L’éclipse totale de Soleil qui aura lieu en Amérique du Nord le 8 avril 2024 est un événement époustouflant et mémorable pour tous ceux qui se trouvent sur son passage. Cependant, les éclipses ne sont pas seulement appréciées pour leur impact visuel :elles sont au cœur de la science de pointe.

Les éclipses peuvent nous en dire beaucoup sur des planètes lointaines au-delà de notre système solaire, ou des exoplanètes. Depuis la détection de la première exoplanète en 1992, les astronomes ont découvert plus de 5 600 mondes en orbite autour d’étoiles autres que le soleil. Ils ont utilisé divers télescopes puissants pour les observer.

Cependant, comme pour l'éclipse solaire totale, les astronomes amateurs ont encore un rôle vital à jouer, à travers plusieurs projets de science citoyenne conçus pour faciliter l'observation de ces mondes lointains.

Une éclipse solaire se produit lorsque la Lune passe entre la Terre et le Soleil. Bien que le Soleil soit 400 fois plus grand que la Lune, il en est aussi environ 400 fois plus éloigné. C’est pourquoi il semble avoir la même taille dans notre ciel. Lorsqu'une éclipse se produit, la lune bloque à peine le soleil, laissant un magnifique élément appelé « couronne » (latin pour couronne) sur le pourtour.

Quelque chose de similaire se produit lorsque nous regardons vers une étoile lointaine avec une planète. Si tout s’aligne bien, l’exoplanète passera entre nous et son étoile. C'est ce qu'on appelle un transit. Cependant, comme la planète est beaucoup plus petite que son étoile et qu'elles sont beaucoup plus proches l'une de l'autre qu'elles ne le sont de nous, la planète apparaîtra plus petite que l'étoile et ne la bloquera pas comme c'est le cas avec une planète solaire totale. éclipse.

Ces étoiles sont si éloignées, même avec nos meilleurs télescopes, qu’elles apparaissent comme un minuscule point lumineux. Lorsqu'un transit se produit, ce petit point lumineux diminue légèrement pendant quelques heures, puis revient à la normale.

Si l’exoplanète possède une atmosphère, une partie de la lumière des étoiles sera filtrée à travers celle-ci avant d’atteindre le télescope. La lumière des étoiles peut être divisée en différentes couleurs, ce qui vous renseigne sur ce qu'il y a dans l'atmosphère. C'est ce qu'on appelle un spectre.

Chaque élément possède un ensemble spécifique de couleurs qu’il préfère absorber et émettre. Par exemple, les anciens lampadaires avaient une couleur orange distinctive, caractéristique du sodium, le métal dont ces lampes étaient remplies. Si nous divisons la lumière du lampadaire en un spectre, nous verrions la signature du sodium.

De la même manière, les composés chimiques présents dans l’atmosphère de la planète impriment leur signature sur la lumière des étoiles qui les traverse. Cela permet aux astronomes de mesurer ce qu'il y a dans l'atmosphère en examinant son spectre.

L'atmosphère terrestre diffuse la lumière bleue, ce qui fait apparaître le ciel bleu et ce qui reste rouge. La lumière rouge restante est responsable de l'aspect rouge du soleil lorsqu'il se lève et se couche et de l'effet « lune de sang », où la lune devient rouge orangé lors d'une éclipse lunaire (où la Terre passe entre le soleil et la lune). Si nous étions sur la Lune lors d'un tel événement, nous pourrions utiliser la technique du spectre pour mesurer l'atmosphère terrestre.

Le télescope spatial James Webb (JWST) de la Nasa et le prochain télescope spatial Ariel de l'Agence spatiale européenne (Esa) sont parmi les seuls instruments suffisamment sensibles pour détecter et mesurer l'atmosphère d'une exoplanète.

Caractériser et comparer ces atmosphères peut nous en apprendre beaucoup sur d’autres systèmes planétaires. Jusque dans les années 1990, nous n’avions qu’un seul exemple :le système solaire. Les astronomes seront également à la recherche de « biomarqueurs » dans l'atmosphère de ces planètes.

Les biomarqueurs sont les signatures chimiques potentielles de la vie. Par exemple, l’oxygène représente un peu plus de 20 % de l’atmosphère terrestre et est produit par les plantes. En étudiant les biomarqueurs potentiels dans l'atmosphère des exoplanètes, les astronomes pourraient bien découvrir des preuves de la vie extraterrestre.

Il est toutefois probable qu’il y ait un débat sur certains de ces résultats. L’année dernière, une équipe d’astronomes a annoncé des indices provisoires de la présence d’un produit chimique appelé sulfure de diméthyle dans le spectre d’une exoplanète appelée K2-18b. Sur Terre, ce produit chimique est émis par le plancton marin. Cependant, de nombreux astronomes attendent des observations complémentaires de cette planète avant de tirer des conclusions.

Un défi restant lié à l’étude des exoplanètes est l’incertitude quant au moment des éclipses, ou transits. Les interactions avec d'autres planètes et d'autres effets peuvent entraîner une modification de l'orbite d'une exoplanète au fil du temps. Si un transit est en retard, cela pourrait laisser des engins spatiaux comme JWST ou Ariel attendre qu'il se produise, perdant ainsi un temps d'observation très limité au télescope. Si un transit se produit tôt, le télescope spatial risque de le manquer complètement.

Exoplanet Watch et ExoClock sont des projets de science citoyenne permettant aux membres du public de contribuer à l'étude des exoplanètes. Les participants peuvent utiliser les petits télescopes qu’ils ont chez eux ou contrôler à distance d’autres télescopes via Internet pour observer les transits, puis traiter les résultats sur leur ordinateur. En téléchargeant ces résultats, ils peuvent aider JWST et Ariel à rester ponctuels, les plaçant ainsi en mesure de faire des observations qui peuvent transformer notre compréhension du cosmos.