astronomie

     De tout temps l’Homme s’est demandé s’il pouvait exister des formes de vie autres que celles se trouvant sur Terre. Les exoplanètes découvertes à ce jour par milliers étant encore impossibles à étudier, les regards se tournent forcément vers  les planètes de notre propre système solaire. Un système qu’on commence à mieux comprendre grâce aux sondes et autres engins d’exploration à présent nombreux à avoir été lancés. Concernant la possibilité d’abriter une certaine forme de vie, si l’on excepte la planète Mars qui fait l’objet d’études approfondies depuis plusieurs années par des rovers spécialisés qui l’explorent patiemment, deux planètes semblent émerger du lot, chacune pour des raisons bien différentes. Ces deux astres sont des satellites de nos géantes gazeuses : Europe qui tourne autour de Jupiter et Titan qui gravite du côté des anneaux de Saturne. Des sondes sont allées il y a quelques temps à la rencontre de ces deux terres lointaines. Aujourd’hui, il est possible de dresser un premier bilan des données récoltées.

Europe et son énigme de glace

     Par la taille Europe est la quatrième lune de Jupiter et la sixième du système solaire. Satellite de Jupiter ? Cela veut dire qu’elle est loin du Soleil et par voie de conséquence froide, très froide. Sa température de surface est estimée à moins 150°C. Elle se trouve en dehors de la zone dite « habitable » du système solaire (voir le sujet « vie extraterrestre). En effet, les scientifiques estiment que pour qu’une vie puisse se développer, un élément totalement indispensable est la présence d’eau à l’état liquide. Alors, pourquoi Europe, cet enfer gelé ?

     Ce sont tout d’abord les sondes Voyager 1 et 2 (1979) et surtout la sonde Galileo (1995-2003) qui nous ont donné un certain nombre d’informations sur ce monde éloigné. Europe est une sphère presque parfaite de 3121 km de diamètre

intégralement recouverte de glace. Seuls quelques zones fracturées peu profondes et quelques blocs gelés viennent déranger un relief particulièrement plat. Remarque importante : les cratères d’impact y sont rares ce qui traduit le fait que la surface de la planète est jeune et géologiquement active. Alors ? Eh bien ce qui intéresse les scientifiques se situe sous cette banquise : la présence quasi-certaine d’un très profond océan. La variabilité du champ magnétique et un certain découplage de la surface de la glace par rapport au reste de la petite planète sont en effet évocateur d’une grande étendue d’eau salée sur une épaisseur d’environ 100 km, une quantité d’eau plus de deux fois supérieure au volume qui recouvre la Terre entière. Compte-tenu de la présence proche de la géante Jupiter et de ses lunes Ganymède et Callisto, les marées gravitationnelles générées semblent suffisantes pour liquéfier cette eau sauf en surface, bien sûr où la température est vraiment trop basse.

     De l’eau, donc, susceptible d’abriter des formes de vies complètement inimaginables. Si loin du Soleil et en profondeur ? Dans l’obscurité totale ? Il y a encore quelques années, cette idée aurait paru saugrenue mais la découverte des « fumeurs noirs » et de leur petit univers vivant dans les abysses des océans terrestres a apporté la preuve que la Vie pouvait parfaitement se développer en dehors de tout apport de lumière.

      Si les sondes et engins automatisés envoyés sur Europe arrivaient à découvrir en surface quelques traces évocatrices de vie, il resterait un fantastique défi : percer la banquise dont l’épaisseur est estimée entre 30 et 50 km pour atteindre l’eau liquide. Ce n’est pas une mince affaire : pour le moment, le record de forage sur Terre appartient toujours aux soviétiques qui, dans les années 70, atteignirent 12 km de profondeur dans la péninsule de Kola, au nord de la Russie occidentale. Un forage effectué avec une débauche d’installations diverses dirigées par une foule d’ingénieurs et de techniciens : ce forage dura des années avant d’obtenir un résultat… Alors, à 500 millions de km de la Terre, avec un matériel forcément réduit et monitoré par des robots, on peut, compte-tenu de nos moyens actuels, se poser la question de la faisabilité. Il n’empêche : ces projets qui paraissent un peu fous sont dans les cartons de bien des agences spatiales, à commencer par la NASA.

     Des engins sont actuellement en développement, comme le Valkyrie testé avec succès en Alaska et qui liquéfie la glace au fur et à mesure de sa progression grâce à un puissant laser. Une fois, le forage terminé ce qui, selon les spécialistes, pourrait prendre entre deux à trois ans, ce sera au tour de petits sous-marins d’aller explorer l’inconnu, ces outils venant se recharger directement sur la tête du robot de forage. Les spécialistes parient sur des opérations de ce genre dans, peut-être, un quart de siècle…

Titan, une Terre de méthane

     Titan gravite autour de Saturne et est sa plus grande lune. C’est une planète conséquente puisqu’elle est plus grosse que Mercure : 5151 km de diamètre à comparer à Mercure donc (4878 km), à la Lune (3474 km) ou à la Terre (12742 km).  Plus éloignée du Soleil, Titan est encore plus froide que Europe avec une température moyenne de moins 180° mais ce qui en fait un objet digne d’intérêt, c’est que la planète possède une authentique atmosphère, aussi épaisse (et même plus) que la Terre : c’est même le seul satellite connu à posséder une vraie atmosphère dense.

     Longtemps, Titan a été inabordable à une observation véritable car cette épaisse atmosphère empêchait de voir sa surface. Jusqu’à il y a une quinzaine d’années où commença le remarquable travail de l’expédition Cassini-Huygens associant une sonde mise en orbite autour de Saturne en 2004 (Cassini) et un atterrisseur sur Titan (Huygens). Pour la première fois, on a pu observer ce qui était dissimulé sous l’épaisse couche de nuages. Qu’a-t-on observé ?

    D’abord – première et importante révélation – l’atmosphère est ici plus importante et plus complexe que celle de la Terre et elle est composée essentiellement de diazote (98,4%), le reste se répartissant entre différents

hydrocarbures : méthane, éthane, etc. Dans le système solaire, seule la Terre a également une atmosphère dense riche en azote (78%). Tout comme sur Terre (le flux zonal), la circulation atmosphérique tourne d’ouest en est, suivant en cela la rotation de Titan.

      La surface de la planète est variée, alternant zones lisses et irrégulières dont certaines semblent être d’origine volcanique. On y trouve des collines et des crevasses voire des gouffres. Certains rochers montrent des signes d’érosion ce qui fait dire aux scientifiques que Titan et la Terre sont les seules planètes du système solaire à posséder en surface des étendues liquides. Toutefois, il existe une différence fondamentale entre les deux : sur Titan, les liquides sont des hydrocarbures essentiellement du méthane.

     La surface de ce satellite de Saturne est par ailleurs jeune puisqu’on y observe peu de cratères d’impact. Entre les montagnes des dunes sont orientées d’ouest en est ; elles sont formées par les vent, des vents probablement sous la dépendance des forces de marée de Saturne qui, ici, sont 400 fois plus intenses que celles provoquées par la Lune sur Terre.

     La question se pose donc : pourquoi les scientifiques pensent-ils que cette planète en apparence plutôt inhospitalière pourrait abriter une quelconque forme de vie ? Eh bien parce que ces conditions très spéciales rappellent fortement celles qui prévalurent sur Terre lors de son enfance, le froid intense en plus. On peut même dire que Titan ressemble à une Terre primitive, avant que les premiers êtres vivants ne commencent à y libérer de l’oxygène : on y trouve des vents, des nuages, des mers, des pluies (certes de méthane) et même des saisons…

      La mission Cassini, riche d’informations, a pris fin en 2017 lorsque les scientifiques utilisèrent les derniers grammes de carburant de la sonde pour la faire s’écraser sur Saturne de peur que, en se désagrégeant sur Titan, elle ne finisse par polluer son sol avec d’éventuelles bactéries terriennes.

     La NASA et l’ESA (l’agence européenne) s’intéressent beaucoup à cette planète si particulière. En premier lieu, il semble tout à fait intéressant d’étudier les océans de méthane de Titan afin d’y déceler d’éventuels éléments de chimie prébiotique. Évidemment, il nous est difficile de concevoir une forme de vie se développant dans le méthane mais, outre le fait que cela n’est pas complètement impossible, il existe aussi un autre intérêt : on soupçonne que, comme pour Europe, soient présents des océans d’eau liquide salée à 50 ou 100 km de profondeur (plusieurs mesures indirectes vont dans ce sens). Si cela était confirmé, on comprend l’enthousiasme de certains qui voient Titan comme un des meilleurs candidats à la fabrication de « briques du vivant » de tout le système solaire. Surtout si des volcans froids rejetant l’eau des profondeurs permettent à cette dernière de se mélanger au méthane, une possibilité évoquée par la mission Cassini… Les agences spatiales planchent actuellement, non seulement sur un projet d’orbiteur et d’atterrisseur mais également sur celui d’une Montgolfière susceptible de nous en apprendre plus sur l’écologie en surface de la planète et même sur un sous-marin destiné à explorer les océans de méthane (la NASA a déjà conçu un sous-marin spatial dans cette optique). Des projets dignes d’un roman de science-fiction ? Plus tout à fait a-t-on envie de dire.

D’autres candidats ?

     Parmi les planètes principales, seules Mars et Vénus auraient pu présenter certaines conditions à l’apparition d’une forme de vie. Pour Vénus, cependant, une fois mises en orbite quelques sondes d’observation, il fallut se rendre à l’évidence : la planète est particulièrement hostile. Qu’on en juge : une épaisse atmosphère l’entoure, composée principalement de CO² parcourue de longs nuages de soufre et d’acide sulfurique et cette atmosphère épaisse joue un rôle d’effet de serre au point que la température en surface voisine les 450° C. De plus la pression atmosphérique y est infernale : environ 95 fois la pression atmosphérique terrestre ou, dit autrement, la pression que subirait un plongeur à près de 1000 m de profondeur océanique… On a peine à imaginer l’apparition d’une quelconque forme de vie dans cet enfer.

     Mars est différente. On verrait plutôt cette planète comme une Terre vieillie à outrance. En effet, si Mars a bien possédé une atmosphère par le passé, il y a quelques milliards d’années, sa faible pesanteur n’a pas pu la retenir, de même que

l’eau des océans de cette époque lointaine. Les robots explorateurs et les orbiteurs ont bien relevé la trace d’anciennes érosions très vraisemblablement marines ou fluviales mais c’était il y a très très longtemps de sorte que les scientifiques ont bien plus le souci de rechercher des traces d’une vie ancienne (si elle a eu le temps d’apparaître) que d’authentiques habitants actuels, fussent-ils des sortes de bactéries ultra-résistantes.

     Restent donc les satellites naturels des planètes géantes gazeuses. Nous avons évoqué Titan et Europe. Existerait-il d’autres candidats à la naissance de la Vie ?

     On peut raisonnablement éliminer les satellites de Neptune et d’Uranus, trop loin du Soleil. Concernant les trois autres « grands » satellites joviens en sus d’Europe (Io, Ganymède et Callisto) tous présentent d’épaisses couches de glace et des océans d’eau liquide en profondeur (Callisto possédant en sus une petite atmosphère d’azote) mais aucun ne semble aussi porteur d’espoir que Europe.

     Restent les satellites de Saturne : nous avons déjà évoqué Titan. Parmi les autres, l’un d’entre eux mérite une attention particulière : Encelade. Il s’agit d’un très petit satellite : 500 km de diamètre mais qui possède plusieurs

caractéristiques intéressantes. Certes, la température y est particulièrement basse, environ moins 200° C mais sa surface présente peu de cratères d’impact, révélant donc une activité géologique récente. La sonde Cassini a visualisé des sortes de geysers soupçonnés d’être un mélange de gaz et d’eau et donc la présence, là-aussi, d’un océan sous la surface. Cassini a également mis en évidence la présence d’une épaisse couche de neige d’environ 100 mètres d’épaisseur ce qui sous-entendrait des chutes de neige s’étendant sur des dizaines de millions d’années. De ce fait, les geysers et la chaleur interne qui les produit existerait depuis longtemps… De plus, récemment, la NASA a expliqué avoir découvert sur le petit satellite des molécules d’hydrogène dans des échantillons de vapeur : eau liquide, chaleur, potentielles molécules organiques, voilà un tiercé qui laisse rêveur !

     L’espèce humaine aura l’occasion dans les années à venir – très certainement avant la fin de ce siècle - d’arpenter ces contrées lointaines que sont les satellites joviens ou saturniens. Avant, toutefois, grâce à la mise en service des super-télescopes actuellement en construction, nous en saurons bien plus sur un grand nombre d’exoplanètes et peut-être même y découvrirons-nous des traces de vie. Répétons-le une fois de plus : le nombre de planètes existant dans l’univers est si important que notre raison ne peut le concevoir : 150 milliards d’étoiles rien que pour la Voie lactée (et bien plus de planètes encore) et des milliards de galaxies comme la nôtre. Il est statistiquement impossible que la Vie – sous une forme ou sous une autre  - ne soit pas apparue ailleurs, même si elle devait rester en définitive rare. Impossible ! Le problème n’est finalement pas de la reconnaître mais d’échanger avec elle lorsqu’on sait les incommensurables distances qui nous séparent de la plus proche voisine du Soleil, une naine rouge par ailleurs peu propice à une vie telle que nous l’imaginons.

     Si au contraire la Vie n’est pas si rare, si elle s’édifie à partir de schémas simples et de constituants relativement faciles à fabriquer, alors nous avons une chance de la trouver, plus ou moins rudimentaire, dans notre système solaire, à portée de main, oserai-je dire. Dans ce cas de figure, les distances restent « humaines ». C’est tout l’intérêt des projets d’exploration par les agences spatiales des planètes spéciales que nous venons d’évoquer.

Sources

* Science & Vie (https://www.science-et-vie.com/)

* Cosmovisions (http://www.cosmovisions.com/index.html)

* Wikipédia France / USA/GB

* Planète Astronomie (https://www.planete-astronomie.eu/fr)

* encyclopaedia Britannica

Images

1. Europe (crédits :  universetoday.com)

2. Europe et sa surface gelée (crédits : NASA)

3. Titan (crédits : india.com)

4.  sonde Cassini (crédits :  sudouest.fr )

5. coucher de soleil sur Mars (crédits : NASA)

6. geysers sur Encelade : (crédits : NASA)

Mots-clés : exoplanètes - Jupiter - sonde Galileo - fumeurs noirs - Saturne - expédition Cassini-Huyghens

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

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Mise à jour : 20 octobre 2020

   Pour la majorité de nos contemporains, il existe deux types de planètes peuplant le système solaire : les planètes telluriques comme la Terre ou Vénus et les géantes gazeuses comme Jupiter ou Uranus. En réalité, pour ce qui concerne ces dernières, les planètes géantes, c’est un peu plus compliqué que ça : il n’est donc pas inutile de revenir sur des caractéristiques souvent mal ou peu connues.

Telluriques et géantes

   La Terre, comme Mars, Vénus et Mercure - en somme les planètes les plus proches du Soleil - sont des planètes telluriques, c’est-à-dire des astres comprenant  principalement des roches et du métal. Ces planètes sont composées de trois couches ou enveloppes concentriques : le noyau, le manteau et, en surface, la croûte.

Cette surface est solide, principalement faite de matériaux non volatils (fer métallique et roches silicatées). Par voie de conséquence, la densité de ces planètes est relativement élevée, aux alentours de 5 (de 4 à 5,7 pour être plus précis). On peut rapprocher de ces structures certains gros satellites comme évidemment la Lune mais aussi Io, la plus grosse lune de Jupiter, qui, stricto sensu, peuvent également être qualifiés de telluriques.

   Du fait que, à notre connaissance, la Vie telle qu’on l’imagine n’est apparue que sur Terre, on la cherche également sur d’autres planètes telluriques, éventuellement sur Mars, mais surtout sur des exoplanètes que nos instruments arrivent à présent à repérer bien que cette détection soit rendue particulièrement difficile en raison de leur petite taille relative.

Géantes : gazeuses et planètes de glaces

   Les quatre planètes plus extérieures du système solaire sont des géantes dites gazeuses. Totalement différentes des planètes telluriques que nous venons d’évoquer, ces planètes sont composées essentiellement de gaz, à la manière de Jupiter, la cinquième planète, la plus grosse de tout le système, plus volumineuse et massive que toutes les autres planètes réunies.

   Toutefois, si Saturne présente bien une structure analogue à Jupiter, dès les années 1990, il est apparu que ce n’était pas réellement le cas pour les deux autres, Uranus et Neptune. En effet, Jupiter et Saturne sont principalement composées de

gaz légers, essentiellement  de l’hydrogène et de l’hélium (environ 90% de la masse de Jupiter, par exemple).

   Il en va tout autrement pour nos deux planètes extérieures, Uranus et Neptune. Ces deux géantes ne sont pas que « gazeuses » car elles contiennent aussi des composés volatils tels que du méthane, de l’ammoniac et de l’eau. Il s’agit là d’éléments intermédiaires plus lourds que les gaz de type jovien mais bien plus légers que les matières rocheuses et métalliques qui composent les planètes telluriques. On parle alors de planètes de glaces (avec un s), de sous-géantes ou mieux encore de « Neptune ». Précisons pour les anglicistes que si, en anglais, le mot « ice » est au singulier (car en épithète invariable), il est impératif en français d’utiliser le pluriel puisque, au-delà du cas de l’eau, il existe bien d’autres types de glaces.

   Comme pour les géantes gazeuses, des exoplanètes de ce type ont été découvertes ces dernières années et comme pour les gazeuses et ses Jupiter chauds ou froids , il a été décrit des Neptune chaudes en orbite proche de leur étoile et des Neptune froides comme dans le système solaire.

Planètes de glaces et planètes de glace

   En astronomie, certains termes peuvent être trompeurs (on se rappelle ainsi que les étoiles sont soit des géantes ou supergéantes, soit des naines, sans que jamais on ne parle d’étoiles « normales » ou « moyennes »).  Le terme de « glace » est ici aussi un faux-ami. En effet, en astrophysique, n’importe quel élément plus lourd que l’hydrogène et l’hélium mais moins lourd que les métaux et les silicates est dénommé « glace ». Il s’agit donc non d’un état de la matière mais d’un terme qui désigne des éléments chimiques. En d’autres termes, il existe pour chaque élément (azote, carbone, oxygène, méthane, etc.) une « ligne de glace » à partir de laquelle un corps de gazeux devient solide, c’est-à-dire « de glace ». Cette limite est évidemment variable selon les éléments considérés et la température ambiante et une planète de glaces correspondra au type de planètes dont l’ensemble des éléments (hors hélium et hydrogène) sera solide.

 Par contre, si l’on veut évoquer l’eau à l’état solide, donc à basse température, on

parlera d’élément « gelé » (et non de glace) ; une planète très froide dont la surface renferme beaucoup d’eau sera une « planète gelée » plutôt qu’une planète glacée qui pourrait prêter à confusion. Cela peut sembler curieux mais si l’on ignore cette terminologie, on ne peut rien comprendre à ce qu’est une planète de glaces…

   Les planètes de glaces comme Uranus et Neptune mais également les lunes de glaces comme Encelade (satellite de Saturne) ou  Europe (satellite de Jupiter) sont donc composées d’éléments dits de glaces (d’où le pluriel) qui n’ont aucun rapport avec leur température de surface, certaines exoplanètes « de glaces » atteignant des températures formidablement élevées.

Uranus et Neptune

   Il n’est pas surprenant que Uranus et Neptune soient restées longtemps cataloguées comme des géantes gazeuses typiques. Ces deux planètes, en effet, sont les deux les plus éloignées de nous et il a fallu attendre le télescope spatial Hubble et les télescopes terrestres ultra-performants de ces dernières années pour comprendre leur structure.

