Déterminer l'empreinte spectrale de la Terre pour trouver des planètes habitables
Publié par Adrien le 01/09/2019 à 08:00
Source: Université McGill
Deux astronomes de l'Université McGill ont constitué une empreinte spectrale de la Terre qui pourrait être utilisée pour repérer une planète capable d'accueillir des formes de vie hors de notre système solaire.

L'étudiante en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance...) Evelyn Macdonald et son directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...), le professeur Nicolas Cowan, ont utilisé les 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 appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) de l'atmosphère de la Terre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'atmosphère sèche est constituée de 78,11 % d'azote, 20,953 % d'oxygène et de 0,934 % d'argon pour les gaz...) recueillies par le satellite (Satellite peut faire référence à :) SCISAT pendant plus de dix ans afin de constituer un spectre de transit, sorte d'empreinte digitale (Les digitales forment le genre Digitalis, environ 20 espèces de plantes herbacées classiquement placées dans la famille des Scrofulariacées. Les études récentes...) de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre hydrostatique, c'est-à-dire...) en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...) 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...) qui révèle la présence de molécules essentielles dans la recherche de mondes habitables. Ils s'emploient notamment à déceler la présence simultanée d'ozone (L’ozone (ou trioxygène) est un composé chimique comportant 3 atomes d’oxygène (O3). Sa structure est une résonance entre trois états. Métastable aux conditions ambiantes, l’ozone a tendance...) et de méthane (Le méthane est un hydrocarbure de formule brute CH4. C'est le plus simple composé de la famille des alcanes. C'est un gaz que l'on trouve à l'état naturel et qui est produit par des organismes...), signe pour les scientifiques d'une source organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés organiques.) de ces composés sur la planète observée. On qualifie ce type de détection de "biosignature".

"Un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de chercheurs ont déjà tenté de simuler le spectre de transit de la 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...), mais il s'agit là du premier spectre de transit infrarouge empirique de la Terre, a précisé le professeur Cowan. C'est ce qu'un astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) extraterrestre pourrait voir s'il observait un passage de la Terre."

Publiés le 28 août dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, les résultats de cette étude pourraient aider les scientifiques à déterminer quel type de signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les...) ils doivent chercher pour repérer des exoplanètes semblables à la Terre (planètes qui orbitent 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...) d'une autre étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus...) que le Soleil). Le satellite SCISAT, conçu par l'Agence spatiale canadienne (L'Agence spatiale canadienne (ASC) ou en anglais Canadian Space Agency (CSA), est le service gouvernemental responsable du programme spatiale canadien. Elle a été fondé le 1er mars 1989 par la Loi sur...), avait d'abord pour objectif d'aider les scientifiques à comprendre le phénomène d'appauvrissement de la couche d'ozone, en étudiant les particules dans l'atmosphère traversée par la lumière du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...). En général, les astronomes peuvent dire quelles molécules sont présentes dans l'atmosphère des planètes en observant comment la lumière stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le...) change au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure qu'elle traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des...) l'atmosphère. Les instruments doivent attendre qu'une planète passe - ou effectue un transit - devant l'étoile pour enregistrer ces observations. Il est probable qu'avec des télescopes suffisamment sensibles, les astronomes puissent identifier des molécules telles que le dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone, communément appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique, est un composé chimique composé d'un atome de carbone et de...), l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) ou la vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), pouvant indiquer qu'une planète est habitable, voire habitée.

Le professeur Cowan expliquait la spectroscopie de transit des exoplanètes à un groupe réuni à l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire » employé pour temps...) du lunch 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 for Theoretical...) spatial de McGill quand le professeur Yi Huang, expert en sciences atmosphériques et océaniques et membre de cet institut, a remarqué que la technique utilisée était semblable à celle d'études de l'atmosphère terrestre en période d'occultation (Une occultation est un phénomène de recouvrement apparent d'un élément par un autre.) du soleil effectuées par SCISAT.

