Sortez par une nuit claire, et vous pouvez être sûr de quelque chose que nos ancêtres ne pouvaient qu'imaginer :chaque étoile que vous voyez héberge probablement au moins une planète.

Les mondes en orbite autour d'autres étoiles sont appelés « exoplanètes, " et ils viennent dans une grande variété de tailles, des géantes gazeuses plus grandes que Jupiter aux petites, planètes rocheuses à peu près aussi grosses que la Terre ou Mars. Ils peuvent être assez chauds pour faire bouillir le métal ou enfermés dans un congélateur. Ils peuvent orbiter si étroitement autour de leurs étoiles qu'une « année » ne dure que quelques jours; ils peuvent orbiter deux soleils à la fois. Certaines exoplanètes sont des voleurs sans soleil, errant à travers la galaxie dans l'obscurité permanente.

Cette galaxie, la voie Lactée, est l'épais flot d'étoiles qui traverse le ciel le plus sombre, nuits les plus claires. Son étendue en spirale contient probablement environ 400 milliards d'étoiles, notre Soleil parmi eux. Et si chacune de ces étoiles n'a pas qu'une planète, mais, comme le nôtre, tout un système d'entre eux, alors le nombre de planètes dans la galaxie est vraiment astronomique :nous nous dirigeons déjà vers les trillions.

Nous, les humains, avons spéculé sur de telles possibilités depuis des milliers d'années, mais la nôtre est la première génération à savoir, avec certitude, que les exoplanètes sont vraiment là-bas. En réalité, là-bas. Notre étoile voisine la plus proche, Proxima Centauri, s'est récemment avéré posséder au moins une planète – probablement une planète rocheuse. Il se trouve à 4,5 années-lumière, soit plus de 25 000 milliards de milles (40 000 milliards de kilomètres). La majeure partie des exoplanètes trouvées jusqu'à présent se trouvent à des centaines ou des milliers d'années-lumière.

La mauvaise nouvelle :pour l'instant, nous n'avons aucun moyen de les atteindre, et ne laissera pas d'empreintes sur eux de sitôt. La bonne nouvelle :nous pouvons les surveiller, prendre leurs températures, goûter leurs atmosphères et, peut-être un jour bientôt, détecter les signes de vie qui pourraient être cachés dans les pixels de lumière capturés à partir de ces faibles, mondes lointains.

La première exoplanète à éclater sur la scène mondiale était 51 Pegasi b, un "Jupiter chaud" à 50 années-lumière qui est enfermé dans une orbite de quatre jours autour de son étoile. L'année du tournant a été 1995. Tout d'un coup, les exoplanètes étaient une chose.

Mais quelques indices avaient déjà émergé. Une planète maintenant connue sous le nom de Tadmor a été détectée en 1988, bien que la découverte ait été retirée en 1992. Dix ans plus tard, des données plus nombreuses et de meilleure qualité ont définitivement montré qu'il était vraiment là après tout.

Et un système de trois "planètes pulsar" avait également été détecté, à partir de 1992. Ces planètes orbitent autour d'un pulsar environ 2, 300 années-lumière. Les pulsars sont les haute densité, des cadavres d'étoiles mortes en rotation rapide, ratisser toutes les planètes en orbite autour d'eux avec des lances de rayonnement brûlant.

Nous vivons maintenant dans un univers d'exoplanètes. Le nombre de planètes confirmées est de 3, 700, et en hausse. Cela ne provient que d'un petit échantillon de la galaxie dans son ensemble. Le nombre pourrait atteindre des dizaines de milliers d'ici une décennie, à mesure que nous augmentons le nombre, et observer la puissance, de télescopes robotiques projetés dans l'espace.

Comment on est venu ici?

Nous sommes au bord d'un précipice de l'histoire scientifique. L'ère des premières explorations, et les premières détections confirmées d'exoplanètes, cède la place à la phase suivante :des télescopes plus pointus et plus sophistiqués, dans l'espace et au sol. Ils iront large mais aussi approfondiront. Certains seront chargés de recenser toujours plus précisément la population de ces mondes lointains, clouer leurs nombreuses tailles et types. D'autres examineront de plus près les planètes individuelles, leurs ambiances, et leur potentiel à abriter une forme de vie.

Imagerie directe des exoplanètes, c'est-à-dire images réelles – joueront un rôle de plus en plus important, bien que nous soyons arrivés à l'état actuel de nos connaissances principalement par des moyens indirects. Les deux méthodes principales reposent sur les oscillations et les ombres. La méthode du « vacillement », appelée vitesse radiale, surveille les tremblements révélateurs des étoiles lorsqu'elles sont tirées d'avant en arrière par les remorqueurs gravitationnels d'une planète en orbite. La taille de l'oscillation révèle le "poids, " ou masse, de la planète.

