Dans une nouvelle étude en laboratoire des atmosphères initiales des planètes rocheuses semblables à la Terre, des chercheurs de l'UC Santa Cruz ont chauffé des échantillons de météorites vierges dans un four à haute température et analysé les gaz libérés.

leurs résultats, publié le 15 avril dans Astronomie de la nature , suggèrent que les atmosphères initiales des planètes terrestres peuvent différer considérablement de bon nombre des hypothèses courantes utilisées dans les modèles théoriques des atmosphères planétaires.

"Ces informations seront importantes lorsque nous commencerons à pouvoir observer les atmosphères des exoplanètes avec de nouveaux télescopes et une instrumentation avancée, " a déclaré le premier auteur Maggie Thompson, un étudiant diplômé en astronomie et astrophysique à l'UC Santa Cruz.

On pense que les premières atmosphères des planètes rocheuses se forment principalement à partir de gaz libérés de la surface de la planète en raison du réchauffement intense lors de l'accrétion des blocs de construction planétaires et de l'activité volcanique ultérieure au début du développement de la planète.

"Quand les éléments constitutifs d'une planète s'assemblent, le matériau est chauffé et des gaz sont produits, et si la planète est assez grande, les gaz seront retenus comme atmosphère, " a expliqué la co-auteure Myriam Telus, professeur adjoint de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz. "Nous essayons de simuler en laboratoire ce processus très précoce lorsque l'atmosphère d'une planète se forme afin que nous puissions mettre des contraintes expérimentales sur cette histoire."

Les chercheurs ont analysé trois météorites d'un type connu sous le nom de chondrites carbonées de type CM, qui ont une composition considérée comme représentative du matériau à partir duquel le soleil et les planètes se sont formés.

"Ces météorites sont des restes de matériaux des blocs de construction qui ont formé les planètes de notre système solaire, " a déclaré Thompson. " Les chondrites sont différentes des autres types de météorites en ce sens qu'elles ne sont pas assez chaudes pour fondre, ils ont donc conservé certains des composants les plus primitifs qui peuvent nous renseigner sur la composition du système solaire à l'époque de la formation de la planète."

En collaboration avec des scientifiques des matériaux du département de physique, les chercheurs ont installé un four relié à un spectromètre de masse et à un système de vide. Comme les échantillons de météorite ont été chauffés à 1200 degrés Celsius, le système a analysé les gaz volatils produits à partir des minéraux de l'échantillon. La vapeur d'eau était le gaz dominant, avec des quantités importantes de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone, et de plus petites quantités d'hydrogène et de sulfure d'hydrogène gazeux ont également été libérées.

Selon Telus, les modèles d'atmosphères planétaires supposent souvent des abondances solaires, c'est-à-dire une composition similaire au soleil et donc dominée par l'hydrogène et l'hélium.

"Basé sur le dégazage des météorites, cependant, vous vous attendriez à ce que la vapeur d'eau soit le gaz dominant, suivi du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, " a-t-elle dit. " L'utilisation des abondances solaires est bien pour les grands, Des planètes de la taille de Jupiter qui acquièrent leur atmosphère à partir de la nébuleuse solaire, mais on pense que les planètes plus petites tirent davantage leur atmosphère du dégazage."

Les chercheurs ont comparé leurs résultats avec les prédictions des modèles d'équilibre chimique basés sur la composition des météorites. "Qualitativement, nous obtenons des résultats assez similaires à ce que les modèles d'équilibre chimique prédisent devrait être dégazé, mais il y a aussi quelques différences, " a déclaré Thompson. "Vous avez besoin d'expériences pour voir ce qui se passe réellement dans la pratique. Nous voulons le faire pour une grande variété de météorites afin de fournir de meilleures contraintes pour les modèles théoriques d'atmosphères exoplanétaires."

D'autres chercheurs ont fait des expériences de chauffage avec des météorites, mais ces études avaient d'autres objectifs et utilisaient des méthodes différentes. "Beaucoup de gens s'intéressent à ce qui se passe lorsque des météorites pénètrent dans l'atmosphère terrestre, donc ce genre d'études n'a pas été fait avec ce cadre à l'esprit pour comprendre le dégazage, ", a déclaré Thompson.

Les trois météorites analysées pour cette étude étaient la chondrite de Murchison, qui est tombé en Australie en 1969; Jbilet Winselwan, collecté au Sahara Occidental en 2013; et Aguas Zarcas, qui est tombé au Costa Rica en 2019.

"Il peut sembler arbitraire d'utiliser des météorites de notre système solaire pour comprendre les exoplanètes autour d'autres étoiles, mais des études sur d'autres étoiles révèlent que ce type de matériau est en fait assez courant autour d'autres étoiles, " a noté Telus.