Pour recevoir la même quantité de lumière stellaire que Mars reçoit de notre soleil, une planète en orbite autour d'une naine rouge de type M devrait être positionnée beaucoup plus près de son étoile que Mercure ne l'est du soleil. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Combien de temps un rocher, Une planète semblable à Mars serait-elle habitable si elle était en orbite autour d'une étoile naine rouge ? C'est une question complexe, mais à laquelle la mission Mars Atmosphere and Volatile Evolution de la NASA peut aider à répondre.
"La mission MAVEN nous dit que Mars a perdu des quantités substantielles de son atmosphère au fil du temps, changer l'habitabilité de la planète, " a déclaré David Brain, co-chercheur MAVEN et professeur au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l'Université du Colorado à Boulder. "Nous pouvons utiliser Mars, une planète que nous connaissons bien, comme laboratoire d'étude des planètes rocheuses en dehors de notre système solaire, dont nous ne savons pas encore grand-chose."
Lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union le 13 décembre, 2017, à la Nouvelle-Orléans, Louisiane, Brain a décrit comment les informations de la mission MAVEN pourraient être appliquées à l'habitabilité des planètes rocheuses en orbite autour d'autres étoiles.
MAVEN transporte une suite d'instruments qui mesurent la perte atmosphérique de Mars depuis novembre 2014. Les études indiquent que Mars a perdu la majorité de son atmosphère dans l'espace au fil du temps grâce à une combinaison de processus chimiques et physiques. Les instruments du vaisseau spatial ont été choisis pour déterminer dans quelle mesure chaque processus contribue à l'évasion totale.
Au cours des trois dernières années, le Soleil a traversé des périodes d'activité solaire plus élevée et plus faible, et Mars a également connu des tempêtes solaires, éruptions solaires et éjections de masse coronale. Ces conditions variables ont donné à MAVEN l'opportunité d'observer l'échappement atmosphérique de Mars s'accélérer et s'atténuer.
Brain et ses collègues ont commencé à réfléchir à l'application de ces connaissances à une hypothétique planète semblable à Mars en orbite autour d'un type d'étoile M, ou naine rouge, la classe d'étoiles la plus répandue dans notre galaxie.
Les chercheurs ont effectué des calculs préliminaires sur la base des données MAVEN. Comme pour Mars, ils ont supposé que cette planète pourrait être positionnée au bord de la zone habitable de son étoile. Mais parce qu'une naine rouge est globalement plus faible que notre Soleil, une planète dans la zone habitable devrait orbiter beaucoup plus près de son étoile que Mercure ne l'est du Soleil.
L'interprétation d'un artiste dépeint une tempête solaire frappant Mars et dépouillant les ions de la haute atmosphère. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
La luminosité d'une naine rouge aux longueurs d'onde extrême ultraviolet (UV) combinée à l'orbite proche signifierait que la planète hypothétique serait touchée par environ 5 à 10 fois plus de rayonnement UV que la vraie Mars. Cela augmente la quantité d'énergie disponible pour alimenter les processus responsables de l'échappement atmosphérique. Sur la base de ce que MAVEN a appris, Brain et ses collègues ont estimé comment les processus d'échappement individuels réagiraient à l'augmentation des UV.
Leurs calculs indiquent que l'atmosphère de la planète pourrait perdre 3 à 5 fois plus de particules chargées, un processus appelé échappement ionique. Environ 5 à 10 fois plus de particules neutres pourraient être perdues par un processus appelé fuite photochimique, ce qui se produit lorsque le rayonnement UV brise les molécules dans la haute atmosphère.
Parce que plus de particules chargées seraient créées, il y aurait aussi plus de grésillement, une autre forme de perte atmosphérique. La pulvérisation se produit lorsque des particules énergétiques sont accélérées dans l'atmosphère et heurtent des molécules, en envoyant certains d'entre eux dans l'espace et en envoyant d'autres s'écraser sur leurs voisins, comme le fait une bille blanche dans une partie de billard.
Finalement, la planète hypothétique pourrait connaître à peu près la même quantité d'échappement thermique, aussi appelé Jeans escape. L'échappement thermique ne se produit que pour les molécules plus légères, comme l'hydrogène. Mars perd son hydrogène par fuite thermique au sommet de l'atmosphère. Sur l'exo-Mars, l'échappement thermique n'augmenterait que si l'augmentation du rayonnement UV devait pousser plus d'hydrogène vers le haut de l'atmosphère.
Tout à fait, les estimations suggèrent qu'en orbite au bord de la zone habitable d'une étoile silencieuse de classe M, au lieu de notre Soleil, pourrait raccourcir la période habitable de la planète d'un facteur d'environ 5 à 20. Pour une étoile M dont l'activité est amplifiée comme celle d'un diable de Tasmanie, la période habitable pourrait être réduite d'un facteur d'environ 1, 000—le réduisant à un simple clin d'œil en termes géologiques. Les tempêtes solaires à elles seules pourraient zapper la planète avec des sursauts de rayonnement des milliers de fois plus intenses que l'activité normale de notre Soleil.
Cependant, Brain et ses collègues ont envisagé une situation particulièrement difficile pour l'habitabilité en plaçant Mars autour d'une étoile de classe M. Une autre planète peut avoir des facteurs atténuants, par exemple, processus géologiques actifs qui reconstituent l'atmosphère dans une certaine mesure, un champ magnétique pour protéger l'atmosphère contre le décapage par le vent stellaire, ou une taille plus grande qui donne plus de gravité pour s'accrocher à l'atmosphère.
"L'habitabilité est l'un des sujets les plus importants en astronomie, et ces estimations démontrent une façon de tirer parti de ce que nous savons sur Mars et le Soleil pour aider à déterminer les facteurs qui contrôlent si les planètes d'autres systèmes pourraient convenir à la vie, " a déclaré Bruce Jakosky, Chercheur principal de MAVEN à l'Université du Colorado à Boulder.