Cette méthode a produit les toutes premières détections d'exoplanètes confirmées, dont 51 Peg en 1995, découvert par les astronomes Michel Mayor et Didier Queloz. Les télescopes au sol utilisant la méthode de la vitesse radiale ont découvert près de 700 planètes à ce jour.

Mais la grande majorité des exoplanètes ont été découvertes en recherchant des ombres :l'incroyablement minuscule creux de la lumière d'une étoile lorsqu'une planète croise sa face. Les astronomes appellent cette traversée un "transit".

La taille de la baisse de la lumière des étoiles révèle la taille de la planète en transit. Sans surprise, cette recherche d'ombres planétaires est connue sous le nom de méthode du transit.

Le télescope spatial Kepler de la NASA, lancé en 2009, a trouvé près de 2, 700 exoplanètes confirmées de cette façon. Maintenant dans sa mission "K2", Kepler découvre toujours de nouvelles planètes, bien que son carburant devrait bientôt s'épuiser.

Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients. Les détections d'oscillation fournissent la masse de la planète, mais ne donne aucune information sur la circonférence de la planète, ou diamètre. Les détections de transit révèlent le diamètre mais pas la masse.

Mais lorsque plusieurs méthodes sont utilisées ensemble, nous pouvons apprendre les statistiques vitales de systèmes planétaires entiers - sans jamais imaginer directement les planètes elles-mêmes. Le meilleur exemple à ce jour est le système TRAPPIST-1 à environ 40 années-lumière, où sept planètes à peu près de la taille de la Terre orbitent autour d'un petit, étoile rouge.

Les planètes TRAPPIST-1 ont été examinées avec des télescopes terrestres et spatiaux. Les études spatiales ont révélé non seulement leurs diamètres, mais l'influence gravitationnelle subtile que ces sept planètes étroitement serrées ont les unes sur les autres; de là, les scientifiques ont déterminé la masse de chaque planète.

On connaît donc maintenant leurs masses et leurs diamètres. Nous savons également quelle quantité d'énergie rayonnée par leur étoile frappe les surfaces de ces planètes, permettant aux scientifiques d'estimer leurs températures. Nous pouvons même faire des estimations raisonnables du niveau de lumière, et devine la couleur du ciel, si vous étiez debout sur l'un d'eux. Et bien que beaucoup de choses restent inconnues sur ces sept mondes, y compris s'ils possèdent des atmosphères ou des océans, calottes glaciaires ou glaciers, c'est devenu le système solaire le plus connu en dehors du nôtre.

Où allons-nous?

La prochaine génération de télescopes spatiaux est à nos portes. Tout d'abord, le lancement de TESS, le satellite d'étude des exoplanètes en transit. Cet instrument extraordinaire effectuera une étude presque complète du ciel de la plus proche, des étoiles plus brillantes pour rechercher des planètes en transit. Kepler, le passé maître des transits, passera le flambeau de la découverte à TESS.

TESS, à son tour, révélera les meilleurs candidats pour un examen plus approfondi avec le télescope spatial James Webb, dont le lancement est actuellement prévu en 2020. Le télescope Webb, déployer un géant, segmenté, miroir collecteur de lumière qui montera sur une plate-forme en forme de bardeau, est conçu pour capter la lumière directement des planètes elles-mêmes. La lumière peut alors être divisée en un spectre multicolore, une sorte de code à barres indiquant quels gaz sont présents dans l'atmosphère de la planète. Les cibles de Webb pourraient inclure des "super Terres, " ou des planètes plus grandes que la Terre mais plus petites que Neptune - certaines qui pourraient être des planètes rocheuses comme des versions surdimensionnées de la nôtre.

On sait peu de choses sur ces grandes planètes, y compris si certains pourraient convenir à la vie. Si nous avons beaucoup de chance, peut-être que l'un d'eux montrera des signes d'oxygène, de dioxyde de carbone et de méthane dans son atmosphère. Un tel mélange de gaz nous rappellerait fortement notre propre atmosphère, indiquant peut-être la présence de la vie.

Mais la chasse aux atmosphères de type terrestre sur des exoplanètes de la taille de la Terre devra probablement attendre une future génération de sondes spatiales encore plus puissantes dans les années 2020 ou 2030.

Grâce à l'enquête statistique du télescope Kepler, nous savons que les étoiles ci-dessus sont riches en compagnons planétaires. Et comme nous regardons le ciel nocturne, nous pouvons être sûrs non seulement d'une multitude d'exoplanètes voisines, mais d'autre chose :l'aventure ne fait que commencer.