   Uranus est visible à l’œil nu et, néanmoins, longtemps on passera à côté de son caractère planétaire, probablement en raison de son éclat extrêmement faible, à la limite du visible. C’est pourtant la troisième planète du système solaire par la taille mais elle est si lointaine et elle bouge si lentement (elle met 84 ans pour faire sa révolution autour du Soleil) qu’il faudra attendre la fin du XVIIIème siècle pour

qu’un astronome britannique, William Herschel, reconnaisse son statut de planète le 13 mars 1781. Pour se donner une idée de la distance qui nous sépare d’Uranus, il suffit de comparer le temps que met la lumière du Soleil pour parvenir jusqu’à la Terre (un peu plus de 8 minutes) et sur Uranus (environ 2 heures et 40 minutes). Caractère également remarquable, Uranus est la planète la plus froide du système solaire avec une température pouvant descendre jusqu’à -224°.

   Cette planète lointaine est longtemps passée au second plan des préoccupations des scientifiques puisqu’elle n’a été visitée qu’une seule fois, en 1986, par la sonde Voyager 2 avant que cette dernière ne s’enfonce dans les espaces infinis. Toutefois, semble-t-il, les priorités pourraient prochainement changer.

   Encore plus lointaine  !  La lumière solaire met plus de quatre heures (4 heures et 12 minutes) pour atteindre Neptune et puisque Pluton a été rétrogradée en planète

naine, c’est la dernière planète du système. Elle a été découverte indirectement grâce au calcul mathématique. C’est en effet par les nombres et les équations  que l’astronome français Urbain Le Verrier permit son identification en se fondant sur les perturbations de la trajectoire d’Uranus. Le Verrier était persuadé que les légères anomalies du parcours de cette planète ne pouvait qu’être la conséquence de l’influence gravitationnelle d’une autre. Après avoir longtemps calculé, il proposa de braquer les télescopes à un endroit et à un moment bien précis et, effectivement, Neptune était au rendez-vous…

Un peu plus petite que sa « voisine » Uranus, elle est en revanche un peu plus massive : c’est la quatrième planète en taille du système solaire et c’est aussi une planète de glaces. Bien sûr, son atmosphère est composée surtout d’hydrogène et d’hélium mais avec la présence d’eau, d’ammoniac et de méthane (les fameuses « glaces » au sens astrophysique du terme). C’est d’ailleurs le méthane qui confère à la planète sa teinte bleue (photo du début). En 1989, Voyager 2 observa sur Neptune une grande tache sombre, analogue à la grande tache rouge de Jupiter (dont on sait qu’elle trahit la présence d’une immense tempête se prolongeant depuis des siècles). Perturbations atmosphériques puissantes donc sur Neptune, à la différence près que la grande tache observée en 1989 a aujourd’hui disparu. Il n’en reste pas moins que Neptune est une planète plutôt hostile car, outre son atmosphère de méthane et d’ammoniac, les vents y soufflent jusqu’à 2100 km/h et la température y descend jusqu’à -218°, à peine moins froid qu’Uranus.

Sait-on comment se forment les géantes gazeuses ?

   Concernant les géantes gazeuses de type jovien, la  communauté scientifique était arrivée à un relatif consensus sur leur formation. On pensait que celle-ci était grosso modo identique à celle des planètes telluriques, à savoir :

     * comme leur étoile, elles se seraient formées à partir de la nébuleuse originelle, par accrétion progressive de poussière et de glaces ;

     * la différence entre planètes telluriques et gazeuses serait due au fait que, plus l’objet en devenir est proche de l’étoile centrale, plus d’éléments chimiques sont détruits ne laissant  que les roches silicatées et les métaux (planètes telluriques) ;

     * à distance du Soleil, toutefois, beaucoup plus d’éléments peuvent subsister comme, par exemple, l’oxygène et le carbone. De ce fait pourront se constituer des planétésimaux plus massifs que vers l’intérieur du système, des noyaux solides qui, une fois atteinte une certaine taille critique évaluée à une dizaine de masses terrestres, pourront retenir grâce à leurs forces gravitationnelles des éléments plus volatils comme l’hydrogène et l’hélium, particulièrement abondants dans le système stellaire embryonnaire. Voilà comment était imaginée la formation des géantes gazeuses.

   Malheureusement pour les théoriciens, l’étude de planètes extrasolaires depuis les années 1990 allait tout remettre en question. En effet, si l’on retient le modèle que

nous venons d’exposer, un point est essentiel : il est impératif que les géantes gazeuses se forment à une distance raisonnable de l’étoile centrale. Or l’observation des planètes extrasolaires montre l’existence de géantes gazeuses à courte période orbitale de quelques jours seulement ce qui les place tout contre leur étoile avec des températures de surface de l’ordre de 1000°. Comment cela est-il possible ? Par l’introduction d’une notion appelée « migration planétaire ». Ces géantes gazeuses qu’on appelle dès lors des Jupiter chauds se seraient secondairement rapprochées du centre du système…

   Bon, admettons. Hélas, il y a une dizaine d’années, la poursuite de l’exploration des planètes extrasolaires a apporté une autre surprise : le présence d’une géante gazeuse tournant en un seul jour autour de son étoile ce qui veut dire qu’elle est presque « à touche-touche » avec elle. Comment fait-elle pour ne pas être détruite ? Problème.

   Quelques années plus tard, en 2008, les scientifiques mettent en évidence l’existence d’une géante gazeuse en formation (!) de moins de 10 millions d’années, dix fois plus massive que Jupiter et vingt-cinq fois plus proche de son étoile que la Terre du Soleil. L’étoile en question étant très jeune (100 millions d’années), on se passionne pour ce nouveau couple atypique mais le moins que l’on puisse dire est que la théorie de formation des géantes gazeuses est loin d’être définitive.

Et les géantes de glaces ?

   Puisque les géantes de glaces contiennent de grandes quantités de gaz, comme les géantes gazeuses, elles se forment également très tôt, juste après la naissance du disque d’accrétion protoplanétaire : les spécialistes avancent l’ordre de 3 à 10 millions d’années. Toutefois, c’est leur position excentrée qui va les différencier des gazeuses comme Jupiter. Puisque si lointaines, elles capturent, en effet, de nombreuses glaces, notamment d’eau évidemment, mais également d’éléments volatils plus lourds que l’hélium et l’hydrogène comme, par exemple, l’azote ou le carbone. Comme pour les géantes gazeuses classiques, une migration planétaire est envisagée

pour expliquer l’existence de « Neptune » chaudes dont, au fur et à mesure de leur migration, les caractéristiques peuvent devenir étranges : l’une d’entre elles, Gliese 436b présente encore de la glace d’eau solide alors que la température de surface avoisine les 440°  ! Ailleurs, on peut imaginer que, après avoir longtemps gardé leur atmosphère, certaines de ces planètes peuvent théoriquement se transformer en « planètes-océan » comme celle décrite dans Star Wars, le célèbre film de science-fiction.

Exoplanètes gazeuses et gazeuses de glaces

   Les études de plus en plus fines qui s’intéressent aux exoplanètes concernent au premier chef les planètes telluriques ; les seules d’après les scientifiques susceptibles d’abriter un embryon de vie et on sait bien que la recherche d’une vie extraterrestre, si ténue soit-elle, est un des grands défis de l’astronomie moderne. Toutefois, les planètes telluriques sont toujours très petites comparées aux géantes gazeuses et c’est surtout ces dernières que révèlent nos télescopes. Il aura fallu de nombreuses années avant que l’on se rende compte que Neptune et Uranus étaient différentes de leurs cousines Jupiter et Saturne. On retrouve ce distinguo au delà du système solaire ce qui, au demeurant, est parfaitement logique car si l’on suppose qu’il existe un mécanisme universel de formation des planètes, les mêmes causes produisent les mêmes effets. En somme, on identifie - et c’est heureux - dans le cosmos des structures voisines de celles qui nous entourent dans le système solaire : on l’a déjà évoqué ici, les lois de la physique sont partout les mêmes. Neptune et Uranus ont sans doute beaucoup à nous apprendre sur cette variété de planètes - dites de glaces - qui existent dans le cosmos. Il semble que la NASA et l’ESA commencent à s’intéresser à ces objets si particuliers.

Sources :

1. www.univers-et-espace.com/

2. Wikipedia.org

3. astronomie.savoir.fr/

4. www.meteomedia.com/ca

5. www.futura-sciences.com/sciences

Images

1. Neptune (sources : exoplanetes.univers-et-espace.com)

2. la Terre (sources : videoblocks.com)

3. Jupiter (sources : imgkid.com)

4. Europe (sources : syti.net)

5. Uranus (sources : astronomytrek.com)

6. vue d'artiste d'une Jupiter chaude (sources : larousse.fr)

7. vue d'artiste d'une planète-océan (sources : danielmarin.naukas.com)

Mots-clés : planètes telluriques - géantes gazeuses - planètes de glaces - Encélade - Europe - Voyager 2

les mots en blanc renvoient à une documentation complémentaire

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mise à jour : 19 juin 2020

   De nouvelles étoiles naissent-elles régulièrement dans le cosmos ? Cette question peut paraître quelque peu puérile de nos jours mais il n’en fut pas toujours ainsi.  Il y a encore une soixantaine d’années une grande partie de la communauté scientifique pouvait en douter. Il faut dire que, historiquement, le débat sur l’éventuelle naissance d’étoiles dans l’univers opposait deux écoles. Certains astronomes étaient plutôt partisans de la « théorie du noyau originel » et d’une création stellaire active et continue tandis que les autres pariaient sur un cosmos invariable qui, certes, s’enrichissait de matière mais au sein d’un univers dont l’état était permanent et immuable, un univers dit « stationnaire ».

Deux théories parfaitement contraires

   Avec la publication par Albert Einstein de la théorie de la relativité générale, pour la première fois dans l’histoire de l’Humanité, la cosmologie s’affranchissait totalement des apriori religieux pour entrer de plain-pied dans le domaine scientifique. Dès les années 1930, le cosmologiste (et abbé) belge Georges Lemaître avait avancé l’hypothèse que l’origine de l’univers pouvait se trouver dans la désintégration d’un noyau originel très dense et très chaud. Il nomma son hypothèse « théorie de l’atome primitif ». Pour affirmer ses dires, il s’appuyait sur la mise en évidence en 1929 par Edwin Hubble de l’expansion de notre univers. Cette approche encore très rudimentaire fut affinée dans les années qui suivirent pour aboutir à ce que l’on appelle aujourd’hui la théorie du Big bang.

   Toutefois, une grande partie des scientifiques qui s’intéressaient à la question restait sceptique et pour proposer une alternative à cette théorie qu’il considérait comme ridicule, le grand astronome britannique Fred Hoyle proposa une explication totalement différente (pour ne pas dire opposée) : l’univers stationnaire. Dans cette approche, respectant à la

lettre la théorie de la relativité générale, Hoyle postule que l’univers obéit au principe cosmologique parfait, à savoir qu’il est homogène et isotrope ( ce qui veut dire que à grande échelle sa structure est toujours la même). En résumé, l’univers de Hoyle est identique à lui-même en tout endroit de l’espace et ce quelle que soit l’époque concernée. Reste le problème de l’expansion de l’univers qui dilue inéluctablement la matière avec le temps : cela suppose, explique l’astronome britannique, une création continue de matière au sein des étoiles de façon à conserver un équilibre parfait pour  un univers éternel et immuable. Évidemment, nul besoin ici de phase initiale chaude et dense… Hoyle en est tellement persuadé que, en 1949, dans une tribune radiophonique restée célèbre, pour se moquer de l’hypothèse concurrente de la sienne, il la baptise sarcastiquement de « Big bang »… une appellation ironique qui aura le succès que l’on sait  !

   Concernant les naissances de nouvelles étoiles, seule la théorie du Big bang consent à les envisager mais les instruments de l’époque ne permettent pas de les mettre en évidence.

   Ce n’est qu’en 1964 que, totalement par hasard, deux scientifiques, Penzias et Wilson, qui travaillaient sur une antenne expérimentale pour la compagnie téléphonique Bell,

mirent en évidence un bruit de fond continu et dans toutes les directions : ils venaient de découvrir les traces radio du fonds diffus cosmologique, c’est-à-dire le reliquat des tous premiers instants de l’Univers, le moment du début de son expansion. La conclusion est alors sans appel : l’univers n’est pas stationnaire mais a eu un point de départ, sommairement appelé Big bang. (voir le sujet « fonds diffus cosmologique » ici).

   Les années s’écoulant et le matériel devenant de plus en plus performant (télescope spatial Hubble et grands télescopes terriens à optique adaptative entre autres), il est aujourd’hui possible de repérer dans le ciel de notre galaxie les zones de création stellaire.

Formation d’une étoile

   Outre de très nombreuses étoiles, la Voie lactée est l’endroit où l’on peut rencontrer d’immenses bancs de poussière et de gaz. C’est à partir de certains de ces objets appelés en astronomie « nébuleuses » en raison de leurs contours imprécis que peuvent se former de nouvelles étoiles.

   Les nébuleuses galactiques sont essentiellement formées de gaz (99%) contre seulement 1% de poussière. Ce gaz est principalement de l’hydrogène moléculaire (c’est-à-dire dans un état où les atomes se sont associés pour former des molécules) occupant d’immenses espaces souvent compris entre 50 et 300 années-lumière. Cet hydrogène est alors à une température proche du zéro absolu pour une densité de 1000 molécules par centimètre cube. Ces nuages résistent à la forte gravité qui devrait les faire s’écrouler, notamment grâce à la force centrifuge (puisqu’ils tournent sur eux-mêmes) et au champ magnétique interstellaire.

   Toutefois, cette situation de relatif équilibre peut se rompre sous l’action de certains facteurs comme l’explosion d’une supernova voisine dont l’onde de choc de l’explosion peut déstabiliser le nuage moléculaire ou la traversée par ce nuage d’un endroit plus dense de la Galaxie où il subira une compression entraînant son effondrement gravitationnel.

   Quoi qu’il en soit, l’effondrement du nuage conduit à sa fragmentation avec l’apparition de blocs de plus en plus petits

tandis que la température s’élève progressivement. Cette fragmentation finit par s’arrêter lorsque les blocs de gaz sont tout petits ; toutefois chaque petit nuage de gaz continue de se contracter et de se réchauffer par conversion de son énergie gravitationnelle en énergie thermique. Le gaz devient de plus en plus opaque et ce qui, en réalité, est déjà une proto-étoile va voir sa lumière passer de l’infrarouge à la lumière visible.

   C’est au centre de l’étoile en formation que la température et la densité augmentent le plus et lorsque les dix millions de degrés sont atteints, les réactions nucléaires de fusion de l’hydrogène s’amorcent. La pression interne de l’étoile s’oppose aux forces gravitationnelles et un équilibre est finalement atteint avec l’arrêt de la contraction : l’étoile en est alors à un stade qu’on pourrait qualifier « d’adulte » et se trouve donc sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung- Russell (sur lequel nous reviendrons).

   En périphérie s’est formé un disque d’accrétion qui finit par s’estomper avec le temps mais non sans avoir éventuellement donné des planètes qui formeront avec l’étoile centrale un système stellaire.

   Toutes les étoiles ne naissent pas dans de grandes nébuleuses gazeuses puisque certaines voient le jour dans de petits nuages moléculaires de quelques années-lumière seulement mais les étoiles alors formées sont également petites.

   Ajoutons également que certaines étoiles géantes ont une vie (relativement) courte - quelques centaines de millions d’années - par opposition aux étoiles les plus nombreuses de notre Galaxie (et certainement de toutes les autres), les naines rouges, qui peuvent exister et briller durant des dizaines de milliards d’années. La formation d’une étoile est également variable (sans commune mesure néanmoins avec la durée de sa vie réelle) : par exemple, on estime que la durée de formation d’une naine jaune comme le Soleil est de l’ordre de quelques dizaines de millions d’années (pour une vie d’environ 10 milliards d’années) alors que, pour une étoile bien plus grosse, disons d’une dizaine de masses solaires, elle ne dépassera pas 100 000 ans.

Classification des étoiles : le diagramme de Hertzsprung-Russell (diagramme HR)

   Nous avons déjà à plusieurs reprises abordé l’origine et l’utilité de ce diagramme HR (comme par exemple dans ce sujet : la couleur des étoiles ) et nous rappellerons simplement qu’il s’agit d’une sorte de carte de la répartition des différentes étoiles en fonction de leur luminosité et de leur température effective, ce qui permet de les classer en différents groupes mais aussi d’objectiver leur évolution.

   La grande majorité des étoiles (environ 90%) se situe sur une ligne médiane appelée séquence principale allant de, en haut, à gauche du diagramme (chaud et très lumineux), jusqu’à, en bas, à droite (froid et peu lumineux). Outre le gros bataillon des étoiles de la séquence principale, on peut mettre en évidence trois autres groupes. Deux sont situés au dessus de cette séquence principale, celui des supergéantes, ultra-minoritaire, et celui des géantes qui sont en fait des étoiles en fin de vie (Lorsqu’il aura brûlé tout son hydrogène, notre Soleil passera par le stade de géante rouge et quittera donc la séquence principale sur laquelle il se trouve actuellement pour encore cinq à six milliards d’années). Le groupe situé en dessous de la séquence principale ne concerne pas réellement des étoiles puisque c’est celui des naines blanches qui sont le stade terminal des astres comme le Soleil, des cadavres stellaires, en somme, ne présentant plus de réactions nucléaires et s’éteignant peu à peu.

Les étoiles primordiales

   Signalons enfin des étoiles bien particulières qui n’existent plus de nos jours : les étoiles primordiales. Ce sont les toutes premières étoiles ayant existé dans l’univers. Si les étoiles des générations actuelles transforment bien  l’hydrogène en hélium tout au long de leurs vies, elles sont également riches en atomes lourds (fer, or, soufre, oxygène, etc.). Or, à l’évidence, les premières étoiles ne pouvaient pas posséder ces atomes puisque l’univers n’était composé que d’hydrogène et d’hélium. Ces étoiles du tout début étaient très certainement supermassives (certaines devaient atteindre 100 fois la taille du Soleil). Elles ont fabriqué les atomes lourds absents au début de l’univers et c’est en explosant dans des conditions cataclysmiques qu’elles ont pu ensemencer avec ces corps lourds les générations stellaires suivantes. Sans ce processus, la Vie n’aurait tout simplement pas été possible. On trouvera plus de détails sur cet intéressant groupe d’étoiles ici : « les étoiles primordiales ».

La nébuleuse d’Orion, une pouponnière d’étoiles

   Par une nuit sans Lune et sans lumière parasite, il est assez facile de distinguer, même avec de simples jumelles (voire à

l’œil nu), la nébuleuse d’Orion M42. Elle est ainsi appelée parce qu’elle se trouve au centre bas de la constellation d’Orion, une superbe constellation de l’hémisphère nord qui abrite deux étoiles fort célèbres : Bételgeuse et Rigel. La dite constellation représente une sorte de quadrilatère resserré en son centre où se trouvent trois étoiles : la ceinture d’Orion. Toutefois, il faut rappeler que ces objets (et les étoiles formant la constellation) n’ont rien en commun : leur « proximité » supposée n’est qu’une illusion d’optique quand on les observe depuis la Terre ; il ne s’agit donc que de repères pratiques sans réalité physique. La nébuleuse elle-même est située à 1350 années-lumière de nous. C’est un grand nuage de gaz s’étendant sur 33 années-lumière de large, connu et répertorié sous les sigles M42 (catalogue de Messier) ou NGC1976 (New General Catalog). Cette zone est une  véritable maternité d’étoiles, avec tellement d’astres présents qu’on la croirait illuminée de l’intérieur comme on peut le voir sur la photo ci-après :

   Sur cette photo, on peut distinguer l’association de la nébuleuse d’Orion M42 en rouge (couleur de l’hydrogène) et d’une nébuleuse bleue, située sur la gauche de M42, nommée  NGC1977, mais également appelée la nébuleuse de l’homme qui court.

   Le gros point bleu brillant se trouvant à droite, en bas de la tache rouge formée par M42 est la nébuleuse NGC1980. Cette dernière est en fait associée à un amas ouvert, c’est-à-dire un ensemble d’étoiles très jeunes et nées ensemble, encore liées entre elles par la gravitation : les étoiles de NGC1980 ont toutes moins de cinq millions d’années d’âge.

   À gauche de la nébuleuse bleue NGC1977, on aperçoit des étoiles bleues qui appartiennent à une autre nébuleuse NGC1981, également un amas ouvert mais plus ancien regroupant une cinquantaine d’étoiles approximativement âgées de 150 millions d’années.

