Les océans de notre planète génèrent des signatures lumineuses révélatrices lorsque la lumière du soleil se reflète sur eux. Les exoplanètes avec une couverture océanique importante peuvent faire de même. Pouvons-nous utiliser les signatures de réflectance de la Terre pour identifier d'autres mondes semblables à la Terre avec de grands océans ?

Nous devrions pouvoir le faire, éventuellement.

Une nouvelle étude a examiné les signatures lumineuses se reflétant sur les océans de la Terre et a exploré leur flux et leur polarisation. Les chercheurs ont modélisé deux Terres :une planète sèche et une planète humide avec des nuages ​​et une atmosphère semblables à la Terre. Ensuite, ils ont simulé la réflexion de la lumière de ces planètes dans différentes conditions. Ils ont découvert que seul un océan peut faire plonger la polarisation de la lumière de manière spécifique.

L'étude s'intitule "Signatures océaniques dans le flux total et les spectres de polarisation des exoplanètes semblables à la Terre". La revue Astronomie et Astrophysique le publiera, mais il est actuellement disponible en ligne sur le site de prépresse arxiv.org. Les auteurs sont V. J. H. Trees et D. M. Stam. Trees est de l'Institut météorologique royal des Pays-Bas et Stam de l'Université de technologie de Delft.

Les scientifiques ont trouvé de la vapeur d'eau sur des exoplanètes, mais elle est détectée par spectroscopie lorsque la planète est devant son étoile et que la lumière de l'étoile traverse l'atmosphère. Ces observations ont révélé la signature moléculaire de l'eau, mais il n'y a actuellement aucun moyen de savoir s'il existe un océan. "… les observations réelles des océans d'eau liquide ne sont possibles qu'en utilisant une détection directe de la lumière des étoiles réfléchie par la planète", indique le document.

Certaines estimations scientifiques montrent que jusqu'à un quart des exoplanètes connues ont des océans, bien qu'une grande partie de cette eau puisse se trouver dans les océans souterrains. Dans notre système solaire, seule la planète Terre possède des océans de surface. Plusieurs lunes du système solaire ont des océans souterrains, et certaines des planètes naines en ont probablement aussi.

Nous ne sommes pas près de détecter les océans souterrains sur les exomoons, mais à mesure que la technologie des télescopes progresse, nous pourrons peut-être détecter les océans sur des planètes similaires à la Terre. Comme l'écrivent les auteurs de cet article, "les simulations numériques de la lumière des étoiles réfléchie par les exoplanètes semblables à la Terre prédisent les signatures d'habitabilité qui peuvent être recherchées avec les futurs télescopes."

Les chercheurs ont calculé trois éléments dans leurs simulations numériques d'exoplanètes :le flux total (F), le flux polarisé (Q) et le degré de polarisation (Ps). Ils ont modélisé les océans d'une manière particulière. "Les océans sont constitués de surfaces réfléchissantes de Fresnel avec des vagues agitées par le vent, de l'écume et des ombres de vagues, au-dessus de l'eau de mer bleue naturelle", expliquent-ils. La réflexion de Fresnel se produit lorsque la lumière réfléchie est dans le même plan que la lumière incidente. On l'appelle aussi polarisation parallèle, du nom d'Augustin-Jean Fresnel. Il a inventé une lentille utilisée dans les phares qui focalise la lumière dans un faisceau plus étroit.

Mesurer la polarisation de la lumière des océans est important car la lumière des étoiles ne devrait pas être polarisée. De plus, alors que les signaux lumineux se dégradent avec la distance, le degré de polarisation ne change pas. Malheureusement, les astronomes ne peuvent pas encore mesurer la polarisation réfléchie par l'océan. "Les télescopes terrestres et spatiaux actuels ne sont pas capables de mesurer la lumière polarisée réfléchie par les exoplanètes semblables à la Terre", expliquent les auteurs.

Mais cela va changer.

Le prochain European Extremely Large Telescope (E-ELT) et le Large Ultraviolet Optical Infrared Surveyor (LUVOIR), un concept de télescope spatial développé par la NASA, seront tous deux capables de mesurer la lumière polarisée. Des modèles numériques comme ceux de cette étude seront utilisés pour concevoir les instruments et les procédures d'observation nécessaires pour détecter la polarisation de la lumière réfléchie par les exo-océans.

L'un des principaux enseignements de ce travail concerne le degré de polarisation ou Ps. L'image ci-dessous compare le Ps pour les planètes sèches sans nuages ​​et les planètes océaniques sans nuages.

Le principal point à retenir est que Ps ne baisse que dans certaines circonstances, qui peuvent être mesurées. Comme le soulignent les auteurs, "les creux de Ps ne sont observés que pour les planètes océaniques et uniquement lorsque le reflet est sans nuage." C'est un résumé simplifié de leurs résultats, mais cela montre qu'ils sont sur quelque chose.

Si - ou, espérons-le, quand - nous découvrons une exoplanète avec un océan, ce sera un événement marquant. La communauté des sciences spatiales est assez confiante qu'elle existe et qu'elle a une forte possibilité de soutenir la vie. Des indices d'exo-océans apparaissent lorsque les scientifiques mesurent la densité d'une exoplanète par rapport à sa taille. Mais dans l'état actuel des choses, il n'y a aucun moyen de savoir avec certitude si nous détectons un océan de surface.

Ces chercheurs travaillent depuis un certain temps sur le problème de la détection des exo-océans et ont publié d'autres articles traitant de la question. Si leurs simulations sont correctes, nous sommes peut-être en train de développer un moyen fiable de détecter les mondes océaniques à de grandes distances. L'E-ELT devrait voir sa première lumière vers 2027 et sera capable de détecter la lumière polarisée des étoiles réfléchie par les océans.

Peut-être aurons-nous notre première exoplanète océanique confirmée peu de temps après. + Explorer plus loin

Les astronomes mesurent enfin la lumière polarisée de l'exoplanète