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    Une technique pour trouver des océans sur d'autres mondes

    Une illustration d'artiste de l'exoplanète HR8799e. L'instrument GRAVITY de l'ESO sur son interféromètre du Very Large Telescope a réalisé la première observation optique directe de cette planète et de son atmosphère. Crédit :ESO/L. Calçada

    On pourrait dire que l'étude des planètes extrasolaires est dans une phase de transition ces derniers temps. À ce jour, 4, 525 exoplanètes ont été confirmées en 3, 357 systèmes, avec un autre 7, 761 candidats en attente de confirmation. Par conséquent, les études d'exoplanètes s'éloignent du processus de découverte et se tournent vers la caractérisation, où des observations de suivi des exoplanètes sont menées pour en savoir plus sur leurs atmosphères et leurs environnements.

    Dans le processus, Les chercheurs sur les exoplanètes espèrent voir si l'une de ces planètes possède les ingrédients nécessaires à la vie telle que nous la connaissons. Récemment, une paire de chercheurs de la Northern Arizona University, avec le soutien du Virtual Planetary Laboratory (VPL) du NASA Astrobiology Institute, a développé une technique pour trouver des océans sur des exoplanètes. La capacité de trouver de l'eau sur d'autres planètes, un ingrédient clé de la vie sur Terre, contribuera grandement à trouver la vie extraterrestre.

    La recherche a été menée par le chercheur postdoctoral Dominick J. Ryan, chercheur postdoctoral à la Northern Arizona University (NAU), et Tyler D. Robinson, professeur adjoint d'astronomie et de sciences planétaires à la NAU et à l'Institut d'astrobiologie de la NASA. L'étude qui a décrit leurs conclusions, intitulé "Detecting Oceans on Exoplanets with Phase-Dependent Spectral Principal Component Analysis", " est récemment apparu en ligne et est envisagé pour publication par le Journal des sciences planétaires .

    En ce qui concerne la caractérisation des exoplanètes, la technique la plus prometteuse est la méthode de transit (aka. Transit Photometry). Cela consiste à surveiller les étoiles pour détecter les baisses périodiques de luminosité, qui sont des indications de planètes passant devant leurs étoiles mères (par rapport à l'observateur). A l'heure, les astronomes sont également capables d'obtenir des spectres lorsque la lumière traverse l'atmosphère de la planète en transit, révélant des choses sur sa composition chimique. Mais comme le professeur Robinson l'a dit à Universe Today par e-mail, cette méthode ne permet pas les observations de surface :

    "Pour l'instant, nos meilleures techniques pour caractériser les exoplanètes rocheuses ne nous en disent pas beaucoup sur les environnements de surface de ces mondes (y compris si de l'eau liquide est présente). Pour Hubble (et le JWST qui sera bientôt lancé), nous utilisons la spectroscopie de transit pour caractériser les atmosphères des exoplanètes, à la recherche de très légers changements dans la luminosité et la couleur d'une étoile hôte lorsqu'une planète traverse son disque. Dans cette géométrie/configuration, les très longs chemins que la lumière emprunte à travers l'atmosphère (le plus analogue à l'observation du Soleil au coucher du soleil sur Terre) signifie que l'atmosphère profonde (et la surface) est obscurcie."

    Cette vue d'artiste montre le "Hot Jupiter" 51 Pegasi b (Bellerophon), la première exoplanète autour d'une étoile normale et la première exoplanète à être directement imagée. Crédit :ESO/M. Kornmesser/Nick Risinger (skysurvey.org)

    Dans le futur proche, cette situation devrait changer considérablement, grâce à des instruments de nouvelle génération comme le James Webb Space Telescope (JWST), et des observatoires au sol comme l'Extremely Large Telescope (ELT). Grâce à leur optique sophistiquée, coronographes, et spectromètres, ces télescopes pourront directement imager des exoplanètes plus petites qui orbitent plus près de leurs étoiles (c'est là que les planètes rocheuses potentiellement habitables sont plus susceptibles de se trouver).