   Concernant la nébuleuse d’Orion et sa voisine NGC1977, grâce à la technologie infrarouge qui explore les zones froides, on arrive à présent à objectiver les étoiles très jeunes cachées dans les épais nuages de gaz et de poussière. Ici, le gaz brillant de la constellation d’Orion baigne les nouvelles étoiles jeunes et chaudes situées à la frontière du nuage moléculaire géant. En plein centre de la nébuleuse se trouvent quatre étoiles bleues qui forment une espèce de trapèze : leur lumière est absorbée par les atomes de gaz qui la réémettent (d’où le terme de nébuleuse par émission) selon leur structure propre et donc dans des couleurs différentes, à savoir rouge pour l’hydrogène et l’azote, vert pour l’oxygène. Ce sont ces réémissions à grande distance qui trahissent la présence des nouvelles étoiles, autrement cachées en lumière visible.

   La nébuleuse d’Orion et sa voisine que nous voyons ici ne représentent qu’une toute petite partie d’un ensemble bien plus gros appelé le nuage (ou complexe) d’Orion. Celui-ci s’étend sur plus de 1500 années-lumière et sur une largeur de plusieurs centaines d’années-lumière  mais seule la nébuleuse d’Orion et ses environs immédiats sont accessibles facilement à l’observation sans instruments perfectionnés.

Les objets de Herbig-Haro

   Parfois, avec un peu de chance, les scientifiques peuvent repérer les étoiles naissantes grâce à un événement qui leur est propre : la présence d’un jet cosmique appelé « objet de Herbig-Haro » (objet HH) selon les noms de leurs découvreurs.

   Sur l’image ci-dessus et grâce au télescope spatial Hubble, nous nous trouvons à présent au cœur de la nébuleuse d’Orion et plus précisément dans la pouponnière stellaire d’Orion B. Masquée à la vue, la proto étoile centrale HH24, est environnée de poussière et de gaz froid sous la forme d'un disque d'accrétion en rotation. Lorsque le matériau du disque tombe vers le jeune objet stellaire, il s'échauffe. Des jets opposés se forment le long de l'axe de rotation du système. Perçant au travers du matériau interstellaire de la région, ces jets produisent une cascade d'ondes de chocs le long de leur parcours. L’image risque d’évoquer chez certains la forme d’un sabre-laser à lames antagonistes, cher à l’univers Star Wars de George Lucas, mais il s’agit bel et bien d’un phénomène trahissant la présence d’une toute jeune étoile en formation.

   Ces objets de Herbig-Haro sont souvent associés à un groupe particulier d’étoiles jeunes, les étoiles variables de type T Tauri (appelées ainsi d’après l’étoile princeps T Tauri).  Toujours situées auprès des nuages moléculaires, ces étoiles sont caractérisées par des variations brutales et imprévisibles de leur magnitude apparente, c’est-à-dire de leur luminosité : ces étoiles sont parmi les plus jeunes qu’il soit possible d’observer puisqu’elles sont âgées de moins de 10 millions d’années. En réalité, on peut avancer que les T Tauri sont dans un stade évolutif intermédiaire entre une proto-étoile et une étoile de faible masse appartenant à la séquence principale du diagramme HR. Il faudra attendre environ une centaine de millions d’années pour que ces toutes jeunes étoiles arrivent sur cette séquence principale. Preuve de leur jeunesse, elles sont encore très souvent entourées d’un disque d’accrétion et sont par ailleurs riches en lithium, un élément qui sera progressivement détruit au fur et à mesure de l’élévation de leur température centrale.

Jeunesse et vieillissement de l’univers

   Nous l’avons ici souvent répété : regarder dans le ciel, c’est regarder dans la passé. Regarder la lumière du Soleil, c’est déjà contempler ses rayons avec huit minutes de retard, un laps de temps évidemment négligeable à l’échelle du cosmos. Regarder d’autres galaxies, les observer dans le ciel lointain comme le fait le télescope spatial Hubble, c’est totalement autre chose. Chercher à percer les mystères d’une formation galactique située à plus de 10 milliards d’années-lumière, c’est interpréter une lumière qui a mis 10 milliards d’années à nous parvenir, ce qui veut dire qu’elle fut émise alors que le Soleil n’existait pas encore. Il est même possible que la galaxie dont nous cherchons alors à percer les caractéristiques n’existe plus. Ou en tout cas pas sous cette forme.

   Les scientifiques qui observent les galaxies lointaines savent bien qu’elles n’existent plus sous la forme de l’image qui leur parvient mais ils sont intéressés par autre chose : cette image si ancienne est le témoin d’un stade antérieur qui est probablement aussi celui par lequel passa notre propre galaxie, la Voie lactée. Or, qu’a-t-on observé lors que nos instruments nous l’ont permis ? Que jadis, dans ces galaxies lointaines, la création d’étoiles était bien plus importante que de nos jours dans la nôtre.

   En effet, dans notre galaxie, le nombre de naissances annuel d’étoiles est estimé à sept (oui, 7) ce qui est finalement assez peu pour une structure qui comprend environ 200 milliards d’étoiles (mais cela représente plus d’un million d’étoiles depuis l’apparition - récente - d’homo sapiens sur Terre). Ce chiffre reste compatible avec ce qu’on sait des galaxies spirales comme la nôtre.

   Lorsqu’on observe le ciel profond, on remarque que les galaxies de ce passé lointain créaient annuellement des étoiles par milliers ; il y avait même certaines galaxies appelées galaxies-monstres tant elle étaient productives. Est-ce à dire que, le temps passant, la matière première (gaz, nuage moléculaire) est devenue plus rare ?

   Un autre moyen pour notre galaxie de créer de nouvelles

étoiles serait d’absorber ses galaxies satellites et cela semble en cours car les forces gravitationnelles gigantesques en jeu finiront par la cannibalisation des nuages de Magellan, les deux galaxies satellites proches de la Voie lactée. Répétons une fois de plus que, l’espace étant tellement étendue et vide, cette absorption se fera sans que jamais une étoile n’en percute une autre. En revanche, les forces en présence dans les nuages de gaz provoqueront le regain de naissances que nous évoquions à l’instant…

   Et puis, dans environ trois milliards d’années, ce sera le choc fantastique entre notre galaxie et sa voisine M 31 Andromède qui, elle, abrite environ 1000 milliards d’étoiles. Toujours pas de chocs frontaux mais de gigantesques maternités stellaires. C’est prévu pour dans bien longtemps mais cela arrivera. Inéluctablement.

Sources :

1. www.herschel.fr

2. Wikipedia.org

3. www.astronomes.com

4. planete.gaia.free.fr

5. www.futura-sciences.com/sciences

6. www.astronoo.com/fr

7. www.linternaute.com/science

Images

1. nébuleuse de la Carène (source : wallpapercave.com)

2. ciel étoilé (source : suri.morkitu.org)

3. fonds diffus cosmologique (source : dailygeekshow.com)

4. formation stellaire (source : www.nrao.edu)

5. diagramme de Hertzsprung-Russell (source : lemomo2.pagesperso-orange.fr)

6. constellation d’Orion (source : Tony Hallas in www.astronoo.com)

7. nébuleuse d’Orion (source : www.stelvision.com)

8. objet de Herbig-Haro (source : NASA, ESA, Hubble Heritage (STScI/AURA) /Hubble-Europe)

9. Voie lactée et nuages de Magellan (source : www.cypouz.com)

Mots-clés : univers stationnaire - relativité générale - George Lemaître - Edwin Hubble - Fred Hoyle - principe cosmologique - diagramme de Hertzsprung-Russel - objets de Herbig-Haro - étoiles T Tauri

les mots en blanc renvoient à une documentation complémentaire

Sujets apparentés sur le blog

1. les étoiles primordiales

2. l'expansion de l'univers

3. la Voie lactée

4. les frontières de l'univers

5. théorie de la relativité générale

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mise à jour : 3 juin 2020

   Notre étoile est une naine jaune de type G2-V, G2 signifiant qu’elle est un peu plus chaude que la moyenne des étoiles de sa catégorie tandis que V (prononcer cinq) veut simplement dire que le Soleil se situe au centre de la séquence principale du diagramme de

Hertzsprung-Russell (HR) qui répertorie la vie des étoiles. Fondu dans la masse des astres sans histoires, le Soleil, est donc en équilibre, bien tranquille en somme et à peu près à la moitié de sa vie. C’est une étoile relativement ordinaire puisque, dans la Voie lactée, les naines jaunes

comme elle sont près de dix milliards, à rapporter il est vrai à un total d’environ 150 milliards d’étoiles dont l’immense majorité est représentée par des naines rouges, des étoiles plus petites et moins chaudes que notre Soleil.

   Le Soleil est une étoile de 1 392 000 km de diamètre (109 fois le diamètre de la Terre) représentant 99,584 % de la masse du système solaire et, lorsqu’on le regarde à l’horizon terrestre, sa lumière qui parvient jusqu’à nous a voyagé durant 8 minutes et 19 secondes. Toutefois, si notre Soleil semble bien briller d’un beau jaune, plus ou moins orangé par moments, c’est essentiellement dû à la présence de l’atmosphère terrestre car, de l’espace, il apparaît d’un blanc tirant sur le vert et c’est bien ainsi que l’ont vu les astronautes des différentes missions spatiales.

   Le Soleil est une étoile parmi d’autres mais qui présente pour nous une propriété extraordinaire : c’est la seule dont nous soyons certains qu’une des planètes qui tourne autour d’elle renferme la Vie.

Le Soleil dans la Galaxie

   Le Soleil est un astre appartenant à une grande galaxie spirale barrée, la Voie lactée, dont on estime qu’elle abrite environ 150 milliards d’étoiles. Il existe des milliards de galaxies renfermant chacune des centaines de milliards d’étoiles : notre Soleil est l’une d’entre elles et c’est dire l’insignifiance de notre présence en ce bas-monde. Pour bien saisir cette existence infinitésimale, on dit parfois qu’il y a autant d’étoiles dans l’univers que de grains de sable à la surface de la Terre, le Soleil étant un seul de ces grains de sable…

   Dans la Voie lactée, il est situé approximativement vers les

2/3externes de l’ensemble, c’est-à-dire à environ 25 000 années-lumière du centre galactique occupé par un monstre pour l’instant en sommeil relatif, le trou noir baptisé Sagittarius A. Notre galaxie (qu’on appelle également la Galaxie, avec un G majuscule) étant du genre spirale, elle est dotée de quatre bras et c’est sur le bord intérieur de l’un d’entre eux, le bras d’Orion, que se trouve notre Soleil.

   Dans notre inconscient collectif, depuis que l’astronomie a pu s’affranchir des obscurantismes du passé, on sait que la Terre et les autres planètes tournent autour du Soleil qu’on imagine volontiers immobile : il s’agit là d’une erreur flagrante. Comme toutes les étoiles de toutes les galaxies, le Soleil est animé d’un mouvement propre qui le maintient en équilibre relatif avec les autres objets de son entourage. En réalité, le Soleil (et son système planétaire) se déplace à la vitesse de 217 km/sec (soit une année-lumière chaque 1400 ans) en un immense parcours circulaire autour du centre de la Voie lactée, un périple qui l’amène à en faire un tour complet en environ 226 millions d’années : depuis qu’elle existe, notre étoile a fait 18 fois le tour de la Galaxie…

   De la même manière, l’environnement proche du Soleil change lentement, les différentes étoiles se déplaçant les unes par rapport aux autres : par exemple, la naine rouge Proxima du Centaure qui est actuellement l’étoile la plus proche du Soleil puisqu’elle est située à 4,23 années-lumière de lui, ne le sera plus dans 33 000 ans, alors remplacée par une autre naine rouge, Ross 248.

Voir aussi :   la Voie lactée

                    les galaxies

Activité solaire

   Puisque le Soleil est une étoile, son activité consiste essentiellement à transformer de l’hydrogène en hélium et cette activité est gigantesque : chaque seconde, dans son cœur, notre étoile transforme 564 millions de tonne d’hydrogène en 560 millions de tonnes d’hélium ce qui lui fait perdre 4 millions de tonnes d’hydrogène dans l’opération. Chaque seconde  ! En fait, en une seconde le Soleil dégage plus d’énergie que toutes les civilisations humaines depuis leur apparition. Et cela dure depuis 4,57 milliards d’années et durera encore au moins aussi longtemps. C’est la raison pour laquelle, comme on l’a déjà dit, le Soleil se trouve sur la bande médiane du diagramme HR comme toutes les étoiles qui vivent tranquillement leur vie. Pour l’instant, il est composé de 74% d’hydrogène et de 24% d’hélium ce qui lui laisse de la marge (le reste de matière - oxygène, carbone, fer, etc. - est négligeable). Mais, bien entendu, ici-bas tout a une fin et lorsqu’elle aura épuisé ses réserves d’hydrogène, il faudra bien que notre étoile trouve le moyen de continuer à exister, du moins pour quelque temps supplémentaire : c’est ce que nous verrons un peu plus loin.

   À l’inverse d’une planète tellurique comme la Terre, le Soleil ne

présente pas de limites bien définies et la densité de ses gaz chute de manière progressive à mesure que l'on s'éloigne de son centre. Toutefois sa structure globale est assez bien comprise. On lui décrit :

* un noyau central dans lequel se font les réactions nucléaires, c’est-à-dire la fusion des atomes d’hydrogène pour aboutir aux atomes d’hélium. Inutile de préciser que les chiffres à cet endroit sont inimaginables : 15 millions de degrés pour la température (contre 5800 K en surface) et 340 milliards de fois la pression terrestre  !

* une zone radiative : c’est une région de gaz denses où les rayons gamma provenant de la fusion centrale sont réémis sous la forme de rayons X et ultra-violets dont les particules lumineuses, les photons, mettent un temps considérable pour traverser les différentes strates solaires avant d’arriver en surface (les scientifiques avancent les chiffres de 10 000 à 170 000 ans). Une fois atteinte la photosphère, ces photons s’échappent principalement sous forme de lumière ;

* une zone convective où l’énergie centrale est transmise à la surface par convection (mouvements verticaux de va-et-vient selon les différences de température) : l’énergie est conduite en surface par les gaz qui « replongent » lorsqu’ils la perdent ;

* la photosphère (160 km d’épaisseur) d’où part l’émission d’énergie qui atteint les planètes et

* la chromosphère, couche semi-transparente où se forment les protubérances, ces colonnes de feu qui jaillissent sur plusieurs centaines de km de hauteur ;

* la couronne solaire, enfin, qui est en quelque sorte la « chevelure » de l’atmosphère solaire.

   Nous venons de décrire (très) succinctement la structure du Soleil mais il serait bien entendu absurde de penser que son activité s’arrête là. Car, au-delà de la couronne qui s’évanouit peu à peu, commence ce que l’on appelle l’héliosphère qui, comme son nom l’indique est une immense bulle entourant notre étoile (et ses planètes). Cette héliosphère s’étend jusqu’aux confins du système, parcourue par les vents solaires (flux de plasma éjecté de la haute atmosphère solaire). On appelle alors héliopause l’endroit où ces vents solaires sont finalement neutralisés par le milieu interstellaire, l’endroit, en somme, où l’on sort de la zone d’influence de notre étoile pour entrer véritablement dans l’espace galactique proprement dit. C’est l’exploit qui a été réalisé il y a quelques mois par la sonde spatiale Voyager 1, premier et jusqu’à présent seul objet de fabrication humaine à être allé aussi loin : après un voyage de plus de quarante ans, le petit engin reste malgré tout toujours alerte et réactif aux ordres de sa base de lancement…

Voir aussi :   Les sondes spatiales Voyager

Les cycles du Soleil

   Les mouvements du Soleil ne concernent pas uniquement ses déplacements au sein de la Galaxie puisqu’il est également animé d’une rotation sur lui-même en environ 27 jours (25 à son équateur, 35 aux pôles). En fait, le Soleil est une boule de plasma et de gaz ce qui explique que cette rotation ne soit pas homogène sans que les scientifiques n’aient réellement compris les mécanismes en action. Quoi qu’il en soit, le Soleil génère un intense champ magnétique dont les effets se font sentir dans toute sa zone d’influence, notamment sur notre planète (aurores boréales notamment).

   Il existe bien un cycle solaire, c’est-à-dire une alternance d’activité maximale et minimale de notre étoile. Le phénomène est connu depuis longtemps et a été décrit pour la première fois par un astronome allemand, Heinrich Schwabe en 1843. Ce cycle est d’environ 11 ans (mais il est parfois irrégulier variant de 8 à 15 ans) et il faut bien reconnaître qu’aucune explication parfaite n’a jusqu’ici été proposée pour l’expliquer.

   De la même façon, le Soleil présente des taches sombres variables et intermittentes, un phénomène connu depuis la plus haute antiquité

puisque déjà remarqué par les astronomes grecs et chinois. Toutefois, c’est à Galilée que revient le fait d’avoir pu les observer en détail en 1612 grâce sa lunette astronomique. Cet aspect plus sombre d’une partie de l’étoile est en rapport avec un refroidissement (relatif) dont la cause semble être une inhibition de la convection (cf supra) à la suite d’une augmentation locale du champ magnétique. En fait, une tache solaire est une espèce d’immense tourbillon (certaines taches sont grandes comme des dizaines de Terre) où le gaz situé à la surface du Soleil plonge vers l’intérieur à des vitesses de plusieurs milliers de km à l’heure.

   Depuis que l’on étudie ce phénomène, nous nous trouvons dans le 24ème cycle solaire. La fin du 23ème cycle s’est produite en 2008 mais la reprise et le début du 24ème cycle se sont fait attendre jusqu’en 2013 sans que l’on ait de franches explications sur le sujet : on trouvera un article plus complet ICI. Ce que l’on peut dire toutefois, c’est qu’un tel phénomène - déjà connu par le passé - entraînera peut-être une baisse durable de l’activité solaire ce qui pourrait conduire à un refroidissement général à la surface de notre planète (compensé - mais jusqu’à quel point ? - par l’éventuel réchauffement climatique tant discuté de nos jours).

Voir aussi :   l’énigme des taches solaires

Le Soleil, une naissance assez classique…

   La Voie lactée est âgée d’environ 13 milliards d’années ce qui en fait, en réalité, une contemporaine des presque débuts (l’âge de l’Univers étant estimé à 13,7 milliards d’années) mais, bien entendu, le Soleil s’est formé bien plus tard, à peu près vers les 2/3 de l’âge de la Galaxie. Longtemps, les astronomes ont pensé que cette création était en rapport avec l’explosion locale d’une supernova, une théorie aujourd’hui abandonnée.

  L’hypothèse la plus vraisemblable est celle, il y a 4,5 milliards d’années de la présence d’une immense nébuleuse, c’est-à-dire un vaste ensemble de gaz et de matière s’étendant sur des dizaines d’années-

lumière. Sous l’effet de la gravitation, un nuage froid d’hydrogène et d’hélium se met à tourner de plus en plus vite sur lui-même. Le nuage s’aplatit progressivement tandis que sa température s’élève de façon vertigineuse et que, au centre, une zone ultra-compacte commence à délimiter les contours d’une proto-étoile. De la matière vient s’agréger à l’ensemble et lorsque la température atteint les 15 millions de degrés, les réactions thermonucléaires s’enclenchent avec l’amorce de la fusion de l’hydrogène : le Soleil vient de naître. Il ne nait d’ailleurs certainement pas seul puisque, la plupart du temps, de tels phénomènes engendrent l’apparition d’une poignée d’étoiles, le plus souvent quelques dizaines. Toutefois, nous évoquons un passé très ancien et, avec le temps et les mouvements stellaires relatifs, ces étoiles-sœurs se sont éloignées les unes des autres, certaines d’ailleurs étant déjà mortes. Aujourd’hui, il est impossible de savoir quelles étoiles faisaient alors partie de la pouponnière de notre astre du jour.

