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Posté par Michel le Mardi 17/05/2011 à 00:00
Exoplanète habitable: une candidate révélée par des climatologues
Le système planétaire de l'étoile naine Gliese 581, l'une des plus proches voisines du Soleil, est l'objet de nombreuses études depuis plusieurs années, notamment pour y détecter la première exoplanète potentiellement habitable. Après deux premières candidates, écartées depuis, le cas de la planète Gliese 581d ressurgit aujourd'hui. Une équipe du Laboratoire de météorologie dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) (CNRS/UPMC/ENS/Ecole Polytechnique) de 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 for Theoretical Physics...) Pierre-Simon Laplace (Pierre-Simon Laplace, né le 23 mars 1749 à Beaumont-en-Auge (Calvados), mort le 5 mars 1827 à Paris, était un mathématicien, astronome et physicien français particulièrement...) à 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...) vient en effet de mettre en évidence qu'elle pourrait être propice à la vie (La vie est le nom donné :) telle que nous la connaissons 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...). Ces résultats sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters.


Simulation numérique du climat possible sur Gliese 581d. Les couleurs correspondent à des températures de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) froides (bleue) à chaudes (rouge). Les flèches représentent les vents à 2 km d'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 et biogéographique qui explique la répartition de la vie sur terre.).
© LMD/CNRS

Existe-il dans l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) d'autres planètes habitées que la Terre, ou au moins propice à la vie telle que nous la connaissons ? La découverte d'une telle planète est devenue une quête pour bien des astrophysiciens, qui recherchent avant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) des planètes rocheuses dans les « zones habitables » des étoiles: une zone où la distance entre les planètes en 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.) et leur étoile permet des températures clémentes, compatibles avec la présence d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) en surface et donc potentiellement avec la vie.

Dans cette quête, les planètes 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 l'étoile Gliese 581 ont déjà suscité plusieurs espoirs. En 2007, des scientifiques annonçaient la découverte de deux planètes rocheuses (Gliese 581d et Gliese 581c) à la limite de la zone habitable (En astronomie, une zone habitable (ZH) est une région de l'espace où les conditions sont favorables à l'apparition de la vie. Il y a deux types de régions qui...). Si Gliese 581d fut rapidement jugée comme trop froide, Gliese 581c, plus proche, fut considérée comme la première planète potentiellement habitable enfin découverte… avant que les climatologues n'écartent cette hypothèse. Nouvelle piste en 2010 avec Gliese 581g - surnommée « Zarmina's world » - de la taille de la Terre et située au cœur de la zone habitable. Les astrophysiciens ont d'abord cru qu'elle pouvait être la première jumelle de la Terre hors du système solaire, mais des analyses ultérieures ont révélé que Gliese 581g n'existait tout simplement pas ! Sa fausse détection résultait du produit de bruits et d'interférences dans les mesures.

Aujourd'hui, c'est finalement une troisième planète du système, Gliese 581d, qui pourrait devenir la première planète potentiellement habitable jamais découverte. L'équipe de Robin Wordsworth et François Forget du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS/UPMC/ENS/Ecole Polytechnique) à l'Institut Pierre Simon Laplace à Paris, en collaboration avec un 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 tant les domaines de recherche...) du Laboratoire 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 des propriétés des objets de l'univers...) de Bordeaux (CNRS/Université de Bordeaux 1) ont réexaminé cette planète Gliese 581d. On savait déjà qu'il s'agit probablement d'une planète rocheuse, comme la Terre, environ deux fois plus grande et sept fois plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) que celle-ci. Cependant, elle reçoit trois fois moins d'énergie de son étoile et il est fort probable que les forces de marées gravitationnelles ont bloqué la rotation de la planète sur elle-même, comme dans le cas de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de...) autour de la Terre. Une face de la planète serait donc en permanence exposée au rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de l'étoile et l'autre perpétuellement dans l'obscurité. Dans ces conditions, on pouvait craindre que l'atmosphère et l'eau de la planète ne se condensent totalement côté nuit, interdisant l'existence d'un climat propice à l'eau liquide et à la vie.

Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont développé un modèle numérique capable de simuler les climats possibles sur les exoplanètes. Cet outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action....), d'un nouveau genre, est inspiré des modèles utilisés sur Terre pour la météorologie et l'étude du climat mais il se base sur des principes physiques plus fondamentaux, aussi universels que possible. Ce modèle leur a ainsi permis d'étudier une gamme de conditions beaucoup plus large qu'avec un modèle classique, avec notamment la possibilité d'inclure n'importe quel mélange de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...), nuages et aérosols dans l'atmosphère de Gliese 581d. A leur grande surprise, ils ont découvert que, dans le cas d'une atmosphère dense de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène et dont la formule brute...) (un scénario très probable sur une aussi grande planète si on se base sur notre expérience dans le système solaire), Gliese 581d pouvait non seulement éviter la 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 (solide ou liquide). On peut...) de son atmosphère mais son climat pouvait aussi facilement être chaud au point (Graphie) de permettre la formation d'océans, de nuages et de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du cycle de l'eau....).

Une des clés de ce climat est liée à 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 taille des particules diffusantes....) » de l'atmosphère, le phénomène qui donne au ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) terrestre sa 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. Autour d'une étoile comme le 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 jaune, et...), la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit,...) Rayleigh limite le chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) des planètes dotées d'une atmosphère épaisse car une fraction importante du rayonnement bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et 520 nm. Elle varie en luminosité du cyan...) est réfléchie dans l'espace par l'atmosphère. Dans le cas d'une étoile naine comme Gliese 581, le rayonnement est essentiellement rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) et donc peu sensible à cet effet. Il peut pénétrer profondément dans l'atmosphère et chauffer la planète efficacement grâce à l'effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...) du gaz carbonique, renforcé sur Gliese 581d par celui des nuages de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) carbonique dont on prédit la formation à haute altitude. Par ailleurs, la modélisation de la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) atmosphérique montre que le chauffage par l'étoile est efficacement réparti tout autour de la planète par l'atmosphère, ce qui empêche la condensation de l'atmosphère et de la glace d'eau du côté nuit ou aux pôles.

Gliese 581d est située à seulement 20 années-lumière de la Terre, ce qui fait d'elle une de nos plus proches voisines hors du système solaire. Pour l'instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), bien sûr, il n'est pas question de rêver d'un voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel (tourisme) ou professionnel (affaires). Le...) interstellaire (la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) la plus lointaine envoyée par l'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme prépubère est appelé un...), Voyager 1 (Voyager 1 est la première des deux sondes du programme Voyager lancées en 1977. Sa mission principale était d'étudier les planètes géantes...), mettrait plus de 300 000 ans pour parcourir la distance). Cependant, cette proximité pourra permettre aux télescopes de demain de détecter directement l'atmosphère de Gliese 581d. En effet, s'il est possible que cette planète puisse être habitable, on peut aussi imaginer qu'elle ait pu conserver une épaisse couche d'hydrogène (comme Uranus et Vénus) ou qu'à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y =...), dans la première partie de son existence, le fort vent solaire (Le vent solaire est un flux de plasma constitué essentiellement d'ions et d'électrons qui sont éjectés de la haute...) de la jeune étoile ait autrefois complètement soufflé son atmosphère. Pour trancher entre ces différents scénarios, l'équipe de Robin Wordsworth propose quelques observations (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...) tests que les astronomes pourront réaliser dans un avenir proche à l'aide d'un télescope suffisamment puissant.

Si Gliese 581d se révélait effectivement habitable, ce serait un endroit bien étrange à visiter: son atmosphère dense et son épaisse couche nuageuse plongerait la surface dans une pénombre rougeâtre et la gravité y serait double de celle de la Terre. Le cas de Gliese 581d illustre la grande variété des climats possibles sur les planètes de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son...), une diversité encore bien plus grande que ce à quoi nous sommes habitués dans le système solaire. Il nous montre aussi que pour être propice à la vie, une planète ne doit pas nécessairement ressembler à la Terre.


Cartes de température à la surface modélisée pour Gliese 581d avec une atmosphère de 20 bars de CO2 et pour différentes vitesses de rotation de la planète. Ces différentes simulations permettent d'envisager le cas où Gliese 581d tourne lentement sur elle-même ou celui où les forces de marées gravitationnelles l'ont figé avec un côté jour permanent et l'autre plongé perpétuellement dans la nuit. Dans tous les cas, la température permet la présence d'eau liquide sur la planète.
© LMD/CNRS


Référence:

« Gliese 581d is the first discovered terrestrial-mass exoplanet in the habitable zone”. R.D. Wordsworth, F. Forget, F. Selsis, E. Millour, B. Charnay, J-B. Madeleine.
The Astrophysical Journal Letters, 12 mai, 2011.


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Source: CNRS