    Cette méthode consiste à observer la lumière directement réfléchie par l'atmosphère ou la surface d'une exoplanète, qui peut fournir des informations précieuses sur le climat et l'environnement de surface de la planète. En plus du JWST et de l'ELT, il existe de nombreuses missions proposées qui auront la résolution et la sensibilité nécessaires pour détecter les caractéristiques de surface en fonction de la composition atmosphérique, identifier la végétation, preuve de photosynthèse, et peut-être même discerner la présence de lumières artificielles.

    Pour le plaisir de leur étude, Ryan et le Dr Robinson ont examiné comment les instruments de nouvelle génération pourraient mener des études d'imagerie directe des exoplanètes qui révéleraient la présence d'eau de surface. La clé de cela, dit le Dr Robinson, est de chercher des "croissants rouges":

    « Des concepts de mission sont actuellement à l'étude qui fourniraient ce type de données – HabEx et LUVOIR en étant les principaux exemples. nous avons proposé que les océans scintillants sur les exoplanètes pourraient faire apparaître la planète entière très rouge aux phases de croissant.

    "Si la célèbre photo Pale Blue Dot avait été prise de la Terre alors qu'elle n'était qu'un croissant étroit, ça n'aurait pas été bleu du tout, ça aurait été rouge ! Donc, en recherchant des signes qu'une exoplanète potentiellement semblable à la Terre devient très réfléchissante et rouge aux phases de croissant, nous pourrions peut-être faire une détection d'un océan sur ce monde."

    TOI 1338 b est une planète circumbinaire en orbite autour de ses deux étoiles. Il a été découvert par TESS. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA/Chris Smith

    Étant donné qu'il n'existe aucune observation spatiale de la Terre pour les phases de croissant et les longueurs d'onde qui étaient nécessaires pour tester cette méthode, Ryan et le Dr Robinson se sont appuyés sur une série de simulations de la luminosité de la Terre. Ces simulations ont pris en compte tous les effets réalistes causés par la réflexion de la lumière du soleil par les eaux de surface, des reflets de l'océan et des nuages ​​à la réflexion atmosphérique et de surface.

    « Ces simulations ont montré que, lorsque la Terre est vue à des phases plus en forme de croissant, il devient effectivement rouge et réfléchissant, " a déclaré le Dr Robinson. " En utilisant des outils qui imitaient l'apparence d'une Terre lointaine pour une mission de type HabEx ou LUVOIR, nous avons montré que quelques observations d'un monde semblable à la Terre prises sur quelques phases différentes (allant de la phase presque complète aux phases de croissant) révéleraient une rougeur en phase de croissant indiquant les océans. »

    Comme l'a expliqué le Dr Robinson, cette technique ne s'appliquera pas au JWST mais sera possible avec de futures missions. Il s'agit notamment de l'Observatoire des exoplanètes habitables (HabEx) susmentionné, un télescope spatial conçu pour des études d'images directes de planètes semblables à la Terre autour d'étoiles semblables au Soleil ; et le Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR), une grande ouverture, observatoire multi-longueurs d'onde qui permettra d'atteindre un large éventail d'objectifs scientifiques.

    À la fin, dit le Dr Robinson, cette étude fournit une "voie bien définie" pour les futures études d'imagerie directe visant à caractériser les exoplanètes. "Une partie de la chasse à la vie extraterrestre consiste à comprendre à quel point il est courant pour les mondes rocheux d'avoir des conditions habitables (océans de surface, au moins pour les exoplanètes) - car les mondes habitables sont également nos meilleures cibles pour la chasse aux biosignatures, " dit le Dr Robinson. " Alors, nous avons aidé à résoudre une pièce du puzzle pour savoir comment repérer les mondes où nous pensons que la vie pourrait survenir. »


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