   On peut estimer la naissance du Soleil comme assez rapide (en termes astronomiques) puisqu’elle aura duré approximativement cinquante millions d’années, à comparer aux 12 milliards d’années que la nouvelle étoile a devant elle. Dont environ 10 milliards passés comme on l’a déjà signalé bien au calme sur la séquence principale du diagramme HR. Aujourd’hui, notre étoile se trouve en quelque sorte presque au milieu de sa vie ce qui signifie que, lorsque tout commencera à aller mal pour elle (dans 6 à 7 milliards d’années), les Hommes auront depuis longtemps, très longtemps, disparu. Mais cela ne nous empêche pas de savoir à l’avance comment tout finira pour notre Soleil puisque les astres de sa catégorie, les naines jaunes, sont connus depuis longtemps.

Voir aussi :   la Terre, centre du Monde

                    origine du système solaire

… mais  une mort plutôt singulière

     Toutes les étoiles ne sont pas égales face à leur mort : celle-ci dépend de leur taille, nous avons déjà eu l’occasion de l’évoquer ICI. Loin de la disparition apocalyptique des étoiles de plus de huit masses solaires qui terminent en supernovas, le Soleil quant à lui va passer par plusieurs stades successifs, assez bien documentés aujourd’hui par l’étude attentive de la disparition d’autres naines jaunes.

*  Signalons tout d’abord que, au cours de sa vie et au fur et à mesure que le Soleil perd son hydrogène au profit de l’hélium qu’il fabrique, sa luminosité et sa chaleur augmentent lentement, tant et si bien que dans un milliard d’années la Terre sera devenue pratiquement inhabitable : il sera alors temps - si l’humanité existe encore (ce dont je doute fortement) - de songer à émigrer peut-être sur une des lunes des géantes gazeuses. Encore deux milliards d’années et la chaleur du Soleil fera s’évaporer les océans terrestres, la Terre ne sera alors plus qu’une planète-désert calcinée. Toutefois, la véritable catastrophe reste encore à venir ;

* dans 4 milliards d’années, lorsque le Soleil aura environ le double de son âge actuel, notre étoile aura définitivement épuisé ses réserves d’hydrogène et son cœur ne sera plus composé que d’hélium et d’éléments plus lourds. C’est à ce stade, un stade où il ne pourra plus produire d’énergie, qu’il quittera la séquence principale du diagramme HR, son cœur commençant spontanément à se contracter tandis que, pour garder son équilibre, son diamètre et sa luminosité vont doubler ;

* dans 6 milliards d’années, les couches solaires superficielles seront

progressivement repoussées avec pour conséquence une dilatation lente durant 500 millions d’années puis plus rapide les 500 millions d’années suivants : d’un diamètre 100 fois plus grand que l’actuel et 2000 fois plus lumineux, le Soleil sera devenu une géante rouge qui englobera jusqu’à l’orbite de Vénus et durera encore un milliard d’années ;

* puis, la couronne externe du cœur de l’étoile va contracter l’hélium et initier sa réaction de fusion pour le transformer en carbone et en oxygène : il s’agira d’une réaction brutale appelée « le flash de l’hélium » dont la conséquence sera la diminution du volume et de la luminosité de l’étoile qui deviendra alors une sous-géante rouge…

* …qui va, lorsque tout l’hélium central aura été définitivement transformé, retrouver à nouveau son état de géante rouge durant une vingtaine de millions d’années supplémentaires. N’étant pas assez massif pour suffisamment comprimer son cœur de carbone, ses couches externes seront peu à peu dispersées dans l’espace pour donner ce que l’on appelle classiquement une « nébuleuse planétaire », terme toujours usité mais datant des débuts de l’astronomie moderne lorsqu’on croyait ces images en rapport avec des planètes. Cette nébuleuse planétaire sera composée d’hélium, de restes d’hydrogène ayant échappé aux fusions successives et d’un peu de carbone : ce nuage très chaud (10 000 K) pourra participer à la naissance de nouvelles étoiles, comme quoi, dans la Nature, de la mort souvent nait la vie…

* et le noyau dans tout ça ? Composé de carbone mais n’ayant plus de

carburant à consommer pour s’opposer aux forces gravitationnelles, le cœur va s’effondrer sur lui-même pour former une naine blanche, c’est-à-dire un astre de la taille de la Terre mais composé d’une matière dégénérée si dense qu’un grain de poussière y pèsera plus que toute la tour Eiffel. Au début, la naine blanche sera très brillante en raison de la chaleur emmagasinée puis elle se refroidira progressivement durant plusieurs milliards d’années avant de ne plus être qu’un cadavre n’émettant plus aucune lumière, une naine noire.

Voir aussi :   mort d’une étoile

                    la mort du système solaire

Le Soleil, une étoile très particulière

   Évidemment, quand on y réfléchit, dans l’immensité - peut-être l’infini - de l’espace, notre Soleil et son cortège de planètes, ce n’est pas grand-chose. D’abord, parce que des étoiles du même type, il en existe des milliards, probablement des milliards de milliards. Ensuite, parce que le Soleil, étoile moyenne, est totalement « noyé » dans l’immensité de la Voie lactée et ses 200 milliards d’étoiles. Enfin parce que la Voie lactée elle-même est insignifiante comparée aux milliards d’autres galaxies de l’univers visible.

   Pourtant, à nos yeux, le Soleil représente une étoile très spéciale… puisque c’est la nôtre. À notre connaissance, elle seule, abrite la Vie avec certitude. Bien sûr, statistiquement, cette vie, sous une forme ou sous une autre, existe forcément quelque part, ailleurs. Mais, pour le moment, nous ne pouvons pas  l’affirmer avec certitude. Et puisqu’il est si proche de nous, le Soleil a été l’étoile qui nous a permis de comprendre plus facilement les autres étoiles, celles qui lui ressemblent, évidemment, mais aussi les autres, observées et comparées à lui. Nous lui devons donc, outre la vie, une certaine approche de l’univers qui nous entoure.

   Pour l’espèce humaine, le Soleil est une étoile ambivalente : tout à fait ordinaire d’un certain point de vue, mais totalement exceptionnelle de l’autre. C’est en cela qu’il est si précieux.

Sources

* wikipedia France

* encyclopaediae britannica

* astronoo.com  

* revue Ciel et Espace

Images

1. coucher de soleil (sources : fond-d-ecran-gratuit.org)  

2. diagramme de Hirtzprung-Russel (sources : astronomie.savoir.fr)

3. place du Soleil dans la Galaxie (sources : cuk.ch)

4. structure du Soleil (sources : univers-astronomie.fr)

5. taches solaires (sources : journaldunet.com)

6. naissance du Soleil (sources : images.4ever.eu)

7. Soleil, géante rouge (sources : jmmasuy.net)

8. naine blanche et sa nébuleuse planétaire (sources : techno-science-net)

Mots-clés : naine jaune - Proxima du Centaure - planète tellurique - supernovas

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Mise à jour : 20 mars 2023

   Aujourd’hui, les scientifiques nous affirment que, en mars 2018, plus de 5000 exoplanètes (c’est-à-dire de planètes existant dans des systèmes stellaires autres que le nôtre) ont été mises en évidence. Toutefois, c’est au mois d’avril 2014 qu’a été publiée la dernière statistique réellement fiable du nombre d’exoplanètes : le total s’élevait alors à 1783 correspondant à 1105 systèmes stellaires (dont 460 multiples). Bien entendu, pour ces 1105 systèmes il s’agit uniquement des planètes visibles par nos outils encore imprécis et il y a gros à parier que nombre d’entre elles restent ignorées, notamment les petites planètes telluriques comme la Terre.

    En réalité, puisque la Voie lactée contient environ 200

milliards d’étoiles, c’est probablement plusieurs centaines de milliards de planètes qui peupleraient notre seule galaxie et, d’après une étude récente, environ 8,8 milliards d’entre elles seraient semblables à la Terre… Un nombre gigantesque et en fait inaccessible à notre entendement  ! On trouvera un certain nombre d’informations sur ces exoplanètes - notamment sur les méthodes de détection - dans l’article dédié à ce sujet ICI .

   D’autre part, dans le système solaire, si Mercure ne possède aucun satellite, Jupiter en compte 69, Saturne une soixantaine, etc. et puisqu’il n’y a aucune raison pour que notre système soit exceptionnel, il est plus que probable qu’il existe encore plus de lunes naturelles dans la Voie lactée que de planètes. Néanmoins, en raison de leur petite taille comparée à celle de l’étoile centrale de leur système, aucune d’entre elles n’a encore été mise en évidence et, du coup, chez les scientifiques spécialistes de la question, c’est la course à celui qui, le premier, en identifiera une.

   Précisons enfin qu’évoquer le nombre de lunes possiblement existantes dans l’Univers n’a rien d’un exercice gratuit car, comme on le verra, ce sont elles qui sont les meilleures candidates pour abriter une forme de vie.

Quelles conditions à l’apparition de la Vie ?

   Nous avons déjà évoqué les conditions indispensables pour que la Vie puisse apparaître sur une planète (voir : le sujet dédié ici). Rappelons brièvement les principales d’entre elles :

* le temps : il a fallu plus de trois milliards d’années pour que la Vie telle que nous la connaissons apparaisse sur Terre et on imagine facilement qu’il en est probablement de même un peu partout dans l’Univers. Une étoile de type naine jaune comme le Soleil semble être le type stellaire le mieux adapté à de telles longueurs de temps mais, d’un autre côté, les naines rouges, notoirement moins rayonnantes (mais à la longévité largement plus importante) sont en revanche bien plus nombreuses…

*  se trouver dans la zone habitable d’un système stellaire : trop près de l’étoile, la planète serait brulée et incapable de voir se développer la Vie, exposée qu’elle serait aux multiples radiations stellaires et à la chaleur intense. À l’inverse, trop éloignée de l’étoile centrale, le sol gelé d’une planète glacée serait incapable de permettre la présence permanente d’eau liquide dont on peut penser qu’elle est indispensable au développement d’une matière vivante telle qu’on la connait ;

*  la présence d’un champ magnétique important susceptible de dévier les rayons cosmiques et autre vent solaire dont l’impact trop intense risque de dégrader les fragiles structures cellulaires du vivant. La Terre possède un tel champ magnétique qui protège ses habitants biologiques mais la Lune, par exemple, en est pratiquement dépourvue ;

* la souplesse de la croûte terrestre : une dérive des continents et la recomposition au fil du temps des différentes plaques tectoniques permet tour à tour le brassage et l’isolation des populations vivantes : c’est ce phénomène qui entraîne, par la sélection naturelle, l’évolution des espèces, du coup bien difficile à concevoir sur une planète rigide ;

* l’existence de planètes géantes dont la présence est une sorte

de bouclier pour les planètes plus petites puisqu’elle leur évite

d’être trop souvent bombardées par les différents bolides croisant dans le système stellaire concerné

*  et l’eau, certainement indispensable.

   Pour que les conditions d’apparition de la Vie soient réalisées, il faut aussi compter sur l’absence de certains facteurs contraires comme, l’existence trop proche d’un trou noir géant (il en existe très certainement au centre de chaque galaxie), la proximité d’une supernova dont le rayonnement serait délétère pour une vie organique et, peut-être, une trop grande densité stellaire (et les perturbations gravitationnelles alors engendrées).

   Au total, on voit que les conditions nécessaires à l’éventuelle éclosion de la Vie sont nombreuses et variées mais, comme cela a été noté plus haut, le nombre de planètes possiblement candidates pour ressembler à la Terre est extraordinairement élevé, que ce soit comme planètes « indépendantes » ou comme satellites naturels d’une authentique planète.

Les lunes, meilleures candidates pour abriter la Vie ?

   C’est en tout cas ce que prétendent certains scientifiques. Pour eux, les lunes présentent d’énormes avantages : elles sont, par exemple, assez petites (comparées aux planètes) et, du coup, il y a peu de risques qu’une lune soit gazeuse mais bien plus sûrement une planète rocheuse plus hospitalière pour la matière vivante… D’autre part, un satellite naturel tourne autour d’une planète qui ne peut que le protéger des radiations nocives par son champ magnétique.

   On comprend toutefois que, si la détection d’une exoplanète est difficile, celle d’une exolune, bien plus petite, est quasiment impossible compte-tenu de la faiblesse de nos outils actuels, en tout cas au sol. Le meilleur détecteur de lunes reste en fait le télescope spatial Kepler lancé par la NASA en 2009 et qui a principalement recours à la méthode des transits. Rappelons

que, en astronomie, un transit est un phénomène qui se produit lorsqu'un objet céleste s'intercale entre l'observateur et un autre objet, le premier objet paraissant alors se déplacer devant le deuxième. Dans le cas présent, d’infimes variations dans la luminosité de l’étoile étudiée peuvent être dues au passage d’un corps bien plus petit devant elle. Résultats ? Sur plus de 1000 exoplanètes étudiées, un seul espoir (qui reste à confirmer) baptisé Kepler-1625b-I : nous aurons l’occasion d’y revenir.

   Pourquoi n’a-t-on pas eu jusqu’à présent plus de succès dans cette quête des exolunes ? Une des raisons principales est le domaine d’activité de Kepler. En effet, afin d’être le plus efficace possible dans sa recherche d’exoplanètes, le télescope spatial étudie essentiellement les planètes qui sont relativement proches de leurs étoiles. Toutefois, plus une planète est proche de son étoile, plus les lunes éventuelles qui tournent autour d’elle sont instables : la gravitation de l’étoile peut tout simplement arracher la lune à l’emprise de sa planète et la projeter vers l’extérieur en en faisant une planète à part entière. À moins que, à l’inverse, elle ne l’attire et la détruise. Les lunes stables sont plus éloignées de leurs étoiles mais Kepler ne les étudie pas : de ce fait, si on s’en tient aux critères d’observation retenus ici, aucune des 170 lunes existant dans le système solaire n’aurait été détectée  !

   C’est la raison pour laquelle les scientifiques mettent beaucoup d’espoir dans deux outils à venir, CHEOPS et TESS.

* CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite ou, en français, satellite de caractérisation des exoplanètes) est un petit

satellite développé par l’Agence Spatiale Européenne et la Suisse qui doit être mis en orbite vers la fin de l’année 2018. Sa mission n’est pas de rechercher des exoplanètes (c’est le rôle de Kepler) mais d’étudier celles déjà identifiées dans un environnement relativement proche du système solaire, en essayant notamment de caractériser leurs atmosphères si elles existent. On comprend donc que CHEOPS pourra également identifier dans le même mouvement certains satellites orbitant autour de ces exoplanètes ;

* TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite  et, en français, satellite de relevé des exoplanètes en transit) sera quant à lui lancé en juin 2018. D’origine américaine (MIT/NASA), il s’agit également d’un petit télescope chargé de détecter les planètes telluriques gravitant dans les zones habitables d’étoiles proches de nous. TESS s’appuiera sur les observations de Kepler pour étudier les étoiles de petite taille  de type spectral G (celui du Soleil) et K. Sa particularité est que, à l’inverse des grands

télescopes comme Kepler ou Corot qui observent longtemps une petite fraction du ciel, TESS scrutera l’ensemble de la voûte céleste. Les scientifiques de ce projet parient sur un total de nouvelles exoplanètes découvertes compris entre 1000 et 10 000, le relais étant ensuite pris par la grand télescope spatial James Webb qui sera lancé en 2019 pour succéder au télescope spatial Hubble. Comme pour CHEOPS, les spécialistes de la question espèrent bien découvrir au passage quelques exolunes.

Exolunes : un seul candidat sérieux… pour le moment

   Sur plus de 280 exoplanètes étudiées d’après les observations du télescope Kepler, un seul candidat au titre d’exolune a, évoquions-nous, jusqu’à présent été identifié, ce qui semble peu. Toutefois, compte tenu des réserves exprimées plus haut, on comprend assez facilement l’indigence d’un tel résultat.

   La planète qui pourrait abriter la première exolune à être découverte s’appelle Kepler-1625b (b car la deuxième planète du système). Située à environ 4000 années-lumière du Soleil, l’étoile Kepler-1625 se trouve dans la constellation du Cygne et

l’exoplanète concernée est une géante du type de Jupiter. Sa

taille est d’environ 6 à 12 fois celle de notre géante gazeuse et

elle tourne autour de son étoile en un peu moins de 300 jours. Bien plus important est le fait que cette exoplanète semble se situer dans la zone habitable stellaire de son étoile. De ce fait, sa lune (de la taille de Neptune soit quatre fois celle de la Terre) devient un réel candidat potentiel au développement de la vie. Bien entendu, tout ceci mérite confirmation et approfondissement mais les scientifiques comptent beaucoup sur le télescope Hubble pour en savoir un peu plus : le calendrier de ce dernier étant particulièrement chargé, il faudra attendre encore quelques mois pour en avoir le cœur net.

L’avenir est prometteur

   Nous n’en sommes manifestement qu’au début du repérage (et de l’observation) d’exolunes. Les outils mis à la disposition des scientifiques progressant sans cesse, il convient par conséquent de s’armer de patience. Dans quelques années, nos instruments permettront non seulement d’identifier ces astres si convoités mais surtout d’y rechercher des traces de vie organique (étude des atmosphères, présence de certains composants propres à la vie, etc.). Si ces observations finissaient par se révéler payantes, ce serait une véritable révolution conceptuelle sur l’origine de la vie dans son acceptation la plus générale. Et cela même si ces mondes lointains restent totalement hors de notre portée : il faut 4000 ans à la vitesse de la lumière pour rejoindre une planète comme Kepler-1625b et, évidemment, beaucoup plus pour un quelconque engin de fabrication humaine. Ce qui n’empêchera certainement pas les scientifiques de braquer avec avidité leurs divers outils d’observation vers ces terres apparemment inaccessibles.

Sources

* Science & Vie, n° 1203, décembre 2017

* encyclopaediae britannica

* wikipedia

* revue Ciel et Espace

Images

1. vue d’artiste d’une exolune (sources : OVNI-France.fr)

2. des étoiles en grand nombre (sources : rtl.fr)

3. planète géante (sources : www.lecosmographe.com)

4. transit stellaire (sources : www.odyssespace.fr)

5. CHEOPS (sources : cheops.unibe.ch)

6. TESS (sources : You Tube)

7. vue d'artiste de Kepler-1625b (sources : news.rambler.ru)

Mots-clés : naine jaune - naine rouge - zone habitable planétaire - champ magnétique - dérive des continents - sélection naturelle - télescope spatial Kepler - Kepler-1625b

Sujets apparentés sur le blog

1. planètes extrasolaires

2. la formation des planètes

3. vie extraterrestre (1 et 2)

4. la voie lactée

5. l'énigme de la formation de la Lune

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Mise à jour : 20 mars 2023

LA RÉALITÉ DÉPASSE LA FICTION

   En 1941, le célèbre auteur de science-fiction Isaac Asimov écrivit une nouvelle (complétée dans un livre coécrit avec un autre auteur célèbre Robert Silverberg en 1990) intitulée " NightFall "(- quand reviendront les ténèbres - dans la traduction française). Il y était question d'un peuple vivant sur une planète éclairée par cinq soleils différents et qui ne voyait donc jamais d'obscurité naturelle. Sauf que tous les millénaires survenait un phénomène terrible : une éclipse de tous les soleils en même temps et donc la survenue d'une nuit si redoutée que le chaos s'emparait de la planète...

   "Absurde", "impossible", "bien écrit mais invraisemblable" avaient déclaré tous les critiques dits scientifiques de l'époque. Eh bien, un tel système solaire vient d'être découvert par le programme britannique Super Wasp : situé à 250 années-lumière de nous, il renferme effectivement 5 étoiles ce qui est très rare.

  Dans ce système baptisé poétiquement 1SWASP JO93010.78+533859.5, existent deux couples de binaires (étoiles doubles), un dit à éclipses (étoiles passant l'une devant l'autre) et l'autre dit à contact car les deux soleils partagent une partie de leur enveloppe externe. Plus une cinquième étoile qui se trouve à 2 milliards de km de la première binaire.

   Nos instruments sont encore un peu trop grossiers pour permettre de voir des planètes dans ce système mais les scientifiques pensent que c'est possible, voire hautement probable. On imagine alors sur de telles planètes les différences de durée des jours, les extraordinaires variations de teintes composites de l'atmosphère et la possibilité - rarissime - de voir parfois cinq soleils dans le ciel en même temps et donc l'autre hémisphère plongée dans l'obscurité... ce qui nous renvoie à la nouvelle d'Asimov ! Décidément, les grands esprits ont toujours raison bien avant les autres... et souvent avant les preuves tangibles !

