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Posté par Michel le Vendredi 10/10/2008 à 00:00
Un disque cyan dans un ciel pourpre: coucher de soleil sur Osiris
Une équipe INSU-CNRS de l'Institut d'astrophysique de Paris (CNRS, Université Pierre et Marie Curie) a obtenu le premier spectre optique complet d'une exoplanète, HD209458b. Réalisé à partir des données du télescope spatial Hubble (NASA-ESA), il couvre tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le domaine optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) de l'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière...) jusqu'à l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des micro-ondes.). En analysant la lumière de l'étoile vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) à travers l'atmosphère de sa planète, les astronomes ont ainsi pu déterminer la structure de cette atmosphère. Ils ont noté la présence d'hydrogène et de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le...) et éventuellement des oxydes de vanadium et de titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.). Le sodium se répartit en plusieurs couches comme les nuages sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...), tout étant plus abondant à basse qu'à haute altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique...). Par diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de...), le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) est pourpre et l'étoile au coucher par absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre entité, par...) est cyan (Le cyan ( du grec kuanos, à savoir l'azurite) est une couleur pure de la lumière de longueur d'onde 500 nm. Elle est souvent appelée bleu clair ou bleu ciel. C'est un...). Ces résultats seront prochainement publiés dans Astrophysical Journal (1).


Coucher de soleil sur Osiris

L'exoplanète HD209458b est une planète géante gazeuse, environ deux fois moins massive (Le mot massif peut être employé comme :) que Jupiter. Elle tourne en 3,5 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de son étoile, semblable au Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine...), a une distance de 6,7 millions de kilomètres (2) de l'astre qui l'illumine. Cette exoplanète est très étudiée par les astronomes: c'est la première pour laquelle on a découvert que, vue de la Terre, elle passait devant son étoile à chaque orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.). Cette géante gazeuse étant très proche de son étoile, elle subit une évaporation et il a été proposé de la surnommer « Osiris ».

Pour produire le spectre optique complet, les astronomes ont utilisé les observations d'archive du télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600...). L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) des observations couvre plusieurs passages de la planète devant son étoile. Lors de chacune de ces mini-éclipses, une partie de la lumière de l'étoile est transmise à travers l'atmosphère planétaire. Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus...) est similaire à notre coucher de soleil dont la lumière rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) révèle la présence de l'atmosphère de la Terre. Pour HD209458b, les observations de Hubble ont non seulement révélé la présence de plusieurs couches de sodium, mais aussi la diffusion de la lumière par la molécule d'hydrogène, et des absorbants qui pourraient être de l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) de vanadium et de l'oxyde de titane.

Il apparaît que le sodium est moins abondant à haute altitude. Cette disparition d'une partie du sodium est due à son onisation par les radiations intenses de l'étoile toute proche, ou à sa condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué (gaz) à un état condensé...) dans des molécules. C'est la première fois que des variations de composition sont détectées dans une exoplanète. Ces différentes couches atmosphériques ressemblent aux couches nuageuses de l'atmosphère de la Terre où la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) se condense dans les nuages.

L'analyse conduite par David Sing, jeune chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur...) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude...) de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne...), a permis d'obtenir un profil détaillé de la température et de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) en fonction de l'altitude. En particulier, l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) de la diffusion Rayleigh (La diffusion Rayleigh est un mode de diffusion des ondes (par exemple électromagnétiques ou sonores) dont la longueur d'onde est très supérieure à la...), le phénomène responsable de la couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) bleue du ciel sur Terre, permet de mesurer la température. On montre ainsi qu'à basse altitude la température doit être au dessus de 1 700°C. A plus haute altitude, la température semble décroître jusqu'à moins de 500°C, permettant ainsi la condensation du sodium. Plus haut encore, la température augmente à nouveau dans une couche stratosphérique.

Le spectre obtenu couvre l'ensemble des longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de...) du domaine optique, du violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge (environ 25% de luminosité) en...) et ultraviolet proche, jusqu'au rouge et infrarouge proche. Cela permet de calculer les couleurs de l'étoile et du ciel, tels que vus par un oeil humain, comme si nous étions capables de voyager à l'intérieur de l'atmosphère de cette planète. Le résultat est surprenant: sur HD209458b le ciel est pourpre et le « coucher de soleil » est cyan !


Notes:

(1) Sing D., et al., Astrophysical Journal, 10 octobre 2008.
(2) A titre de comparaison Mercure est 8,6 fois plus éloignée du Soleil et la température à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) exposée au soleil est de 430°C.


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Source: CNRS / INSU
Illustration: © IAP