La topographie des exoplanètes
Publié par Adrien le 29/01/2019 à 08:00
Source: CNRS-INSU
À quoi ressemble une exoplanète ? Pour l'instant, aucun instrument n'a réussi à imager des exoplanètes rocheuses, tant elles sont petites et lointaines. Pour la première fois, une équipe internationale dont des chercheurs français du Laboratoire Géosciences 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...) Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) (GEOPS, CNRS/Univ. Paris Sud), a proposé une technique pour synthétiser numériquement des topographies réalistes des exoplanètes telluriques. Muni de votre navigateur web (Un navigateur Web est un logiciel conçu pour consulter le World Wide Web. Techniquement, c'est au minimum un client HTTP.), vous pourrez vous approcher et vous poser sur ces objets célestes synthétiques. Cette avancée permettra de mieux préparer l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister...) réelles issues des futures campagnes d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) directe des exoplanètes.

Les exoplanètes sont des corps qui gravitent 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...) d'autres étoiles que 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 composée...). Elles sont extrêmement lointaines, peu lumineuses et petites. 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...), aucun instrument n'a réussi à acquérir une image 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...) rocheuse, tant le défi est considérable. Une équipe de 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 sont diversifiés et...) a proposé une technique pour synthétiser numériquement des topographies réalistes des exoplanètes telluriques pour visualiser ces mondes lointains et préparer l'analyse des futures données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.).


Exemple de topographie synthétiques d'exoplanètes, sans présence d'océan (à gauche) ou avec un océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des...) (à droite). © Landais, Schmidt and Lovejoy, 2019

Une étude statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de...) des corps du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets...) (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 quatre...), 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...), Mercure et Mars), a démontré que les topographies des corps telluriques partagent des caractéristiques similaires. Le modèle dit "multifractal" permet de rendre compte de la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en...) de ces corps, tantôt lisses, tantôt rugueux, à toutes les échelles. Ce modèle est une extension du modèle bien connu des fractales, popularisé par Benoît Mandelbrot (Benoît Mandelbrot (20 novembre 1924 - ) est un mathématicien français. Il a travaillé au début de sa carrière sur des applications originales de la théorie de l’information, puis développé...).

Dans une étude publiée au journal "Monthly Notice of Royal Astronomical Society", le groupe de chercheur a pour la première fois pu générer des surfaces "multifractales" en géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types...) sphériques. Celles-ci comportent des zones lisses et rugueuses à toutes les échelles, comme dans la réalité. L'outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une plus grande...) étant basé sur un germe (En botanique, un germe est un embryon de plante contenu dans une graine. Le terme désigne également une excroissance qui se développe depuis un tubercule. Germe est un synonyme de plicitatus. La germination est le processus par...) aléatoire, il est capable de générer autant d'exemples que nécessaire. Ces topographies synthétiques permettront de résoudre plusieurs énigmes sur les exoplanètes mais aussi sur les corps du Système Solaire et la Terre primitive.

En guise d'illustration, cette première étude propose d'étudier la statistique des terres émergés (îles, continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une...), etc.) et des mers (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) (lacs, océans, etc.) en fonction du niveau de remplissage 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.). Les résultats montrent que la taille du plus grand océan est très variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule,...): dans le cas où il y a peu d'eau, 90% de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) est recouverte de continent et 10% de mers, le plus grand océan a une taille moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient...) de 75% des mers mais peut varier entre 25% et 95%. Dans le cas similaire à la Terre, 70% de la surface de la 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 sous une...) est recouverte d'océan et 30% de continent mais le plus grand continent fait en moyenne 75% des terres émergés (entre 25% et 90%), contre 55% sur notre Terre. Cette étude montre que la configuration de la Terre est plus probable avec des continents connectés plus grand. 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...) a eu lieu il y a 300 millions d'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.): la Terre sous la forme d'un unique supercontinent appelé "la Pangée".

Pour mieux appréhender ces topographies synthétiques, un outil de visualisation 3D en ligne (utilisable sur toutes les plateformes, y compris tablettes et téléphones) a été mis en place avec plusieurs exemples d'exoplanètes. Vous pouvez donc devenir un voyageur planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) sans vous déplacer de votre salon: https://data.ipsl.fr/exotopo/

Ces topographies synthétiques ont permis d'étudier la géométrie des potentiels océans en dehors du Système Solaire, un point (Graphie) important pour l'habitabilité. En effet, les interfaces entre surface continentales et océans ont été suggérées comme essentielles pour l'apparition de la vie (La vie est le nom donné :). D'autre part, cette étude ouvre la voie vers la caractérisation fine des exoplanètes qui seront prochainement observables grâce à une nouvelle génération d'instruments spatiaux et au sol, comme le James Webb Space Telescope (Le James Webb Space Telescope (JWST), anciennement appelé le Next Generation Space Telescope (NGST), est un projet de télescope de la NASA avec le concours de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de...) en 2021, et l'European Extremely Large Telescope à l'horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien...) 2024.
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