Image : astronomie.skyrock.com

Pour en savoir plus sur les étoiles doubles :

https://www.cepheides.fr/article-16904066.html

KEPLER 452b

   Depuis la fin des années 1990, ce sont plusieurs milliers d'exoplanètes (des planètes tournant autour d'étoiles autres que notre Soleil) qui ont été mises en évidence. La grande majorité sont des planètes gazeuses comme Saturne ou Jupiter, quelques unes telluriques (faites de roches) comme la Terre.

   Et puis voilà que la NASA nous apprend qu'elle a découvert une planète presque comme la Terre, c'est à dire susceptible d'abriter une certaine forme de vie... Son nom ? Kepler 452b parce que c'est le télescope spatial Kepler qui l'a mise en évidence.

   Kepler 452b ressemble à la Terre en ce sens que comme elle, elle tourne autour d'une naine jaune (étoile de type solaire) un peu plus âgée que le Soleil, donc un peu plus chaude, en 385 jours et qu'elle est située suffisamment à "bonne distance" de son étoile pour qu'une vie de type terrestre puisse s'y développer. Un peu plus grosse que la Terre, elle posséderait effectivement une température "en surface" voisine de la nôtre.

   En revanche, impossible d'être certain de la composition de son sol et de savoir si elle possède une atmosphère (indispensable à la protection contre les rayons ultra-violets). Toutefois ce qui nous empêche de penser pouvoir nous y rendre un jour, c'est son éloignement : 1400 années-lumière (il faut donc 1400 ans à une information lumineuse pour nous parvenir de si loin et... autant pour la réponse !). J'ajoute que l'engin le plus rapide jamais lancé par l'Homme, la sonde New Horizons dont nous parlions il y a quelques jours et qui circule à la vitesse de plus de 80 000 km/h, mettrait un peu plus de... 12 MILLIONS d'années pour l'atteindre ! Bref, un rêve inaccessible, mais un rêve tout de même !

Pour en savoir plus sur les conditions nécessaires à l'apparition d'une vie comme la nôtre sur une planète, on peut se référer à deux articles du blog : vie extraterrestre (1 et 2) : http://www.cepheides.fr/article-23600657.html

QUI CROIT TOUT SAVOIR, SOUVENT SE TROMPE

   Les scientifiques, heureusement et contrairement à d'autres, savent se remettre en question. Tenez, par exemple, le cas des céphéides (qui ont donné son titre au blog), ces étoiles si particulières qu'elles ont révolutionné l'astronomie. En effet, l'américaine Henrietta Leavitt (morte dans l’anonymat alors qu'elle méritait le prix Nobel) avait montré la relation existant entre la période de pulsation de ces étoiles et leur luminosité : du coup, il devenait possible de calculer les distances de tous les objets de l'Univers, galaxies lointaines comprises !

   Le chef de file des céphéides est Delta Cephei dans la constellation de Céphée (d'où le nom de ces étoiles); elle a été découverte il y a 230 ans par l'anglais John Goodricke et étudiée sans arrêt depuis, surtout depuis les années 1920 et les travaux de Leavitt.

    Étudiée sous tous les angles, on pensait bien tout savoir de cette céphéide emblématique... Faux ! On ignorait (presque) l'essentiel : l'étoile Delta Cephei est double !

   Les astronomes suisses et américains qui l'observaient récemment ont, en effet, mis en évidence que la vitesse d'approche de cette étoile vers le Soleil n'est pas constante. Et

la seule explication possible est la présence d'une autre étoile tournant autour d'elle : Delta Cephei, une des étoiles les plus étudiées en astronomie, est une binaire (une étoile double) et on ne le savait pas...

    Comme quoi, il ne faut jamais jurer de rien et, surtout, ne jamais considérer les données scientifiques comme définitives et immuables puisqu'il ne s'agit toujours que d'approximations plus ou moins fines. Heureusement, les scientifiques savent se remettre en cause : c'est même grâce à cette faculté qu'on peut dissocier leur empirisme des affirmations définitives de certains faux prophètes.

Pour en savoir plus sur les céphéides et les travaux de Leavitt :

http://www.cepheides.fr/article-16821635.html

Image : delta Cephei (sources : Star-Splitters - WordPress.com et Henrietta Leavitt : wikipedia.org)

LA PLUS ANCIENNE GALAXIE

    En mai 2015, des chercheurs américains ont publié la découverte de la plus ancienne galaxie jamais observée par l'Homme : il aura fallu trois télescopes géants pour l'observer et découvrir son âge : 13,1 milliards d'années...

    Cela veut dire que cette galaxie, baptisée EGS-zs8-1, est située à 13,1 milliards d'années-lumière de nous (lumière qui voyage, on le rappelle, à la vitesse d'environ 300 000 km/s) ou, dit autrement, qu'on observe une image d'elle comme elle était il y a 13,1 milliards d'années. Or, l'âge estimé de l'Univers est de 13,7 milliards d'années environ. Cela veut dire que l'image captée aujourd'hui s'est formée 650 millions d'années après le Big bang. Et cela interpelle notre modèle de formation de l'Univers précoce.

    En effet, la dite-galaxie est massive et très lumineuse, formant des étoiles 80 fois plus rapidement que notre propre galaxie, la Voie lactée. Une chose est donc certaine : dès le début de l'Univers, il existait des galaxies massives, géantes, fourmillant d'étoiles bleues : jusqu'à peu, on avait parié sur de petites galaxies s'agrégeant progressivement au fil du temps. Eh bien non : modèle à revoir ou, plutôt, à compléter...

    C'est la raison pour laquelle les astronomes du monde entier attendent avec impatience le lancement dans les années proches du télescope spatial James Webb qui, 100 fois plus puissant que le télescope Hubble (mais dans le domaine de l'infrarouge) permettra d'aller regarder jusqu'à 300 millions d'années après le Big bang et de savoir comment se sont vraiment formées les premières galaxies...

Pour en savoir plus sur les premières galaxies : http://www.cepheides.fr/article-de-l-astronomie-les-premier…

Photo : l'espace profond vu par Hubble en 2010 et fourmillant de galaxies lointaines (sources : www.cepheides.fr)

ZÉTA OPHUICHI, UNE ÉTOILE EN FUITE

    Située à 460 années-lumière de la Terre, dans la constellation d'Ophiuchus (dite aussi du Serpentaire), Zéta Ophuichi est une étoile étrange.

    D'abord parce que c'est une étoile géante bleue (20 fois la masse solaire), très chaude, dont la luminosité est... 65 000 fois supérieure à celle du Soleil ! Pourtant, on la distingue mal et elle apparaît vaguement rougeâtre car elle est entourée de gaz qui absorbe une grande partie de sa lumière. Sans lui, elle serait une des plus brillantes étoiles du ciel.

    C'est surtout sa vitesse qui étonne : 24 km/seconde ! Elle donne l’impression de s'enfuir : les anglo-saxons appellent ces étoiles des "run away star" (étoiles en fuite ou errantes en France). Pourquoi s'échappe-t-elle ainsi comme "jetée par une fronde" ?

    Eh bien, c'est que jadis elle faisait partie d'un système binaire : elle était sans doute la compagne d'une étoile encore plus grosse qu'elle. Seulement voilà : en astronomie, plus on est gros, plus on épuise vite son carburant nucléaire et plus on meurt tôt. La compagne de Zéta Ophuichi a explosé en supernova et a "éjecté" sa camarade dans l'espace à l'occasion de cet événement cataclysmique : du coup, cette dernière est devenue une étoile en cavale et le restera... jusqu'à sa mort en supergéante puis supernova dans quelques millions d'années.

Image : l'étoile errante Zéta Ophiuchi est l'étoile bleue presque au centre de la photo, dans le creux qu'elle produit sur le gaz interstellaire en raison de sa grande vitesse (crédits : NASA, JPL-Caltech, Spitzer Space Telescope)

QUATRE QUASARS SINON RIEN !

     Les scientifiques viennent de découvrir un système à 4 quasars ce qui est rare au point qu'on pensait que cela ne pouvait pas exister...

      Oui mais d'abord, c'est quoi, un quasar ? Eh bien, il s'agit de trous noirs géants qui occupent le centre d'une galaxie. On les appelle ainsi parce que se sont les objets les plus lumineux de l'Univers (quasar = quasi stellar radio source). Ces trous noirs sont des sortes de gouffres gigantesques d'où rien ne peut ressortir, pas même la lumière et, bien sûr, eux, on ne peut les voir mais ce n'est pas le cas de leur environnement formé de matières et de gaz qui, avant d'être "avalés", s'échauffent terriblement d'où l'intense lumière. On dit que certains quasars sont plus lumineux que les centaines de milliards d'étoiles qui composent la galaxie où ils siègent !

     Plus on regarde loin dans l'espace, plus on voit des quasars. Or, il faut se rappeler que voir loin dans l'espace, c'est voir dans le passé. Pourquoi les quasars étaient-ils plus brillants lorsque l'Univers était plus jeune ? On pense qu'avec le temps, et après avoir détruit tout ce qui les entourait, eh bien, ils se sont pour la plupart mis en sommeil, faute de "carburant", comme le trou noir central de notre galaxie, Sagittarius A, bien calme depuis longtemps.

     On a bien trouvé quelques quasars en "système binaire" (100 sur les 500 000 quasars identifiés) et même deux fois un système ternaire. Mais quatre, c'est la première fois. Par ailleurs, normalement, les quasars les plus proches sont séparés par au moins 100 millions d'années-lumière (al) or ceux dont nous parlons ne sont distants les uns des autres que d'à peine 700 000 al ! Bizarre...

     L'immense nuage de gaz et de matière s'étendant sur plus d'un million d'al où ont été aperçus les 4 quasars a été surnommé par les scientifiques la "nébuleuse du Jackpot" : on comprend pourquoi… Mais derrière cet humour un peu forcé se tient une véritable interrogation : comment expliquer la présence de ces quatre quasars si proches les uns des autres et, de surcroît, parfaitement alignés ? On sent que la théorie classique de formation des galaxies et des quasars actuellement en vigueur ne tient pas totalement la route. Ajoutés aux nombreuses anomalies notamment galactiques développées dans le dernier sujet du blog, cette découverte donne à penser qu'il reste bien du travail en perspective...

Pour en savoir plus, voir le sujet : pulsars et quasars ici :

http://www.cepheides.fr/article-25030017.html.

Image : la nébuleuse du Jackpot ; les 4 quasars sont indiqués par des flèches

(crédit : Arrigoni-Battaia & Hennawi / MPIA)

UNE ÉTRANGE ÉTOILE

     KIC 8462852 est le nom d’une étoile repérée par le télescope spatial Kepler il y a quelques mois en raison d’anomalies de son cycle lumineux. En effet, à la différence des 150 000 étoiles que l’engin surveille, cette étoile-là présente des variations de luminosité tout à fait atypiques, comme si une énorme masse de matière passait devant elle à intervalles plus ou moins réguliers.
     Au début, les scientifiques ont pensé que leurs instruments étaient mal calibrés, puis que leurs relevés étaient faux, victimes d’une quelconque erreur de calcul ou d’observation. Ce n’était pas le cas.

     Du coup, quelle pouvait être l’explication du phénomène ? Toutes les hypothèses ont été évoquées : chaos d’une ceinture d’astéroïdes, restes d’une collision récente avec une planète, présence d’un disque de débris géants, nuage de comètes…Mais non, toutes ces hypothèses ont été finalement rejetées. Alors ?

    Comme disait Sherlock Holmes : « Quand on a éliminé l’impossible, ce qui reste, aussi improbable que ce soit, doit être la vérité » et les scientifiques d’évoquer alors… une civilisation extra-terrestre, seule à même, semble-t-il, d’expliquer ces obscurcissements (des « transits » selon le terme consacré) aléatoires. Par exemple, on peut imaginer d’immenses panneaux solaires captant la lumière de l’étoile. Bon, il s’agit d’une approche qui relève plus du domaine de la science-fiction que de celui de la « vraie » science mais que des scientifiques sérieux l’envisagent et l’écrivent demeurera plutôt inhabituel !

     Reste que l’étoile en question est située à 1480 années-lumière de nous ce qui veut dire que ce que l’on voit actuellement s’est déroulé en l’an de grâce 535 de notre ère. Par ailleurs, une capsule spatiale filant à la vitesse de la lumière (ce qui, par définition, est impossible) mettrait presque 3000 ans à faire l’aller-retour. Tout ça ne fait rien : on peut quand même rêver, non ?

Pour en savoir plus sur les critères nécessaires à une vie extraterrestre : http://cepheides.fr/article-23600657.html

Image : le télescope spatial Kepler (sources : asso-copernic.org)

ÉTOILES CANNIBALES

     On a évoqué ici même les galaxies cannibales : abordons aujourd'hui, à une échelle bien plus modeste, les étoiles cannibales. Mais si, ça existe aussi. Pour s'en convaincre, il suffit de rapporter la découverte, il y a quelques mois par la sonde Gaia (agence Spatiale Européenne), d'une binaire, c'est à dire d'un couple d'étoiles, dont l'une cannibalise l'autre.

     À 730 années-lumière du Soleil, dans la constellation du Dragon, deux étoiles tournent l'une autour de l'autre. Il y a dans ce couple - baptisé Gaia14aae - une étoile géante (125 fois la taille du Soleil) et une naine blanche. Cette dernière (qui est la résultante de la mort d'une étoile comme le Soleil) est toute petite (à peine la taille de la Terre) mais elle est hyperdense (les scientifiques disent que quelques grammes d'une naine blanche pèsent plus que toute la tour Eiffel). Pour tout dire, la densité de l'étoile géante ne représente que 1% de la densité de la naine blanche...

     De ce fait, la naine blanche attire inéluctablement la matière de la géante qu'elle avale lentement. À vrai-dire on connait de tels phénomènes depuis longtemps mais, là, on le voit en direct et parfaitement distinguable car les étoiles sont parfaitement alignées par rapport à la Terre. Si parfaitement alignées que, toutes les 50 minutes, la naine passe devant la géante en une éclipse à répétition. Une aubaine pour l'observation scientifique...

     Pourquoi l'attention des scientifiques a-t-elle été attirée par ce couple démoniaque ? Tout simplement parce que, de temps à autre, la naine attire une grande quantité de matière d'où une augmentation soudaine de la luminosité du couple stellaire soudain 5 fois plus brillant. En revanche, les spécialistes ne savent pas comment ce ballet tragique va se terminer : l'explosion de la géante en une supernova ? Une absorption progressive de la plus grosse par la plus petite ? On en saura plus dans quelques millions d'années.

Comprendre les fins de vie stellaire : http://cepheides.fr/article-16856190.html

Image : naine blanche phagocytant sa compagne
(sources : http://futura-sciences.com/)

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   Au cours du temps, un certain nombre de billets parus dans la version Face Book du blog a concerné le petit robot Curiosity qui, encore aujourd’hui, continue à vaillamment arpenter le sol de la planète rouge. Je me propose d’afficher chronologiquement les principaux textes concernant la petite machine avant d’étudier cette dernière plus en détail et chercher à déterminer ce que l’on peut encore espérer d’elle..

BON ANNIVERSAIRE CURIOSITY ! (7 août 2013)

   Le 6 août 2012, à 5h31 UTC, le robot Curiosity de la NASA s'est posé dans le cratère Gale de la planète Mars, au terme d'un voyage de  près de neuf mois. Après avoir subi une panne de sa mémoire frappée par des rayons cosmiques, perdu du

temps avec des "dunes qui bougent" et affronté une tempête solaire, la courageuse petite machine s'est mise à creuser le sol martien... pour découvrir que ce dernier était parfaitement compatible avec l'apparition de la Vie... Compatible seulement parce que de Vie, pour le moment, il n'y en a aucun signe. Il faut dire que si Mars a renfermé de l'eau (indispensable au développement de la Vie telle que nous la connaissons), c'était il y a très très longtemps et probablement pendant une durée de temps insuffisante (Il a fallu près d'un milliard d'années pour que la Vie apparaisse sur Terre).

   Après avoir parcouru un peu plus de 1 km en un an, Curiosity va à présent accélérer la cadence pour atteindre et escalader le centre du cratère situé à environ 10 km de l'endroit où il se trouve. Rappelons-nous quand même que les ordres provenant de la Terre pour le faire bouger mettent, selon les positions respectives des deux planètes, entre 3 et 21 minutes pour lui parvenir : il est donc impossible de communiquer avec le robot en temps réel et tout doit être programmé. Ce qui rend encore plus extraordinaire l'exploit que représente cette mission !

Photo : NASA

DES NOUVELLES DE CURIOSITY (28 janvier 2014)

   Vous vous en souvenez peut-être, au mois d'août dernier, nous avions évoqué l'anniversaire du module martien Curiosity qui était alors en route vers le centre du cratère Gale où il s'était posé. Eh bien, son périple a continué.

   Un peu moins d'un mois après son atterrissage sur Mars, ses caméras avaient mis en évidence des espèces de galets aux formes arrondies et lisses qui ne pouvaient provenir que de l'ancien lit d'une rivière. Dès lors, c'était une certitude : Mars, jadis, avait abrité de l'eau et durant longtemps, probablement des millions d'années...

   Curiosity s'est ensuite dirigé vers une dépression dénommée par les scientifiques Yellowknife Bay où il a mis en évidence une zone de sédiments, très certainement le fond d'un ancien lac. Le robot est capable d'analyser les roches qui l'entourent en leur "tirant" dessus avec un laser : il ne lui suffit alors plus que d'analyser la lumière émise en retour pour connaître la

composition de ces roches. Qu'a-t-il donc trouvé par cette méthode ? Rien de moins que les éléments nécessaires à la vie (de type terrestre) : carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre et phosphore... On peut en déduire que Yellowknife Bay était, il y a environ 3 milliards d'années, un lac d'eau douce de 5 km de largeur pour une cinquantaine de km de longueur et que des rivières descendant des parois du cratère venaient régulièrement l'alimenter.

   Notre vaillant petit robot continua son analyse jusqu'à apporter la preuve que cette eau du passé était très peu salée, pas trop chaude et surtout non acide. Bref, une eau dans laquelle - comme ce fut le cas sur Terre - la Vie aurait (a ?) pu apparaître. Et qui sait si des bactéries...

   Bon, ensuite, cela ne s'est pas passé comme sur notre planète, probablement parce que l'eau martienne s'est (trop) rapidement évaporée, avant que la Vie ne puisse se développer. Il n'empêche, c'est la première fois que l'on met en évidence que des conditions nécessaires à l'apparition de la Vie ont existé sur une autre planète que la nôtre. Et c'est grâce à Curiosity qu'on en a la preuve...

   On lui souhaite donc de continuer à nous renseigner longtemps sur ces terres lointaines et, on l'espère, de nous fournir bientôt un nouveau bulletin d'information !

Photo : w3sh.com

CURIOSITY (suite) (12 septembre 2014)

   Le vaillant petit robot continue son périple martien. Il y a quelques jours, les scientifiques ont eu peur pour lui car on l'a cru un temps ensablé mais, heureusement, la petite machine a réussi à se désengager de ce terrain hostile. La voici à présent

au pied du mont Sharp (une montagne plus haute que le Mont Blanc puisque son sommet culmine à 5500 mètres), but de son voyage. Sa mission actuelle : étudier la base de la montagne (un endroit nommé "Pahrump Hills") et démontrer la nature hydratée des roches qu'y s'y trouvent, c'est à dire des roches formées en présence d'eau. Si son enquête est positive, ce sera la mise en évidence d'un élément fondamental : la présence d'eau dans un passé lointain de la planète et donc la possibilité que, à un moment de la vie de Mars, la Vie ait pu y exister ! Curiosity n'est plus qu'à 200 mètres de cet endroit qui sera atteint dans quelques jours.

