'onde optiques et infrarouges proches pour la détection dans les atmosphères d'autres planètes. Prenant la Terre comme prototype d'une planète habitable, Les observations d'Earthshine offrent la possibilité de vérifier la présence d'éléments biogéniques et chimiques associés avec les mêmes techniques qui sont autrement utilisées pour observer les étoiles avec les planètes super Jupiter. Earthshine est donc un cas de test idéal pour les futures détections exo-Terre avec la nouvelle génération de télescopes extrêmement grands.
Spectres instantanés de l'oxygène moléculaire terrestre et de l'absorption de vapeur d'eau. L'intensité est tracée en fonction de la longueur d'onde en Angstroem. Le temps augmente de bas en haut comme indiqué en UT hh:mm:ss. L'augmentation spectaculaire de l'absorption d'O2 et de H2O pendant l'éclipse (quatre spectres centraux) est immédiatement perceptible par rapport à l'éclipse extérieure (autres spectres). Les molécules d'oxygène créent ce qu'on appelle la bande A à 7600 Å, H2O est considéré comme une myriade de raies d'absorption individuelles dans la gamme 7850-9100 Å. Crédit :AIP/Strassmeier
Regard détaillé sur les longueurs d'onde autour de la raie du potassium à 7699 Å. Le temps augmente de bas en haut et est à nouveau indiqué comme UT. Le spectre inférieur est un spectre de comparaison de la pleine lune en dehors de l'éclipse. La couleur rouge désigne les temps de totalité, temps noirs de partialité, et bleu hors éclipse. Notez que les raies spectrales flanquant la raie du potassium proviennent de deux absorptions terrestres de vapeur d'eau. Crédit :AIP/Strassmeier
Janvier 2019 a été marqué par une éclipse lunaire totale. La lune obscurcie d'un facteur 20, 000 pendant la totalité, raison pour laquelle la capacité de collecte de lumière du grand télescope binoculaire (LBT) de 11,8 m en Arizona était nécessaire pour les observations. En outre, la haute résolution spectrale de l'instrument polarimétrique et spectroscopique de Potsdam Echelle (PEPSI) était nécessaire pour séparer les minuscules absorptions de raies spectrales attendues de l'atmosphère terrestre du spectre solaire normal à une résolution spectrale sans précédent et en lumière polarisée.
« Le PEPSI a déjà apporté des contributions importantes à l'étude des exoplanètes à travers l'observation de leur transit devant leur soleil, " ajoute Christian Veillet, Directeur de l'Observatoire LBT. "En regardant la Terre comme une exoplanète grâce à une éclipse lunaire totale bien adaptée à l'emplacement de LBT en Arizona, et en ajoutant la polarimétrie à la résolution exquise du spectrographe PEPSI, a permis la détection de sodium, calcium, et de potassium dans l'atmosphère terrestre."