Depuis la première découverte d'une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des exoplanètes découvertes à ce jour orbitent...) dans les années 90, les astronomes ont pu confirmer l'existence de 4 000 exoplanètes. Dans ce domaine relativement nouveau de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la...), le Saint Graal consiste à trouver des planètes ayant le potentiel d'abriter la vie (La vie est le nom donné :) - une Terre 2.0.

Un système stellaire très prometteur susceptible de contenir de telles planètes, TRAPPIST-1, sera ciblé par le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être perturbé par l'atmosphère...) James-Webb, projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité de contribution, et...) de collaboration entre la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son abréviation NASA, est l'agence gouvernementale responsable du programme spatial...), l'Agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer et gérer des programmes spatiaux) canadienne et l'Agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le 31 mai 1975. Elle est chargée...), qui devrait entrer en service en 2021. Evelyn Macdonald et Nicolas Cowan ont réussi à simuler un signal montrant ce à quoi on pourrait s'attendre d'une planète semblable à la Terre vu à travers la lentille de ce télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant...).

Situé à 40 années-lumière de la Terre, le système stellaire de TRAPPIST-1 contient sept planètes dont trois ou quatre sont situées dans la zone désignée comme "habitable" où l'eau pourrait exister à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). Les astronomes de McGill mentionnent que ce système pourrait se révéler une avenue (Une avenue est une grande voie urbaine. Elle est en principe plantée d'arbres, et conduit à un monument.) prometteuse pour la recherche d'un signal semblable à celui de l'empreinte de la Terre, étant donné que les planètes orbitent autour d'une étoile naine M, plus petite et plus froide que le Soleil.

"L'étoile TRAPPIST-1 est une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les naines brunes, qui ne sont pas vraiment des étoiles.) assez près de nous, ce qui fait de ses planètes d'excellentes cibles pour la spectroscopie de transit, explique Mme Macdonald. Comme l'étoile est beaucoup plus petite que le Soleil, les planètes sont donc relativement faciles à observer. De plus, ces planètes orbitent près de l'étoile, elles passent donc devant elle à des intervalles de quelques 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...). Bien sûr, même si une des planètes abritait la vie, nous ne nous attendons pas à ce que l'atmosphère qui l'entoure soit identique à celle de la Terre puisque l'étoile du système est très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une...) du Soleil."

Dans leur analyse, les chercheurs affirment que le télescope Webb sera suffisamment sensible pour détecter le dioxyde de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) et la vapeur d'eau. Il pourrait même être en mesure de détecter la biosignature du méthane et de l'ozone s'il observait la planète cible assez longtemps.

Le professeur Cowan et ses collègues de l'Institut de recherche sur les exoplanètes (basé à Montréal) espèrent être parmi les premiers à détecter les signes de vie au-delà de notre planète. L'empreinte de la Terre assemblée par Evelyn Macdonald dans le cadre de son mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) de premier cycle pourrait indiquer aux autres astronomes ce qu'ils doivent tenter de repérer. L'étudiante entreprendra un doctorat (Le doctorat (du latin doctorem, de doctum, supin de docere, enseigner) est généralement le grade universitaire le plus élevé. Le titulaire de ce grade est le docteur. Selon les...) dans le domaine des exoplanètes à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Toronto cet automne (L'automne est l'une des quatre saisons des zones tempérées. Elle se place entre l'été et l'hiver.).

Le financement de ces travaux provient du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies et d'une bourse de recherche de premier cycle en sciences de McGill.

L'article "An empirical infrared transit spectrum of Earth: opacity windows (Windows est une gamme de systèmes d'exploitation produite par Microsoft, principalement destinées aux machines compatibles PC. C'est le remplaçant de MS-DOS. Depuis les années 1990, avec...) and biosignatures", signé par Evelyn J. R. Macdonald et Nicolas B. Cowan, a été publié en ligne le 28 août 2019 dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
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