   Le terrain à prospecter est théoriquement moins agressif que les zones rencontrées jusqu'à maintenant et c'est tant mieux : en effet, les roues du robot (pourtant fort résistantes) ont grandement souffert de sa traversée dans la zone précédente puisqu'elles sont à présent percées de multiples trous provoqués par les pierres acérées rencontrées lors de cette première partie du voyage.

   Ensuite, il lui faudra entreprendre l'ascension proprement dite de la montagne : Curiosity aura alors parcouru presque 10 km sur Mars (en environ 2 ans) mais il est toujours présent, preuve de sa ténacité et de son endurance !

photo : NASA

UN COUCHER DE SOLEIL TRÈS SPÉCIAL (18 mai 2015)

   La photo ci-dessus nous montre un coucher de soleil. Toutefois, en observant de près le cliché, on s'aperçoit qu'il n'est pas tout à fait comme on aurait pu s'y attendre : il reflète une certaine étrangeté...

   C'est que ce coucher de soleil a été pris depuis la planète Mars ! Vous vous souvenez de notre petit robot Curiosity que nous avions laissé au bas du mont Sharp, dans le cratère Gale ? Eh bien, il continue sa lente et patiente ascension... et ses diverses observations.

   Curiosity a pris cette photo d'un coucher de soleil martien le 15 avril dernier, fêtant alors son 956ème jour de présence sur Mars. On y observe que le Soleil y paraît plus petit que depuis laTerre ce qui est normal puisqu'il est 50% plus loin. Quant à la couleur bleue dominante sur le cliché, elle est probablement due à de la poussière en suspension qui diffracte la lumière : les spécialistes de la NASA nous disent en effet que la photo a été prise juste après une violente tempête, ce qui explique le phénomène. En temps normal, le ciel aurait dû être rouge-orangé...

   Je pense que Robert Bradbury, l'auteur des "chroniques martiennes", aurait aimé contempler cette image, lui qui inventa tout un univers martien à la seule force de son imagination.

Photo NASA

CURIOSITY TOUJOURS FIDÈLE (8 mai 2016)

    En juin 2015, à l'occasion de ses 1000 jours de présence sur Mars, nous avions évoqué le fidèle petit robot et sa longue quête sur la planète rouge... mais, depuis, où en est-il ?

   Eh bien, il poursuit vaillamment son bonhomme de chemin, en direction du mont Sharp (appelation NASA), également baptisé Aeolis Mons (par l'Union Astronomique Internationale) sa destination (qu'on peut apercevoir sur la photo à droite, en haut). Il est encore loin de son objectif mais on connait son opiniâtreté !

   En fait, la principale mission du petit robot est d'évaluer les chances d'apparition d'une vie martienne, notamment bactérienne, et c'est la raison pour laquelle, après avoir exploré

le plateau nommé Nautkluft (à gauche de la photo), un endroit tout particulièrement tourmenté, il se dirige à présent vers le Mont Aeolis à la base duquel le sol est censé renseigner les scientifiques sur la présence de traces d'eau et sur le temps qu'elle séjourna sur la planète rouge avant de s'évaporer.

   Toutefois, la marche de Curiosity sur le plateau Nautkluft n'a pas été sans dommages puisque les roues en aluminium de la petite machine sont particulièrement abimées et on ne sait pas vraiment s'il pourra continuer longtemps. Une chose est sûre : il a accompli jusqu'à présent toutes les tâches qui lui étaient assignées et les explorations actuelles (et à venir) sont un bonus dont même la NASA n'aurait pu rêver ! On lui souhaite donc bonne continuation...

photo : Curiosity en avril 2016 (crédits NASA)

ET OÙ EN EST CURIOSITY ? (24 septembre 2106)

   Que devient notre petit robot martien dont nous avons donné à plusieurs occasions des nouvelles ? Eh bien, il continue son exploration de Mars et vient d’adresser à la Terre des photos tout à fait spectaculaires sur le relief de cette planète si fantasmée par les écrivains de science-fiction.

   Il est, vous vous en souvenez peut-être, au pied d’une 

montagne, le mont Sharp (Ae

olis) et dans un méandre de massifs rocheux, de buttes pierreuses et de collines à sommets plats qui rappellent étrangement le Far-West américain…

   En fait, ces roches dures et pointues sont composées de grains de sable qui ont été agglomérés par les vents puis cimentés avant d’être érodés par d’autres mécanismes éoliens, d’où cet aspect acéré, pointu et pourtant lamellaire.

   Curiosity va bientôt quitter ces endroits tourmentés pour commencer l’ascension du Mont Sharp lui-même, toujours à la recherche de rochers qui se seraient formés en présence d’eau liquide…

   Cela fait déjà trois ans (presque quatre) que le robot de la NASA s’est posé sur la planète rouge et, durant tout ce temps,

il a parcouru plus de 14 km. Cela peut sembler peu à nos cerveaux de terriens mais c’est en réalité immense parce que c’est la première fois qu’une machine fabriquée par l’Homme explore de si lointains territoires, des terres jusque là forcément inconnues puisque hors de notre planète.

Images : récentes images de MARS par Curiosity (sources : NASA)

LES DUNES DE MARS (1er avril 2017)

   Il y a quelques mois, Curiosity, le petit robot courageux qui explore la planète rouge depuis des années, s'est intéressé aux dunes assez bizarres de cet endroit désolé. Ou plutôt les scientifiques qui guident le périple de Curiosity.

   Ceux-ci, en effet, avaient repéré une dune étrange appelée Namib, située dans le champ de sable et de poussières du cratère Gale dans lequel se promène la petite machine. C'était la première fois qu'on observait de près une dune de sable extra-terrestre. Vous allez me dire qu'une dune de sable est une dune de sable où qu'elle se trouve et qu'il n'y a pas de raison de découvrir des différences. Eh bien si : les crêtes des dunes martiennes sont bien particulières et séparées de trois mètres... exactement comme celles qui dorment sous nos océans...

   Les raisons ? Les scientifiques pensent d'abord à la gravité qui est bien plus faible que celle de la Terre (mais elle est très forte sous les océans terrestres). D'autres facteurs interviennent donc : notamment la vitesse et la pression des vents qui, sur Mars, sont très spéciaux. Sur l'image ci-dessus, on peut voir les crêtes dunaires assez obscures de Namib avec en arrière plan des roches couvertes de la poussière orange martienne habituelle (et une coulée de cailloux sur la droite).

   Curieusement, peu après avoir pris cette photo, Curiosity s'est mis en mode "sécurité", c'est à dire qu'il s'est volontairement déconnecté et est entré en sommeil durant trois mois avant de reprendre tranquillement son exploration du cratère Gale.

Image Crédit : NASA, JPL-Caltech, MSSS

SITUATION ACTUELLE DE CURIOSITY (juillet 2017)

   En 2017, Curiosity continue son exploration du cratère Gale ce qui, au passage, prouve l'incroyable longévité de cet outil (sur laquelle nous aurons l'occasion de revenir) : on trouvera ci-après une carte du théâtre d'opération du robot afin de saisir plus aisément son exploit.

   En ce moment (juillet 2017), Curiosity s'approche d'un endroit baptisé Vera Rubin Ridge (voir carte ci-après) dont les scientifiques souhaiteraient connaître la composition. Contrefort éloigné du mont Sharp (qui, je le rappelle, culmine à plus de 5 500 m d'altitude), il s'agit en réalité d'une sorte de mur que les experts de la NASA décrivent haut comme un immeuble de sept étages sur une longueur de 5,6 km et qui est composé de strates dont ils aimeraient savoir si elles ont été générées par les vents martiens ou par l'eau d'un ancien lac (il faut préciser que les observations faites plusieurs mois plus tôt sur le site dit des buttes de Murray iraient plutôt vers cette seconde hypothèse)

.

Comme le dit elle-même la NASA : "Durant l’année qui a suivi son atterrissage le 5 août 2012, Curiosity a réalisé son objectif principal en démontrant que, des milliards d’années auparavant, un lac martien offrait les conditions qui étaient favorables au développement d’une vie microbienne. Curiosity a depuis traversé une diversité d’environnements où à la fois l’eau et les vents ont laissé leurs empreintes. L’exploration à venir de la falaise Vera Rubin et des couches supérieures d’argile et de phosphates offrira l’opportunité d’en savoir encore plus sur l’histoire et l’habitabilité de la planète Mars à ses débuts ."

CURIOSITY, UN ROBOT TAILLÉ POUR L'EXPLORATION

   Lorsqu’on veut explorer une planète, il existe deux types d’explorateurs au sol : les atterrisseurs qui sont fixes et les rovers, mobiles, dont le rôle est longtemps resté modeste puisqu’ils se contentaient de valider sur le terrain les observations faites par les engins restés en orbite.

   De nombreuses sondes ont déjà été lancées vers Mars et certaines sont arrivées en bon état ; de ce fait, un grand nombre d’engins se trouve sur place (certains datant de l’ère soviétique), la plupart actuellement immobilisés en fin de mission (qui n’a parfois jamais commencé). Le plus gros des

représentants terrestres sur place est incontestablement Curiosity qui pèse 899 kg (alors que la sonde dans son ensemble avoisinait les 3,9 tonnes). Il est de plus bien équipé avec 10 instruments scientifiques majeurs (75 kg environ) lui permettant de rechercher la présence d’eau, d’analyser les roches et les minéraux et, bien sûr, de prendre des photos en haute définition.

   Le poids de Curiosity a posé un problème aux scientifiques pour l’atterrissage. En effet, l’engin était trop lourd pour être parachuté durant les dernières dizaines de mètres (un parachute freinera néanmoins le début de sa descente) et, de la même façon, il était impossible de se servir de coussins gonflables comme cela avait été choisi pour d’autres missions. Impossible non plus de se servir d’un étage porteur comprenant des moteurs fusées : cette solution est adaptée aux atterrisseurs fixes (comme les sondes Vikings) mais Curiosity, lui, devait pouvoir se dégager pour accomplir son exploration. On

eut donc recours à une descente propulsée et à un atterrissage grâce à un étage de descente, c’est-à-dire, une sorte de plateau garni de fusées de guidage mais susceptible de se séparer du rover en le déposant au dernier moment délicatement au moyen de trois puissants câbles. Cet étage devait assurer une dépose la plus douce possible puis repartir immédiatement afin d’aller s’écraser un peu plus loin. Un système compliqué à manœuvrer, surtout si l’on se souvient que la communication met plusieurs minutes entre Mars et la Terre (entre 8 et 48 minutes pour un aller-retour selon les positions des planètes l’une par rapport à l’autre). Quoi qu’il en soit, une fois le rover posé (et en principe immédiatement opérationnel), il ne suffisait plus que de s’assurer qu’il ne se trouvait pas en situation périlleuse (comme, par exemple, le sera la sonde Rosetta bien plus tard sur la comète Tchouri) grâce aux capteurs embarqués. Bien que Curiosity puisse escalader des pentes de 50° et que sa garde au sol soit de 60 cm, un grand nombre de vérifications fut effectué à ce stade : analyse du sol, qualité des télécommunications avec la Terre, déploiement du grand mât télescopique et de l’antenne… Curiosity ne fut autorisé à se déplacer qu’au bout de 7 jours.

ET L'AVENIR ?

   Il faut en convenir : Curiosity était fait pour durer. À l’origine, la mission qu’on lui avait confiée devait se prolonger une année martienne, c’est-à-dire 669 sols (jours solaires martiens) ce qui correspond à 687 jours solaires terrestres, soit un peu plus de 22 mois. Nous sommes en juillet 2017 - soit pratiquement cinq ans après son atterrissage sur Mars - et le robot semble toujours en très bonne forme : quel est son secret ?

   Il faut tout d’abord se féliciter de la qualité du matériel embarqué à bord de Curiosity mais aussi du fait que ses

concepteurs, prévoyants, avaient pratiquement doublé la plus grande partie de l’informatique et cela fut terriblement utile : dès le début de la mission, l’ordinateur principal de Curiosity fut neutralisé suite à un dysfonctionnement de sa mémoire flash endommagée par des rayons cosmiques. Et c’est l’ordinateur de secours qui prit le relais…

   Un deuxième point important est l’assiduité de l’équipe au sol. En effet, traditionnellement pour une mission de ce genre, la première année, les scientifiques restent « au contact » 24 h sur 24 avant de progressivement lever le pied les mois suivants : Curiosity est certainement un des atouts-maître de la NASA ce qui explique qu’il ne fut pas oublié.  Et que son activité reste primordiale pour l’agence américaine.

   Il est également important de signaler que les années passant, notre compréhension de l’écologie de la planète rouge est allée en grandissant ce qui n’a pu que profiter à Curiosity.

   Il reste tout de même que la longévité surprenante du petit robot est certainement principalement dû à son mode de propulsion : en effet, Curiosity dispose d’une énergie indépendante de la lumière et de l’ensoleillement, au contraire de la plupart de ses prédécesseurs, au premier rang desquels Opportunity, toujours actif par périodes mais vivant ses derniers moments en énergie. Afin d’échapper aux aléas des panneaux solaires (fragiles, ne fonctionnant que le jour et quasi inactifs durant l’hiver), la NASA a choisi pour Curiosity un générateur nucléaire, en l’occurrence un générateur thermoélectrique à radio-isotopes utilisant du plutonium enrichi. Du coup, Curiosity dispose de 2,7 kWh/j contre 0,8 kWh/j en moyenne pour Opportunity (beaucoup moins pour celui-ci aujourd’hui).

   Curiosity est une superbe petite machine dont la durée de vie est bien supérieure à celle prévue au début de l’expérience. On peut même penser, compte-tenu de sa source d’alimentation stable et durable, qu’il a encore bien des mois d’exploration devant lui. À la condition qu’il continue  à progresser avec

prudence. En réalité, l’informatique du robot ne lui permet pas de prendre des décisions majeures dans son exploration : c’est l’équipe sur Terre qui décide de tout et, bien entendu, puisque les communications entre la Terre et Mars mettent de nombreuses minutes, l’avancée est lente. Lente mais régulière. Et on peut penser que Curiosity nous réserve encore des informations capitales sur cette planète qui intéresse tellement les Terriens qu’ils ont presque décidé d’y envoyer une équipe humaine dans quelques années.

Sources :

1. Wikipedia France et en.wikipedia.org

2. Science et Vie.com

3. Encyclopaediae Britannica

4. https://www.astronomes.com

5. revue Ciel et Espace (https://www.cieletespace.fr/)

Informations complémentaires : Mars Science Laboratory (Wikipedia en français) - Curiosity par la NASA (en anglais avec de nombreuses illustrations) -

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     Si d’aventure on le leur demandait, je crois que beaucoup de nos contemporains ne sauraient pas réellement situer la ceinture de Kuiper dans l’espace, pourtant tout le monde – ou à peu près – sait en réalité ce qu’elle est puisqu’il s’agit de la périphérie de notre système solaire, là où se situe la planète naine Pluton. La sonde New Horizons étant arrivée ces jours-ci à proximité de cette petite planète, il est intéressant de revenir sur cette part de notre système solaire que nous connaissons si mal et ce d’autant que l’hypothèse d’une planète fantôme susceptible d’y exister a récemment repris des couleurs.

La ceinture de Kuiper

     La ceinture de Kuiper, c’est loin, très loin, au-delà de la huitième planète du système solaire, Neptune, qui est déjà fort loin de nous puisque située à 30 unités astronomiques (ua). Rappelons qu’une ua, unité de mesure couramment utilisée en

astronomie, correspond à la distance Terre-Soleil soit environ 150 millions de km (très exactement : 149 600 000 km). Neptune est donc à environ 4,5 milliards de km ce qui est une distance difficile à concevoir : disons pour mieux en saisir la réalité que la lumière du Soleil met 4 heures et 10 minutes pour l’atteindre alors qu’elle ne met que 8 minutes pour éclairer notre planète. C’est donc dans ce lointain espace que commence la ceinture de Kuiper et on estime qu’elle s’étend jusqu’à environ 55 ua.

     Dans cet endroit, si faiblement éclairé par le Soleil et où celui-ci apparaît à peine plus gros qu’une étoile, les scientifiques estiment que se trouvent des objets

multiples témoignant des premiers instants du système solaire : planètes naines comme Pluton et son satellite Charon, planétésimaux, comètes dont certaines viennent avec régularité visiter la partie plus centrale du système solaire, débris divers mal identifiés, poussières en tous genres, en fait tous des fragments du disque protosolaire qui, à cet endroit, n’ont pas réussi à former de véritables planètes.

     Il ne semble pas toutefois que ces objets, du plus petit (quelques grammes) au plus grand possible ici (moins de 3000 km de diamètre), soient distribués au hasard : l’essentiel de ces débris se situe entre 40 et 48 ua en raison d’un

phénomène de résonance orbitale. Oui mais c’est quoi, la résonance orbitale ? Eh bien, pour faire simple, disons que, lorsque deux corps gravitent autour d’un troisième, ils s’influencent mutuellement jusqu’à ce que leurs périodes de révolution aient des rapports de fraction entière simple. Prenons un exemple : Pluton, la planète naine, est influencée par Neptune selon une résonnance 2 : 3 ce qui veut dire que chaque fois que Neptune tourne trois fois autour du Soleil, Pluton tourne deux fois autour de lui… De la même façon, la présence de Neptune a structuré la ceinture de Kuiper et les objets qu’elle est susceptible de contenir en en modifiant les orbites et les trajectoires jusqu’à une distance de 42 ua à partir de laquelle son influence devient négligeable : c’est donc à cette distance que les objets peuvent exister sans que leurs orbites soient modifiées et c’est également là que l’on trouve plus des 2/3 des objets de la ceinture.

   Curieusement, la ceinture de Kuiper s’interrompt brutalement, vers 50 ua, avec la disparition des objets de grande taille et il est difficile de savoir s’il s’agit du début d’une lacune très large ou effectivement le bord extérieur de la dite ceinture : les scientifiques qui n’ont pas d’explications pour ce phénomène l’ont appelé « la falaise de Kuiper ». Signalons enfin que ce mécanisme de ceinture de débris n’est pas propre à notre système solaire puisqu’un phénomène analogue a été mis en évidence pour une vingtaine d’étoiles.

Le nuage d’Oort

     Ce sont les comètes qui ont permis de comprendre ce qu’était l’espace au-delà de la ceinture de Kuiper. Déjà, Halley (celui qui donna son nom à l’une des plus

célèbres d’entre elles) avait remarqué que les comètes revenaient éclairer nos cieux nocturnes de façon régulière et qu’elles devaient bien venir de quelque part. C’est l’astronome hollandais Oort qui, dans les années 1950, avança l’hypothèse que ces comètes régulières provenaient d’un lointain espace situé aux confins de notre système solaire. En effet, expliquait-il, on sait bien que, après plusieurs passages près du Soleil où elles perdent à chaque fois une partie de leur substance, les comètes sont détruites. Pourtant, on en voit toujours alors que depuis la formation du système solaire, il y a 4,6 milliards d’années, elles auraient dû toutes disparaître : c’est donc qu’il y a un réservoir de matière quelque part, un endroit qui recèle des milliards de noyaux cométaires… Oort sélectionna une quarantaine de comètes dont, après de savants calculs (répartition de l’inverse des demi-grands axes cométaires), il estima la provenance : entre 40 000 et 150 000 ua (soit à peu près de 0,6 à 2,4 années-lumière) ; le bord externe de cet espace est à l’extrême limite d’influence du Soleil, à plus du quart de la distance qui nous sépare de l’étoile la plus proche, la naine rouge Proxima (ou alpha) du Centaure… qui pourrait, elle-aussi, posséder son propre « nuage d’Oort » formant, pourquoi pas ?, un continuum avec celui du Soleil.

     Certains scientifiques ont avancé que le Soleil aurait un compagnon caché quelque part au-delà du nuage d’Oort, peut-être une naine brune (une étoile n’ayant pu « s’allumer » en raison de sa trop faible taille) ou une géante gazeuse située en dehors du nuage d’Oort mais qui y pénétrerait tous les 26 millions d’années entraînant alors un bombardement intense par des météorites des parties centrales du système solaire et donc de la Terre. On a même donné à cette hypothétique planète le nom de Némésis (du nom de la déesse de la colère des Dieux dans la mythologie grecque) mais aucune preuve de son existence n’a jusqu’à présent été trouvée. Néanmoins, une telle idée - une planète lointaine encore inconnue - peut-elle avoir des bases scientifiques ?

