Vents supersoniques et pluies de roches: un cocktail météo sur une planète de lave

Publié par Adrien le 05/11/2020 à 09:00
Source: Université McGill
Il va sans dire que les planètes de lave comptent parmi les planètes les plus inhospitalières découvertes au-delà des confins de notre système solaire. Ces boules incandescentes gravitent si près de leur étoile hôte que certaines de leurs régions sont probablement des océans de lave (La lave est une roche en fusion, plus ou moins fluide, émise par un volcan lors d’une éruption. La lave est issue d'un magma, réserve de roche en fusion située dans l’épaisseur des...) en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion s'effectue...). Selon des scientifiques de l'Université McGill (L’Université McGill, située à Montréal au Québec, est une des universités les plus anciennes au Canada.), de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où...) York et 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 est un tel institut.) indien pour l'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une pratique d'éducation visant à développer les connaissances d'un élève par le biais de communication verbale et...) des sciences, l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et le cycle météorologique d'au moins une de ces exoplanètes sont des plus étranges: évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement d'état appelé...) et précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis à des processus de condensation et...) de roches, vents supersoniques soufflant jusqu'à plus de 5 000 km/h et un océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en...) de magma d'une profondeur de 100 km.


Vue d'artiste (Est communément appelée artiste toute personne exerçant l'un des métiers ou activités suivantes :) 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...) de lave K2-141b.

Dans le cadre d'une étude publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, les scientifiques ont utilisé des simulations par ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de...) pour prédire les conditions sur K2-141b, une exoplanète (Une exoplanète, ou planète extrasolaire, est une planète orbitant autour d'une étoile autre que le Soleil. La plupart des...) de la taille 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...), dont la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...), l'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...) et l'atmosphère sont composés du même ingrédient: des roches. Les phénomènes météorologiques extrêmes prévus par les chercheurs pourraient modifier de façon permanente la surface et l'atmosphère de K2-141b au fil du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.).

"Cette étude est la première à faire des prédictions à propos de conditions météorologiques sur K2-141b qui peuvent être détectées à des centaines d'années-lumière au moyen de télescopes de nouvelle génération comme le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par...) James‑Webb", explique Giang Nguyen, auteur principal et doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable...) à l'Université York, qui a travaillé sous la supervision de Nicolas Cowan, professeur à l'Université McGill, dans le cadre de l'étude.

Les deux tiers de l'exoplanète constamment éclairés par la lumière du jour (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...)

En analysant le modèle d'illumination de l'exoplanète, l'équipe a découvert qu'environ les deux tiers de K2-141b sont éclairés en permanence - contrairement à l'hémisphère illuminé auquel nous sommes habitués sur la Terre. K2-141b appartient à un sous‑groupe de planètes rocheuses qui orbitent très près de leur 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 proche de la Terre.). Cette proximité maintient l'exoplanète dans la même position gravitationnelle, c'est-à-dire que le même côté fait constamment face à l'étoile.

Du côté "nocturne", la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) glaciale descend sous la barre des ‑200 °C. Du côté "diurne" de l'exoplanète, on enregistre des températures d'environ 3 000 °C, une chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) non seulement suffisante pour faire fondre les roches, mais également pour les vaporiser, ce qui crée une atmosphère mince à certains endroits. "Les résultats de notre étude signifient probablement que l'atmosphère s'étend un peu au-delà des rives de l'océan de magma, ce qui le rend plus facile à repérer à l'aide de télescopes spatiaux", indique Nicolas Cowan, professeur au Département des sciences de la Terre et des planètes de l'Université McGill.

Probabilités d'averses... de roches

Fait étonnant, on observe des précipitations dans l'atmosphère constituée de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est...) vaporisée par la chaleur extrême. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme dans le cycle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) sur Terre, au cours duquel l'eau s'évapore, s'élève dans l'atmosphère, se condense, puis retourne sur Terre sous la forme 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...), le 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 trouve pas à l'état...), le monoxyde de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.) et le dioxyde de silicium subissent les mêmes transformations sur K2-141b. Sur Terre, la pluie s'écoule vers les océans, où elle s'évaporera de nouveau; le cycle d'eau se répète ainsi. Sur K2-141b, des vents supersoniques emportent la vapeur () de minéraux constituée de roche évaporée vers le côté "nocturne" et glacial, où la roche retombe sous forme de "pluie" dans un océan de magma. Les courants qui en résultent retournent du côté chaud de l'exoplanète, où la roche s'évapore de nouveau.

Fait à préciser: le cycle sur K2-141b n'est toutefois pas aussi stable que celui sur la Terre. Le courant de l'océan qui ramène le magma vers le côté "diurne" est lent; les scientifiques prévoient donc que la composition minérale changera au fil du temps et qu'elle finira par modifier la surface et l'atmosphère mêmes de K2-141b.

"Toutes les planètes rocheuses, y compris la Terre, sont tout d'abord des mondes où la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) est en fusion, puis elles se refroidissent et se solidifient rapidement. Les planètes de lave nous donnent une rare occasion d'observer cette étape de l'évolution d'une planète", ajoute le professeur Cowan.

La prochaine étape pour les scientifiques est de vérifier l'exactitude de ces prédictions. L'équipe dispose maintenant de 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.) sur le télescope spatial Spitzer (Le télescope spatial Spitzer est le plus gros télescope infrarouge lancé par la NASA. Ces longueurs d'ondes ne pouvant être observées utilement depuis le sol, seul un objet à l'extérieur de l'atmosphère, refroidi cryogéniquement...) qui lui donneront un premier aperçu des températures sur la face "diurne" et la face "nocturne" de l'exoplanète. Grâce au télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille apparente des...) spatial James-Webb, qui sera inauguré en 2021, les scientifiques pourront également vérifier si l'atmosphère se comporte comme prévu.

L'étude:
L'étude "Modelling the atmosphere of lava planet (Un Planet est un site Web dynamique qui agrège le plus souvent sur une seule page, le contenu de notes, d'articles ou de billets publiés sur des blogs ou sites Web afin d'accentuer leur...) K2-141b: implications for low and high resolution spectroscopy", par T. Giang Nguyen, Nicolas Cowan, Agnibha Banerjee et John Moores, a été publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: http://dx.doi.org/10.1093/mnras/staa2487
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