Observer une planète lointaine tourner pourrait réserver un piège : une rotation apparente peut provenir de son atmosphère, alors que le sol tourne beaucoup plus lentement. Stephen R. Kane, de l’Université de Californie à Riverside, montre que ce problème pourrait brouiller l’étude de mondes rocheux ressemblant à Vénus.
Vénus fournit justement l’exemple le plus parlant. Sa surface met environ 243 jours terrestres à effectuer un tour. Pourtant, son atmosphère supérieure fait le tour de la planète en seulement quelques jours. Les nuages sont donc entraînés bien plus vite que le sol, un phénomène appelé superrotation.
Vue de Vénus par Mariner 10
Pour une exoplanète, les astronomes ne voient généralement pas directement la surface. Ils analysent plutôt la lumière réfléchie par la planète. Les raies présentes dans cette lumière se décalent légèrement selon la vitesse de la matière qui les renvoie. Cette méthode peut servir à estimer une rotation, mais elle mesure en réalité la couche atmosphérique d’où proviennent les photons.
C’est là que l’ambiguïté apparaît.
Le chercheur a construit un modèle combinant la rotation du sol, les vents circulant d’est en ouest et la partie éclairée de la planète. Résultat : avec une seule raie spectrale formée dans une plage étroite de pression, certains vents peuvent reproduire exactement le signal attendu d’une planète tournant rapidement.
Autrement dit, une planète comparable à Vénus pourrait donner plusieurs réponses selon l’altitude observée. Dans le modèle utilisant des vents de type vénusien, la période apparente passe de plusieurs centaines de jours dans les couches basses à environ quatre ou cinq jours au niveau des nuages.
Une solution consiste à regarder plusieurs longueurs d’onde. Elles ne traversent pas toutes l’atmosphère de la même manière et peuvent sonder des couches situées à des pressions différentes. Si la vitesse apparente change avec l’altitude, les astronomes disposent alors d’un indice que les vents dominent le signal. Une seule mesure de vitesse ne suffirait donc pas toujours à déterminer la durée du jour sur la planète.
Cette distinction compte pour comprendre les planètes rocheuses chaudes. La vitesse de rotation influence la circulation de l’air, la répartition de la chaleur et les nuages. Confondre le déplacement rapide de l’atmosphère avec celui du sol pourrait donc conduire à reconstruire un climat à partir d’un mauvais rythme jour-nuit.
La méthode devra maintenant être confrontée aux capacités des futurs instruments. L’étude estime notamment la précision spectrale et la qualité du signal nécessaires pour distinguer les vitesses entre plusieurs couches. Le futur Habitable Worlds Observatory de la NASA et des spectrographes à très haute résolution pourraient rechercher cette signature de « fausse rotation » sur des mondes proches de Vénus.