Une planète mystérieuse

    Parlant du nuage d’Oort, nous venons d’évoquer des distances de plusieurs milliers d’ua, un endroit si éloigné qu’aucune lumière provenant du Soleil n’y arrive jamais : là-bas, le Soleil est une étoile parmi les autres. De ce fait, n’importe quel objet, même de taille conséquente, pourrait s’y cacher sans qu’il soit visible de la Terre. Mais y a-t-il vraiment une planète à l’extrémité du nuage d’Oort ? Une planète qui aurait pu être rejetée là-bas, peu après la formation du système solaire, lors de, par exemple, la migration d’une des géantes gazeuses de notre système ? Depuis 200 ans environ, les scientifiques discutent du sujet, tantôt qualifié de « littérature de science-fiction », tantôt présenté comme étant la réponse aux indiscutables anomalies constatées par la communauté scientifique.

     Tout a en fait démarré avec la découverte d’Uranus en 1781 par Herschel ou plutôt par la constatation par Urbain Le Verrier, une soixantaine d’années plus tard, d’anomalies dans l’orbite de cette planète qui lui laissaient supposer qu’une autre planète existerait perturbant cette trajectoire. Il fit ses calculs et désigna un point du ciel où, à l’heure dite, on découvrit effectivement… Neptune.

     Toutefois, l’histoire ne s’arrête pas là car si Neptune explique bien certaines des anomalies constatées dans les mouvements d’Uranus, il reste des perturbations résiduelles qui ne peuvent être éliminées. On crut détenir l’explication du phénomène en 1930 avec la découverte de Pluton, alors baptisée la neuvième planète du système solaire. Mais l’astre est trop petit, trop peu influent pour expliquer les anomalies de la géante gazeuse (Pluton a été reléguée au rang de planète naine en 2006 ce qui fait que le système solaire ne compte à nouveau plus que huit planètes). Encore raté, donc.

     Il faut attendre 1993 et la mission Voyager 2 pour reparler de ces anomalies : la sonde ayant survolé Neptune en 1989, les calculs sont refaits et la masse de la planète est diminuée de près de 0,5 % ce qui permet d’expliquer les anomalies et, du coup, plus besoin d’une planète inconnue… On croit avoir enfin définitivement enterré l’hypothèse de la planète mystérieuse, baptisée planète X : il n’en est rien.

       En 2004, la découverte d’un planétoïde d’environ 1000 km de diamètre baptisé

Selma avait intrigué les scientifiques car le point de son orbite le plus proche du Soleil est quasiment aligné sur le plan de l’écliptique des autres planètes. Le plan de l’écliptique ? Il s’agit du plan de l’orbite terrestre autour du Soleil ; disons-le autrement : lors de la formation des planètes, celles-ci se sont toutes influencées de façon à ce que leurs orbites soient peu ou prou alignées dans une même zone autour de leur étoile et c’est cette zone circulaire que l’on appelle le plan de l’écliptique Oui, mais pourquoi Selma - qui est loin de toute influence massive des planètes centrales (il est hors de portée de l’attraction de Neptune) - a-t-il lui aussi un tel alignement ? Eh bien, répondirent bien des astronomes, c’est tout simplement dû… au hasard. Parce que le hasard, ça existe aussi, voyez-vous  ! On en resta donc là…

       … jusqu’en 2012 où deux astronomes américains mirent en évidence un gros astéroïde de 450 km de diamètre, appelé VP₁₁₃ qui présente lui aussi une orbite alignée sur ce même plan de l’écliptique. Du coup, on revoit sérieusement le problème : un objet, passe encore, mais deux ça fait désordre. S’il ne s’agit pas d’une erreur d’interprétation (et il ne semble pas que ce soit le cas), cela veut dire qu’un objet massif a influencé le positionnement spatial de ces objets et ce ne peut être Neptune, bien trop centrale : on repense évidemment à la planète X…

     Or cette hypothèse d’une planète massive rejetée en périphérie de son système solaire et qui tournerait autour de son étoile à l’extrémité de sa zone d’influence a déjà été mise en évidence : elle concerne une exoplanète nommée Fomalhaut b qui, comme son nom l’indique, orbite autour de Fomalhaut, une étoile blanche de la séquence principale située à 25 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Poisson Austral. Et cette exoplanète, une géante gazeuse, située à environ 120 ua de l’étoile a été suspectée… en raison de l’organisation particulière d’un disque de débris. Cherchée durant 8 ans, son existence ayant été niée à plusieurs reprises, on a finalement réussi à la mettre en évidence : c’est même la première exoplanète détectée directement par la photographie optique…

     Alors, ce qui est vrai pour Fomalhaut, pourquoi cela ne le serait-il pas pour le Soleil ?

Pluton et au delà

     La ceinture de Kuiper et ce qui la prolonge sont vraiment du domaine de l’inconnu. La zone est lointaine et donc très mal éclairée par le Soleil, rendant de ce fait son étude à partir de la Terre très délicate. Même le télescope spatial Hubble a du mal avec cet endroit éloigné et glacé (il est vrai qu’il a surtout été conçu pour voir… beaucoup plus loin, aux confins de l’Univers). C’est dommage car la ceinture de Kuiper et après elle le nuage d’Oort sont des lieux passionnants pour ceux qui s’intéressent aux origines de notre système solaire : en effet, tout, là-bas, est resté « en l’état », c’est-à-dire dans la même situation et avec les mêmes éléments que lors de la formation du système, il y a 4,5 milliards d’années. Étudier ce monde lointain est capital pour la connaissance de nos origines…

     Heureusement, il y a les sondes. Justement, l’une d’entre elles, New Horizons,  entame l’exploration de ces mondes glacés et nous a déjà gratifié de photos

exceptionnelles de Pluton et de son satellite Charon : dans le meilleur des télescopes, Pluton nous apparaissait comme un petit point blême et voilà que la sonde nous donne les détails de ses montagnes, de ses différences de couleurs, de son absence surprenante de cratères, etc. mais New Horizons va très vite et, déjà, elle s’éloigne pour explorer d’autres objets.

     Le premier janvier 2019, New Horizons nous envoie les premières photos de l’objet céleste le plus lointain jamais observé par des yeux humains : Ultima-Thulé situé à une distance de 43,4 ua tandis que sa période de révolution autour du Soleil est d'un peu plus de 295 ans. Surtout, la sonde nous offre l'image d'un astéroïde binaire (composé de deux lobes accolés) primitif de la ceinture de Kuiper : la sonde nous enverra une foule de renseignements sur le petit objet tout au long des années 2019 et 2020.

     Les comètes qui viennent des bords du système solaire sont les témoins des débuts du système ? Eh bien, la sonde Rosetta, prend des photos de la comète Schuri mais, malheureusement, son module Philae parce que mal positionné lors de son "atterrissage" hasardeux ne pourra mener la mission jusqu'à son terme (prélévement d'échantillons notamment).

     Les sondes automatiques sont probablement l’avenir pour l’exploration de ces endroits si inhospitaliers et l’aventure ne fait que commencer  !

Sources

1. fr.wikipedia.org

2. revue Science & Vie, 1162, juillet 2014

3. Encyclopaedia Britannica

4. Ciel des Hommes (www.cidehom.com)

Images

1. Pluton par la sonde New Horizons, le 13 juillet 2015 (sources : NASA)

2. ua (sources : moulindesetoiles.wordpress.com)

3. ceinture de Kuiper (sources : lastronimieselaraconte.fr)

4. Neptune (sources : le-système-solaire.net)

5. nuage d'Oort (sources : alex-bernardini.fr)

6. Urbain Le Verrier (sources : en.wikipedia.org)

7. plan de l'écliptique (sources : asctoussaint.sa.free.fr)

8. sonde New Horizons (sources : geeksandcom.com)

(pour lire les légendes des illustrations, passer le curseur de la souris dessus)

Mots-clés : sonde New Horizons - unité astronomique (UA) - Pluton et Charon - disque protosolaire - résonance orbitale - falaise de Kuiper - nuage d'Oort - Jan Oort - planète Némésis - Urbain Le Verrier

(les mots en blanc renvoient à des sites d'information complémentaires)

Sujets apparentés sur le blog

1. origine du système solaire

2. les sondes spatiales Voyager

3. la formation des planètes  

4. planètes extrasolaires

5. distances et durées des âges géologiques

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dernière mise à jour : 15 mars 2023

     Le jour de Noël 2010, le satellite Swift - qui observe le cosmos depuis 6 ans à la recherche de ces énormes émissions de lumière que l’on appelle des sursauts gamma – détecte une énorme bouffée de photons (particules de lumière) dans la direction de la galaxie d’Andromède, notre plus proche voisine. Il faut toutefois se dépêcher de l’observer car on sait que ces éruptions brutales ne durent pas longtemps : de une à quelques dizaines de secondes au maximum. Swift communique instantanément les coordonnées de l’émission lumineuse aux télescopes terrestres afin qu’ils puissent rapidement « verrouiller » leur cible et débuter leurs observations puis il continue la surveillance du phénomène. Sauf que le temps passe, que les dizaines puis les centaines de secondes s’écoulent sans que le flux de photons ne faiblisse. Au total, le sursaut gamma dure presque 30 minutes (et peut-être même beaucoup plus car Swift est obligé de passer derrière la Terre - dont il fait le tour - en perdant forcément la liaison). IL y avait des sursauts gamma courts (une seconde) et des longs (plusieurs dizaines de secondes) : voilà qu’une nouvelle forme de ce phénomène apparaît, les sursauts ultra-longs. De quoi s’agit-il donc ? Que s’est-il passé du côté de la galaxie voisine de la nôtre ? Et, d’une façon générale, ces sursauts gamma que l’on peut qualifier d’événements les plus violents de l’Univers, c’est quoi en définitive ?

Une découverte récente

    Les sursauts gamma sont des bouffées de photons qui apparaissent au hasard dans le cosmos. Situés à de très grandes distances, parfois à des milliards d’années-lumière (ce qui, rappelons-le veut également dire des milliards d’années dans le passé), ils sont visibles de notre modeste planète parce qu’il s’agit des événements les plus lumineux et violents de l’Univers (en intensité ils sont classés juste après le Big bang).

     Leur découverte est relativement récente puisque datant de la « guerre froide » et plus précisément de l’année 1967, lorsque les satellites militaires américains qui les observèrent pour la première fois laissèrent penser qu’il s’agissait probablement de l’empreinte d’armes nucléaires : il faut dire qu’on cherchait alors à vérifier le respect du traité d’interdiction des essais atomiques atmosphériques ! Cette ambiance bien particulière poussa les responsables à ne rendre publiques ces observations que dix ans plus tard. Mais, même à cette époque, on ne savait toujours pas grand-chose de ces phénomènes sauf qu’ils étaient variables en intensité et parfaitement  aléatoires donc imprévisibles. C’est quelques années plus tard qu’on mit en évidence deux types différents d’émissions : les sursauts courts et les sursauts longs. Enfin, quelques années plus tard encore, en 1997, grâce au satellite italo-hollandais BeppoSax, équipé à la fois d’un détecteur gamma et d’un détecteur de rayons X, on arriva à orienter l’étude du phénomène vers une source supposée responsable.

Différents types de sursauts gamma

     Nous avons déjà eu  l’occasion d’évoquer les rayons gamma lors du sujet traitant des rayons cosmiques : le rayonnement cosmique est un flux de noyaux atomiques (protons principalement mais aussi noyaux d’hélium) et de particules de haute énergie (qu’on nomme également « relativistes » parce que proches de la vitesse de la lumière telle que définie par la théorie de la relativité générale). Leur origine provient de processus astrophysiques extrêmement violents au cours desquels s’observent également des flashs intenses de photons gamma. On a assez rapidement rapproché l’émission de ces photons gamma de la mort d’étoiles et de la formation de trous noirs. Toutefois, il existe à l’évidence deux phénomènes de nature différente.

     Les sursauts longs (plusieurs dizaines de secondes) ont été corrélés sans trop d’hésitation à la mort dune étoile massive, c'est-à-dire, comme nous l’avons déjà vu, d’une étoile faisant plus de huit fois la masse de notre Soleil. En effet, lorsqu’elle se retrouve « à court de carburant », une telle étoile voit les réactions nucléaires, qui jusque là se produisaient en son cœur, se ralentir et s’affaiblir au point de ne plus pouvoir contrebalancer le poids de ses couches externes. Celles-ci s’effondrent vers le centre de plus en plus dense de l’étoile : les moins massives de ces étoiles géantes donneront une étoile à neutrons tandis que les plus grosses voient leur cœur être remplacé par un trou noir. Ce trou noir va absorber une grande partie de la matière externe de l’étoile géante et en recracher le reste sous la forme de deux jets opposés composés de matière brûlante éjectée à une vitesse proche de celle de la lumière : il suffit que l’un de ces jets pointe en direction de la Terre pour que l’on observe l’extraordinaire explosion de l’étoile géante. Et cela même si elle est très éloignée de nous car l’émission d’énergie est en effet colossale et visible dans tout l’Univers.  À cette occasion, l’étoile mourante peut éclipser toutes les autres étoiles de sa galaxie qui sont pourtant des milliards. Précisons que la mort de telles étoiles est finalement assez rare : depuis l’invention du télescope il y a plusieurs siècles, aucune n’a été observée dans notre galaxie.

     Les sursauts courts, c’est une autre affaire et il faut bien avouer qu’il a été plus difficile de les expliquer. Il faut attendre 2005 et l’observation localisée d’un sursaut court par le satellite HETE-2 pour se rendre compte que les caractéristiques des galaxies contenant des sursauts courts sont bien différentes des autres. De ce fait, on n’a certainement pas affaire en pareil cas à la fin d’une étoile massive mais à un phénomène impliquant une étoile double (binaire) : ici, les protagonistes en présence sont des objets très denses comme une étoile à neutrons ou un trou noir. En se rapprochant, les objets de la binaire finissent par fusionner en émettant un flash de photons gamma, intense mais bref.

     La lumière, on l’a dit, a une vitesse de propagation de 300 000 km/seconde environ. Bien que cette vitesse soit très élevée (en terme de capacités humaines), l’Univers est si vaste qu’il faut aux rayons lumineux des milliards d’années pour nous parvenir des endroits les plus éloignés de nous. Ce qui veut dire également qu’une source lumineuse si lointaine sera atténuée et difficilement identifiable au sein des milliards d’étoiles plus proches. On saisit donc pourquoi, en dehors de la compréhension des phénomènes proprement dits, les sursauts gamma ont un grand intérêt documentaire : visibles de très loin, ils nous renseignent sur les galaxies lointaines et, par conséquent, sur les premiers instants de notre univers.

 Sursauts gamma ultra-longs

     Depuis 2010 et le satellite Swift, on a donc affaire à ce qui est peut-être un troisième genre de sursauts gamma, ceux qui durent vraiment plus longtemps que les autres. Par quoi peuvent-ils bien être générés ? Baptisé du doux nom de GRB 101225A, le sursaut gamma observé par Swift donne lieu à plusieurs hypothèses. On évoque tout d’abord, au sein d’une étoile binaire, la fusion d’une étoile à neutrons avec une étoile normale comme le Soleil mais en train de mourir et donc au stade de géante rouge : la fusion des deux aurait donné un trou noir et les événements, notamment lumineux, y afférent. Une autre hypothèse met en scène une comète tombant sur une étoile à neutrons appartenant forcément à notre propre galaxie et donc beaucoup plus proche que primitivement imaginé, à peut-être 10 000 années-lumière de nous.

     C’est à ce moment de la réflexion des chercheurs que des études plus approfondies de la distance du phénomène montrent qu’il est en fait éloigné de… 7 milliards d’années-lumière, bien au-delà da la galaxie d’Andromède ! Beaucoup plus loin que ce que l’on avait jamais pensé… et provoqué par quelque chose d’énorme. On en revient aux étoiles géantes.

     On repense à nouveau complètement la question. Nous savons que le sursaut gamma dure le temps que mettent les couches externes d’une étoile pour tomber sur le cœur : quelques minutes au plus dans le cas d’une étoile massive. Comment expliquer des dizaines de minutes, voire presque deux heures pour une observation plus récente ? Il faudrait que l’étoile en cause soit absolument monstrueuse, d’une taille si importante que les scientifiques considèrent cela comme impossible.

     Impossible parce que, pour entretenir un sursaut gamma de cette importance, il faudrait une étoile d'un volume égal à des millions de Soleils ! Et une telle étoile, si elle existe, ne pourrait de toute façon pas émettre un tel sursaut gamma : les étoiles géantes de ce type perdraient en effet jusqu’au trois-quarts de leur masse au cours de leur vie, une matière qui ne serait donc plus disponible par la suite… Alors ?

     Il existe une autre explication possible : une étoile dont les couches externes seraient perméables aux différentes radiations ce qui permettrait alors à ces enveloppes externes de rester autour du cœur de l’étoile jusqu’à sa mort. De telles étoiles existent (ou ont existé) : ce sont les étoiles primordiales que nous avons évoquées à plusieurs reprises sur ce blog. Au total, on se trouve devant une supergéante bleue presque exclusivement composée d’hydrogène et d’hélium avec très peu d’oxygène et pas du tout d’éléments lourds (fer, carbone, etc.) qui, eux, apparaissent dans les générations suivantes d’étoiles précisément à la mort de ces étoiles dites primordiales… Un seul problème mais il est de taille : ces étoiles de première génération ont disparu dès le début de l’Univers, il y a 13,6 milliards d’années. Comment se pourrait-il qu’il en existe encore vers - 7 milliards d’années (puisque le sursaut gamma qui nous intéresse provient d’un endroit situé à 7 milliards d’années-lumière) ?

     C’est là qu’intervient l’observation de galaxies originales, en quelque sorte « marginales » dans le grand bal galactique. On sait que, normalement, les galaxies se remodèlent sans cesse et que les plus grosses avalent, « phagocytent » les plus petites qui sont trop proches et encore liées à elles par la gravité. Chaque fois, les nuages de gaz se percutant, c’est alors une débauche de nouvelles naissances d’étoiles, étoiles de plus en plus riches en éléments lourds. Toutefois, certaines galaxies semblent rester en dehors de cette vie agitée et on pense que c’est le cas de celle qui abrite le sursaut gamma GRB 101225A : une petite tache bleue bien au-delà d’Andromède. On y trouve sans doute ces étoiles géantes qu’on pensait disparues depuis des milliards d’années et qui s’y fabriquent peut-être encore…

Danger des sursauts gamma

     Un sursaut gamma n’est pas seulement un phénomène extraordinaire comme l’Univers nous en propose parfois et l’élucidation de son mécanisme n’est pas qu’un jeu de l’esprit ou le simple désir d’expliquer les choses. C’est aussi un phénomène dont il faut se méfier… et qu’il est donc nécessaire de connaître le mieux possible !

     On le disait précédemment : des sursauts gamma, on n’en a pas vu depuis des siècles dans notre galaxie et c’est tant mieux. À moins de 6000 années-lumière de nous, ce type de phénomène hautement énergétique pourrait être mortel pour la Terre. Il faut pour cela, comme on l’a vu, que le faisceau soit dirigé vers notre planète : il brillerait alors aussi fort que le Soleil ! La conséquence en serait une destruction importante de la couche d’ozone (30 à 40% durant au moins 10 ans) avec pour résultat immédiat la mise à mal du phytoplancton, base de la chaîne alimentaire océanique. On ne parle évidemment pas des ravages que pourrait entraîner une telle situation sur la peau d’homo sapiens… Mais ce n’est pas tout. Il y aurait aussi une diminution de la photosynthèse avec un effondrement de la production alimentaire tandis que, dans le même temps, l’atmosphère terrestre se colorerait en permanence d’une teinte orange en raison de la formation d’oxyde de carbone… Toutes les chaînes alimentaires seraient touchées, au premier rang desquelles, évidemment, celles qui concernent l’Homme. Peut-être le début de sa fin de la domination sur la planète ! Il s’agit d’un risque qu’il ne faut pas prendre à la légère : de nombreux spécialistes pensent par exemple que c’est un sursaut gamma relativement proche qui pourrait expliquer l’extinction de masse de l’ordovicien il y a 440 millions d’années (60% des genres et 80% des espèces détruits).

