L'étude des exoplanètes a considérablement mûri au cours des 10 dernières années. Pendant ce temps, la majorité des plus de 4000 exoplanètes actuellement connues ont été découvertes. C'est également à cette époque que le processus a commencé à passer de la découverte à la caractérisation. Quoi de plus, les instruments de nouvelle génération permettront des études qui révéleront beaucoup de choses sur les surfaces et les atmosphères des exoplanètes.

Cela soulève naturellement la question :que verrait une espèce suffisamment avancée si elle étudiait notre planète ? En utilisant les données multi-longueurs d'onde de la Terre, une équipe de scientifiques de Caltech a pu construire une carte de ce à quoi ressemblerait la Terre pour des observateurs extraterrestres lointains. En plus de répondre aux démangeaisons de la curiosité, cette étude pourrait également aider les astronomes à reconstruire les caractéristiques de surface des exoplanètes « semblables à la Terre » à l'avenir.

L'étude qui décrit les conclusions de l'équipe, intitulé « La Terre en tant qu'exoplanète :une carte extraterrestre en deux dimensions, " récemment paru dans le journal Science et devrait être publié dans le Lettres de revues astrophysiques . L'étude a été dirigée par Siteng Fan et a inclus plusieurs chercheurs de la division des sciences géologiques et planétaires (GPS) du California Institute of Technology et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

Lorsque vous recherchez des planètes potentiellement habitables au-delà de notre système solaire, les scientifiques sont obligés d'adopter l'approche indirecte. Étant donné que la plupart des exoplanètes ne peuvent pas être observées directement pour connaître leur composition atmosphérique ou les caractéristiques de leur surface (alias imagerie directe), les scientifiques doivent se contenter d'indications qui montrent à quel point une planète est "terrestre".

Comme Fan l'a dit Univers aujourd'hui par email, cela reflète les limites auxquelles les astronomes et les études d'exoplanètes sont actuellement confrontés :

"Premièrement, les études actuelles sur les exoplanètes n'ont pas déterminé quelles sont les exigences minimales pour l'habitabilité. Il y a quelques critères proposés, mais nous ne savons pas si elles sont suffisantes ou nécessaires. Deuxièmement, même avec ces critères, les techniques d'observation actuelles ne sont pas assez bonnes pour confirmer l'habitabilité, en particulier sur les exoplanètes semblables à la Terre, en raison de la difficulté de les détecter et de les contraindre.

Étant donné que la Terre est la seule planète que nous connaissons capable de supporter la vie, l'équipe a émis l'hypothèse que les observations à distance de la Terre pourraient servir de proxy pour une exoplanète habitable telle qu'observée par une civilisation lointaine. "La Terre est la seule planète que nous connaissons qui contient la vie, " a déclaré Fan. " Étudier à quoi ressemble la Terre pour des observateurs distants nous donnerait la direction de la façon de trouver des exoplanètes habitables potentielles. "

L'un des éléments les plus importants du climat de la Terre et de toute vie à sa surface est le cycle de l'eau, qui comporte trois phases distinctes. Il s'agit notamment de la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère, des nuages ​​d'eau condensée et des particules de glace, et la présence de plans d'eau en surface.

Par conséquent, ceux-ci pourraient être considérés comme des indications potentielles d'habitabilité, et même des indications de vie (alias biosignatures) qui pourraient être observées à distance. Ergo, être capable d'identifier les caractéristiques de surface et les nuages ​​sur les exoplanètes serait essentiel afin de poser des contraintes sur leur habitabilité.

Pour déterminer à quoi ressemblerait la Terre pour des observateurs distants, l'équipe a compilé 9740 images de la Terre qui ont été prises par le satellite Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) de la NASA. Les images ont été prises toutes les 68 à 110 minutes sur une période de deux ans (2016 et 2017) et ont réussi à capturer la lumière réfléchie par l'atmosphère terrestre à plusieurs longueurs d'onde.

Fan et ses collègues ont ensuite combiné les images pour former un spectre de réflexion de 10 points tracé au fil du temps, qui a ensuite été intégré sur le disque terrestre. Cela reproduisait efficacement ce à quoi la Terre pourrait ressembler pour un observateur situé à plusieurs années-lumière s'il observait la Terre sur une période de deux ans.

"Nous avons constaté que la deuxième composante principale de la courbe de lumière de la Terre est fortement corrélée à la fraction terrestre de l'hémisphère illuminé (r^2=0,91), " Fan a déclaré. "Combinant avec la géométrie de visualisation, la reconstruction de la carte devient un problème de régression linéaire."

Après avoir analysé les courbes résultantes et les avoir comparées aux images originales, l'équipe de recherche a découvert quels paramètres des courbes correspondaient à la couverture terrestre et nuageuse. Ils ont ensuite sélectionné les paramètres les plus étroitement liés à la surface terrestre et l'ont ajusté à la rotation de 24 heures de la Terre, ce qui leur a donné une carte profilée (montrée ci-dessus) qui représentait à quoi ressemblerait la courbe de lumière de la Terre à des années-lumière.

Les lignes noires représentent le paramètre des caractéristiques de surface et correspondent approximativement aux côtes des principaux continents. Ceux-ci sont en outre colorés en vert pour fournir une représentation approximative de l'Afrique (centre), Asie (en haut à droite), Amérique du Nord et du Sud (à gauche), et l'Antarctique (en bas). Ce qui se trouve entre les deux représente les océans de la Terre, avec les sections les moins profondes indiquées en rouge et les plus profondes en bleu.

Ce genre de représentations, lorsqu'il est appliqué aux courbes de lumière d'exoplanètes lointaines, pourrait permettre aux astronomes d'évaluer si une exoplanète a les océans, des nuages, et les calottes glaciaires - tous les éléments nécessaires d'une exoplanète « semblable à la Terre » (alias habitable). Comme Fan concluait :

"L'analyse des courbes de lumière dans ce travail a des implications pour déterminer les caractéristiques géologiques et les systèmes climatiques sur l'exoplanète. Nous avons constaté que la variation de la courbe de lumière de la Terre est dominée par les nuages ​​et la terre/l'océan, qui sont tous deux cruciaux pour la vie sur Terre. Par conséquent, Les exoplanètes semblables à la Terre qui abritent ce genre de caractéristiques seraient plus susceptibles d'héberger de la vie."

Dans le futur proche, des instruments de nouvelle génération comme le télescope spatial James Webb (JWST) permettront les relevés d'exoplanètes les plus détaillés à ce jour. En outre, instruments au sol qui seront mis en ligne au cours de la prochaine décennie, comme l'Extremely Large Telescope (ELT), le télescope de trente mètres (TMT), et le télescope géant de Magellan (GMT) - devraient permettre des études d'imagerie directe de plus petits, planètes rocheuses qui orbitent plus près de leurs étoiles.

Aidé par des études qui aident à résoudre les caractéristiques de surface et les conditions atmosphériques, les astronomes pourraient enfin être en mesure de dire avec certitude quelles exoplanètes sont habitables et lesquelles ne le sont pas. Avec de la chance, la découverte d'une Terre 2.0 (ou de plusieurs Terres d'ailleurs) pourrait être imminente.