     L’apparition d’un phénomène aussi violent peut, en revanche, apporter quelque chose de positif. Bien des astronomes pensent que la formation du système solaire à partir de son nuage de gaz primordial il y a 4,5 milliards d’années a été grandement facilité (si ce n’est réalisé) par l’explosion d’une supernova relativement proche et de son cortège de phénomènes éruptifs comme, peut-être, un important sursaut gamma. On peut donc en déduire sans trop risquer de se tromper que ce qui peut contribuer à donner la Vie peut également aboutir à sa destruction. Une leçon à méditer.

Sources :

1. Wikipedia France ; Wikipedia USA

2. Science & Vie, 1152, septembre 2013

3. Encyclopaedia Universalis

4. Encyclopaedia Britannica

5. www.futura-sciences.com

6. www.notre-planete.info

Images :

1.  sursaut gamma (sources : club.doctissimo.fr)

2. autre sursaut gamma (sources : astronomie.skyrock.com)

3. naissance d'une étoile géante (sources : skyimagelab.com)

4. supernova (sources : astrosurf.com)

5. trou noir et étoile à neutrons (sources : commons.wikimedia.org)

6. le satellite Swift (sources : nasa.gov)

7. supergéante bleue (sources : afhalifax.ca)

8.Terre détruite (sources : channel.nationalgeographic.com)

 (pour lire les légendes des illustrations, posser le pointeur de la souris sur l'image)

Mots-clés : satellite Swift - satellite BeppoSax - rayonnement cosmique - étoile à neutrons - trou noir - supernova - étoile binaire - géante rouge - supergéante bleue - étoiles primordiales - extinction de masse de l'ordovicien

   (les mots en gris renvoient à des sites d'information complémentaires)

Sujets apparentés sur le blog

1. mort d'une étoile

2. novas et supernovas

3. les extinctions de masse

4. les étoiles primordiales

5. galaxies cannibales

6. la saga des rayons cosmiques

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mise à jour : 16 mars 2023

     Dans le domaine de la science, il est incontestablement peu de certitudes définitives. Toutefois, depuis des années, la communauté scientifique était tombée à peu près d’accord sur la façon dont se forment les planètes dans un système stellaire mais il est vrai que le seul exemple que nous avions pour référence était le nôtre, le système solaire. Puis, au début des années 1990 fit irruption l’exoplanétologie, c'est-à-dire la science s’occupant des planètes situées en dehors du système solaire et que nous n’avions jusque là pas la possibilité d’étudier directement…

     Très vite on s’aperçut que les observations ne collaient pas tout à fait avec les théories élaborées ici-bas. Tout d’abord, on mit en évidence des planètes géantes gazeuses toutes proches, dès leur formation, de leur étoile centrale. Bizarre car contraire aux suppositions des théoriciens ! Ensuite, il y a quelques mois, était découverte une planète géante tellurique (c'est-à-dire composée de roches comme la Terre) mais dix-sept fois plus massive que notre planète, ce que les modèles théoriques supposaient hautement improbable. Étrange encore. Et puis, il y a quelques jours, le radiotélescope européen ALMA, basé au Chili, nous a produit l’extraordinaire photo d’une étoile en formation, encore enrobée par la gangue de sa nébuleuse de gaz mais où, déjà, les futures planètes sont parfaitement individualisables ce que les spécialistes pensaient théoriquement impossible. Pourtant, une photographie, c’est bien une preuve directe, n’est-ce pas ? Là, ça commence à faire beaucoup et on peut se poser ces questions : que savons-nous au juste de la formation des planètes ? Le modèle du système solaire n’est-il qu’une option parmi d’autres ou n’y avons-nous peut-être rien compris ? Cherchons à y voir un peu plus clair.

Formation du système stellaire

     Depuis le début de l’époque moderne, les observateurs de notre système solaire sont partis de la notion en apparence logique que les étoiles se forment toutes de la même manière et qu’il suffit d’appréhender la formation de la nôtre et de son cortège de planètes pour comprendre la genèse de toutes les autres. On trouvera dans un sujet dédié (origine du système solaire) l’historique de la pensée scientifique sur ce sujet qui correspond en fait à des siècles de controverses. Essayons quant à nous de résumer la théorie la plus partagée par le monde de l’astronomie d’aujourd’hui.

     Au commencement, il y a fort longtemps (environ 10 milliards d’années), ce qui sera le futur système solaire n’est qu’une minuscule partie d’un immense nuage de gaz, essentiellement composé d’hydrogène et d’hélium, qui tourne en périphérie de la Galaxie, plutôt loin du centre. Mais, au fur et à mesure que le temps passe, le nuage de gaz va se contracter progressivement tandis qu’il s’enrichit en éléments lourds (fer, carbone, etc.) apportés par les explosions d’étoiles massives voisines (certains composants particuliers laissent même supposer qu’une supernova aurait explosé à proximité à cette même époque). Aujourd’hui, ces éléments lourds représentent environ 2% de l’ensemble.

     Cette contraction va durer plusieurs milliards d’années jusqu’à ce que, il y a 4,6 milliards d’années, le nuage finisse par s’effondrer sur lui-même en raison de sa propre gravité devenue trop importante. De ce fait, le nuage se fragmente en une série de nuages plus petits dont l’un deviendra le système solaire : on parle alors de protosystèmes.

     Le protosystème (celui du futur Soleil mais c’est pareil pour les autres) voit donc sa taille diminuer mais, selon la physique classique, qui dit réduction de taille dit augmentation de la vitesse de rotation (on appelle cela la conservation du mouvement angulaire) : c’est un peu comme le patineur tournant sur lui-même qui accélère sa vitesse de rotation en repliant ses bras. De plus, puisque ce protosystème est principalement composé de gaz concentré, il est encore souple et il peut donc s’aplatir dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation : tout est en place pour que naisse le disque protostellaire.

     Apparaissent également des forces électromagnétiques qui créent une sorte de liaison entre le centre du disque (qui sera la future étoile) et le reste (où apparaitront les planètes) : de ce fait, le centre va être progressivement freiné tandis que le reste du disque accélère sa vitesse. Au bout d’un certain temps, les deux systèmes se trouvent séparés et

     1. la protoétoile poursuit sa contraction jusqu’à ce que, sa température augmentant fortement, la fusion nucléaire s’enclenche et qu’elle devienne une véritable étoile tandis que

       2. le reste du disque protoplanétaire conduit à la formation des planètes.

Formation des planètes

     Le disque protoplanétaire tourne donc autour de la future étoile : peu à peu, au gré du temps et des rencontres, ses atomes commencent à s’agréger les uns aux autres pour former des poussières (les flocules) qui, elles aussi, vont finir par se réunir afin de former des corps plus volumineux appelés des planétésimaux. Le disque protoplanétaire est donc devenu un disque d’accrétion…

    Quelques millions d’années s’écoulent et voici que nos planétésimaux, grâce aux turbulences du disque, fusionnent progressivement pour donner des objets de plus en plus gros aboutissant aux planètes que nous connaissons : dans le cas du système solaire, il aura fallu environ 200 millions d’années pour aboutir à cette situation. Il est à noter que, dans ce modèle, en raison du temps nécessaire, les planètes n’apparaissent qu’une fois enclenchées les réactions de fusion nucléaire de l’étoile, c'est-à-dire une fois que celle-ci est allumée, les planètes se créant secondairement en utilisant les gaz laissés disponibles…

     Les planètes sont à peu près constituées mais elles n’ont pas encore leur aspect définitif car de nombreux remaniements ont encore lieu : internes avec un magma qui se solidifie en surface et des éruptions volcaniques qui diminuent d’intensité mais également externes puisqu’elles sont soumises à d’intenses bombardements, tous événements qui vont encore durer un bon milliard d’années.

     Dans ce modèle classique, l’aspect définitif des planètes va dépendre de leur place initiale au sein de l’anneau protoplanétaire. Près de l’étoile, ici le Soleil, elles voient leurs éléments légers recevoir beaucoup d’énergie (ce qui empêche ceux-ci de se condenser) et, par voie de conséquence, le matériau qui va constituer ces planètes sera riche en éléments lourds (silicium, soufre, cuivre, fer, etc.) : ces objets seront donc de densité élevée et formeront les planètes dites telluriques comme la Terre.

      En revanche, plus éloignées de l’étoile, s’il existe bien chez ces planètes un noyau dur, c’est essentiellement du gaz (hydrogène) qui va l’envelopper : de ce fait, les planètes dites gazeuses seront très légères mais beaucoup plus grosses que les telluriques. Puisque le gaz disponible n’a qu’une durée de vie limitée  à quelques millions d’années, il est nécessaire que ces planètes soient créées avant sa dissipation, donc assez rapidement (en termes géologiques).

     Selon ce modèle quasi-universellement accepté, on peut donc retenir quelques grands critères concernant la formation des planètes :

. d’abord les planètes se forment dans le disque protoplanétaire alors que la protoétoile s’est déjà « allumée » ;

. ensuite, les planètes proches de l’étoile sont toutes des planètes « telluriques », c'est-à-dire composées de roches et donc de petite taille, tandis que les étoiles gazeuses sont forcément des géantes installées en périphérie du système stellaire, loin du foyer central ;

. enfin, puisque les planètes se forment dans un disque qui tourne avec l’étoile centrale, elles tourneront donc également toutes dans le même sens.

     Et c’est bien ce que l’on remarque avec le système solaire : les petites planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre, Mars) sont « intérieures », relativement proches du Soleil tandis que les géantes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) sont bien en périphérie. Par ailleurs, toutes les planètes sont situées dans ce que l’on appelle l’écliptique, ce « plan circulaire » autour du Soleil qui correspond à l’ancien disque protoplanétaire. Plus encore, leurs orbites sont elliptiques (à l’exception de Mercure, trop proche de l’étoile). Enfin, nos huit planètes tournent toutes dans le même sens.

     Du coup, tout est parfait dans le meilleur des mondes et tout le monde est content ? C’était compter sans l’avancée de l’astronomie moderne ! A présent, depuis les années 1990, on peut observer directement les planètes d’autres systèmes stellaires car ces planètes qui n’étaient que des suppositions  - ce qui valut à Giordano Bruno de mourir sur le bûcher - existent bel et bien et elles sont certainement plus nombreuses que les étoiles qu’on compte déjà par milliards… Et on commence à pouvoir les observer !

     Et c’est là que le bât blesse : les observations de planètes extrasolaires nous montrent des situations qui ne « collent pas » complètement au modèle que nous venons de voir. Comprenons-nous bien : il n’est pas question de rejeter l’ensemble de la théorie qui reste certainement valable mais il faut bien admettre qu’elle n’explique pas tout.

Faut-il revoir la théorie ?

     Presque deux milliers d’exoplanètes ont été découvertes à ce jour et ce chiffre augmente sans cesse. Certains de ces astres ont pu être assez finement étudiés et le moins que l’on puisse dire, c’est que plusieurs aspects de la théorie de la formation planétaire que nous venons de voir ont besoin d’un bon nettoyage. Citons quelques unes des principales pierres d’achoppement de notre approche théorique.

     Les Jupiter chauds. On appelle ainsi les planètes géantes gazeuses repérées tout contre leurs étoiles. C’est le cas, par exemple, de la planète HD 209458 b, également surnommée Osiris, située à 154 années-lumière de la Terre : ce « Jupiter chaud » tourne tout contre son étoile (il en est 8 fois plus proche que Mercure ne l’est du Soleil). L’année sur Osiris ne dure que 3,5 jours et sa température de surface est estimée à plus de 1000°. Comment cela est-il possible alors que, selon la théorie, une géante gazeuse ne peut naître que loin de son astre central ? Eh bien, disent les spécialistes, c’est qu’un Jupiter chaud comme Osiris est bien né loin de l’étoile mais s’en est ensuite rapproché par ce qu’on appelle une « migration planétaire ». Du coup, on peut expliquer la période orbitale ultracourte de ce type de planètes (3 à 4j contre une année sur Terre). La réponse est-elle satisfaisante ? Non. En 2004, on découvre un Jupiter chaud ayant une période orbitale de UN jour (c'est-à-dire que la planète est « collée » contre son étoile) : comment la planète peut-elle résister à de telles conditions ? En 2008, une planète gazeuse 10 fois plus grosse que Jupiter est découverte toute proche de son étoile (TW Hydrae)… qui a moins de 10 millions d’années : l’étoile étant toute jeune, il est impossible de parler de migration de la planète gazeuse (elle n’aurait pas eu le temps de se faire). Et puis que dire de ces observations récentes qui montrent que, contrairement à ce qu’on attendait, plusieurs Jupiter chauds possèdent bien moins d’eau que ne le voudrait la théorie de leur formation et de leur migration ? Qu’il faut certainement retravailler la théorie et c’est bien ce que font les scientifiques.

       La Terre géante. Découverte en 2011 par la mission Kepler de la NASA, la géante tellurique de ce système a été surnommée Godzilla tant ses dimensions sont impressionnantes : 2,3 fois le diamètre de la Terre et 17 fois sa masse ! Impossible qu’une telle planète puisse exister affirmaient les spécialistes et pourtant ! Elle tourne tout près d’une très ancienne étoile vieille de 11 milliards d’années (une naine jaune comme le Soleil) mais sa taille aurait dû en faire une géante gazeuse alors qu’elle est rocheuse (tellurique). Où se situe l’élément qui n’a pas été compris ? Là aussi, il y a bien du travail en perspective.

     La formation de planètes autour d’une étoile double (GG-Tau-A). Il y a quelques années, un astronome très très célèbre déclarait à la télévision qu’il était impossible que des systèmes planétaires puissent se constituer autour d’étoiles binaires (doubles) et a fortiori multiples. Je l’entends encore : il était catégorique et affirmait en souriant benoîtement que les orbites desdites planètes seraient bien trop instables, les irrégularités de mouvement excessives, etc... Eh bien, raté ici aussi ! L’exoplanétologie a découvert que la majorité des étoiles multiples (les plus répandues dans l’Univers) possède des systèmes planétaires. Le système GG Tau-A, par exemple, est situé à 450 années-lumière de nous dans la constellation du Taureau. Il s’agit d’un tout jeune système en train de se former, un ensemble composé de trois étoiles dont une binaire (c'est-à-dire elle-même composée d’un système de deux étoiles tournant l’une autour de l’autre). Comme elles sont jeunes,  on peut encore voir les disques d’accrétion gazeux qui les entourent et, surprise, il existe un grand disque autour de l’ensemble du système et des disques secondaires autour de chacune des étoiles, y compris la binaire : c’est là qu’est en train de se former tout un aréopage de planètes. D’ailleurs, on pense bien y avoir déjà mis en évidence une géante gazeuse. La théorie de formation des planètes n’était donc pas complète !

     Le sens de rotation des planètes. C’était entendu une fois pour toutes : les planètes se forment dans le disque d’accrétion de la protoétoile, une fois celle-ci « allumée », et se mettent à tourner dans le même sens qu’elle. C’est d’ailleurs le cas du système solaire. Malheureusement, l’observation de systèmes exoplanétaires ne confirme pas la théorie. Il s’agit encore de Jupiter chauds (ils sont plus faciles à détecter et à observer…) qui ne suivent pas le modèle : ainsi sur 27 exoplanètes découvertes il y a quelque temps, six d’entre elles ont été détectées orbitant dans le sens contraire de celui de leur étoile. Comment expliquer ce paradoxe ? Une théorie alternative de migration a été avancée, expliquant que la « migration » de ces planètes ne dépendrait pas du disque de poussières de départ mais des forces gravitationnelles dues à des planètes plus lointaines, voire d’autres étoiles assez proches. Bref, on n’est absolument sûr de rien…

     Le disque protoplanétaire de HL Tauri. Enfin, pour clore cette liste d’interrogations, signalons la plus récente de ces anomalies : la magnifique photo qui sert d’accroche à ce sujet est extraordinaire précisément parce qu’il s’agit d’une photographie, c'est-à-dire la réalité vraie et non pas un schéma reconstitué ou une « vue d’artiste » comme on en voit souvent en astronomie faute de mieux… Et que nous montre ce cliché ? Tout simplement un système planétaire en cours de formation avec un luxe de précision jusqu’ici inégalé. Le cliché a été pris par l’observatoire européen ALMA au Chili au mois de septembre dernier (2014) et concerne le système tout neuf HL Tauri qui, comme son nom l’indique, se trouve, lui aussi, dans la constellation du Taureau, mais à environ 450 années-lumière du Soleil. Cette étoile n’a qu’un million d’années d’existence (ce qui en fait un bébé étoile) et elle n’est pas visible à l’œil nu, de même qu’elle ne peut être correctement aperçue par les télescopes terriens voire le télescope spatial Hubble : elle est encore cachée au sein de la nébuleuse de gaz qui lui a donné naissance. Il fallait le radiotélescope d’ALMA qui observe le ciel dans les longueurs d’onde submillimétriques, c'est-à-dire celles qui concernent le rayonnement des poussières les plus froides de l’Univers, pour dégager une image réellement exploitable. On y voit donc au centre la protoétoile pas encore allumée et, autour d’elle, les cercles concentriques traduisant la formation déjà assez avancée des planètes. C’est une énorme surprise puisque, selon la théorie jusque là en vigueur, on pensait qu’il fallait plusieurs millions d’années pour que les planétésimaux s’assemblent pour former les planètes définitives. Cela peut paraître anecdotique mais ça ne l’est pas. En effet, si les planètes se forment après leur étoile, elles devront se contenter des gaz résiduels… s’il y en a. En revanche, si elles se forment en même temps, cela veut dire que toutes les étoiles sont potentiellement entourées de planètes… peut-être par dizaines. Or, souvenons-nous : il y a environ 250 milliards d’étoiles dans la seule Voie lactée (et des milliards de galaxie comme elle dans l’Univers). Cela veut probablement dire que le nombre de planètes dans notre Univers dépasse l’entendement humain… Et il n’y en aurait aucune autre qui ressemble à la Terre ? Je ne peux le croire et, de toute façon, c’est statistiquement impossible.

La théorie de la formation planétaire est à revoir

     Comme le montrent les exemples « d’anomalies » théoriques et/ou réelles que nous venons d’énumérer, la formation des planètes dont nous pensions connaître l’essentiel est certainement à revoir, au moins en partie. Il faut absolument comprendre la place de ces planètes gazeuses géantes surnommées Jupiter chauds qui n’existent pas dans notre système solaire et, d’une façon plus générale, comment se distribuent les différentes planètes dans l’histoire de leur genèse. Disons que, pour l’instant, nous avons une approche plutôt globale de la question et qu’il reste bien des incertitudes à approfondir. D’ailleurs, il n’est pas dit que de futures observations, encore plus précises, ne nous apporteront pas de nouvelles interrogations.

     En définitive, c’est bien cela la science : avancer à petits pas, tirer un enseignement général d’une foule d’observations plus ou moins disparates et ne pas hésiter à tout repenser face à la réalité de l’observation. Le dogmatisme ici ne peut déboucher sur rien de valable.

Sources

1. fr.wikipedia.org

2. www.techno-science.net/

3. Encyclopaedia Britannica

4. www.astronomes.com

5. www.redshift-live.com

6. www.futura-sciences.com

Images

1. l'étoile en formation HL Tauri (sources : www.eso.org/)

2. nébuleuse stellaire (sources : www.cnrs.fr)

3. disque protopla,étaire (sources : ast.obs-mip.fr)

4. planétésimaux (sources : irfu.cea.fr) 

5. Saturne (sources : maxisciences.com)

6. Jupiter chaud (sources : lecosmographe.com)

7. Mizar et Alcor (sources : irfu.cea.fr)

8. radiotélescope ALMA (sources : www.eso.org/)

(pour lire les légendes des illustrations, posser le pointeur de la souris sur l'image)

Mots-clés : exoplanétologie - supernova - fusion nucléaire - planétésimaux - disque d'accrétion - planète tellurique - géante gazeuse - Jupiter chaud - ecliptique - migration planétaire - étoile double (ou binaire) - observatoire ALMA