Sentier des Exoplanètes

Transcription

1 Première exoplanète Vue d'artiste de 51 Peg b Mais qu'est-ce qui leur a pris de se poser tant de questions? Ils auraient pourtant pu rester les pieds sur la Terre à apprécier le Soleil pour ce qu'il fait de mieux, c'est-à-dire nous réchauffer. Mais non, depuis des millénaires, des prêtres, des philosophes et des scientifiques s'interrogent sur ce petit disque jaune et sur les rapports qu'il entretient avec notre monde et le reste de l'univers. Au final, leurs cogitations donnèrent naissance à l'une des plus belles histoires de l'humanité, avec son flot de questions et de réponses, non sans que certains paient au passage le prix fort de leur curiosité. La Terre est-elle plate? - Non. La Terre est-elle le centre du monde? - Non. Existe-t-il d'autres astres que le Soleil? - Oui. Mais alors, existe-t-il d'autres mondes autour de ces astres lointains? Il fallut attendre 1995 pour qu'une réponse irréfutable vienne clore le débat. Cette année, une équipe d'astronomes annonça la découverte de la première exoplanète, c'est-à-dire une planète qui tourne autour d'une autre étoile que la nôtre. Elle s'appelle 51 Peg b et tourne à 42 années-lumière de la Terre. Cerise sur le gâteau: on doit cette découverte à deux astronomes de l'observatoire de l'université de Genève: Michel Mayor et Didier Queloz. Quelques années plus tard, la quête des exoplanètes est devenue l'une des branches les plus fécondes et les plus en vogue de la science astronomique. Ce parcours aborde 10 sujets clé dans la découverte des exoplanètes et de la recherche de la vie dans l'univers. Sur chaque panneau, une question vous sera posée. La réponse vous sera révélée sur le panneau suivant. L'association AstroPléiades, Parcours Claude-Nicollier vous souhaite une agréable visite et espère vous revoir bientôt au sommet des Pléiades. Question 1 La Terre tourne autour du Soleil en 365 jours. Selon vous, combien de temps faut-il à 51 Peg b pour effecter une rotation complète autour de son étoile? (1) 4 jours (2) 40 jours (3) 400 jours

2 Comment les planètes se forment-elles? On considère que les planètes se forment en même temps que leur étoile, par accrétion et condensation au sein d'un disque de gaz et de poussière. Le centre du disque, riche en matière, se contracte peu à peu sous l'effet de la gravitation. Lorsque la température devient trop grande, le disque s'enflamme sous l'effet des réactions nucléaires pour former un proto-soleil. En s'allumant, le proto-soleil émet un fort vent solaire qui chasse les résidus de gaz et de poussière. Un nouveau système solaire est né! Question 2 Selon vous, à quand remonte la formation du système solaire? (1) il y a 5 mille années (2) il y a 5 millions d'années (3) il y a 5 milliards d'années Réponse 1 Peg 51 b est très proche de son étoile et ne met que 4 jours pour effectuer une révolution complète.

3 L'apparition de la vie sur Terre H2O CO2 + NH4 UV Eclairs Pluie Soupe primitive Océan NH3 C-H-O-N On estime que l'apparition de la vie sur Terre remonte à environ 3.8 milliards d'années, soit environ 1 milliard d'années après la formation de la Terre. A cette époque, l'atmosphère terrestre était très différente de celle que l'on connaît aujourd'hui: très pauvre en oxygène et très riche en gaz carbonique. Les volcans actifs étaient beaucoup plus nombreux qu'aujourd'hui. Diverses sources d'énergie (rayons UV, éclairs, volcans) fournissaient l'énergie nécessaire afin de briser des molécules simples et de former de nouvelles molécules, plus lourdes et plus complexes. Ces nouvelles molécules étaient ensuite précipitées vers la terre sous l'action de la pluie. Elles s'agglutinèrent dans des lacs et des océans pour former une véritable "soupe primitive" de molécules organiques. Sous l'action de sources chaudes et de volcans sous-marins, ces molécules continuèrent à s'assembler entre elles pour former des molécules de plus en plus complexes. Après plusieurs millions d'années de ce jeu d'assemblages fortuits, la vie émergea, un peu par hasard, sous la forme d'organismes unicellulaires, également connus sous le nom de bactéries. Question 3 Selon vous, quels sont les composés nécessaires à l'apparition de la vie? (1) L'eau, le gaz carbonique et l'uranium (2) L'eau, le souffre et l'or (3) L'eau, l'oxygène et le carbone Réponse 2 Le Soleil, la Terre et toutes les planètes du système solaire ont été formé il y a environ 5 milliards d'années.

4 La vie dans le système solaire sur Mars sur Europe Existe-t-il de la vie ailleurs dans le système solaire? Cette question n'a pas encore de réponse à ce jour. Mais la vie se cache parfois dans des endroits forts étranges et les scientifiques n'ont pas encore abandonné l'idée de la trouver sur d'autres planètes du système solaire. Voici quelques endroits où elle pourraît se cacher: Sur Mars La découverte de canaux d'écoulement sur la surface de Mars suggère que la planète abritait autrefois de l'eau sous forme liquide. Cette eau a disparu aujourd'hui mais il est possible qu'une partie se soit infliltrée dans le sol, permettant ainsi à la vie de s'y développer. Sur Europe Ce satellite de Jupiter est presque entièrement recouvert de glace à -170 C. Il est donc possible que de l'eau liquide existe sous sa surface, là où la température est plus élevée. Question 4 La science qui étudie les conditions nécessaires à l'apparition de la vie sur d'autres planètes s'appelle: (1) L'exobiologie (2) L'extraterrestrologie (3) La cosmologie Réponse 3 Les composés essentiels à la formation de la vie sont l'eau, l'oxygène et le carbone.

5 La zone habitable Quelles sont les conditions nécessaires à l'apparition et au développement de la vie sur une planète? Cette question pourtant très simple ne possède pas encore de réponse claire et fait régulièrement l'objet de grands débats au sein de la communauté scientifique. La plupart des astronomes pensent que la planète doit se trouver dans la "zone habitable" de son étoile, c'està-dire dans la zone où l'eau peut exister sous forme liquide. Cette zone dépend du type d'étoile et de la distance à laquelle orbite la planète. Si la planète est trop proche de son étoile, toute l'eau s'évapore dans l'espace. Si elle est trop éloignée, tout gèle. L'étoile en question doit également avoir une durée de vie suffisante pour permettre à la vie de se développer. Il a fallu 1 milliard d'années pour que la vie apparaisse sur Terre. Or une étoile 10 fois plus massive que le Soleil ne brûle "que" pendant quelques millions d'années. Il est probable qu'une telle étoile s'éteigne bien avant que la vie n'ait eu le temps d'apparaître. Finalement, les scientifiques pensent que de nombreux facteurs physiques et biochimiques doivent être respectés pour que la vie puisse se développer sur une planète. La présence d'eau liquide, de carbone et d'oxygène dans des conditions de température et de pression favorables aux réactions chimiques ne sont que des exemples d'une très longue liste. Question 5 Laquelle de ces affirmations est correcte? (1) La zone habitable du Soleil se rapproche au fur et à mesure que celui-ci vieillit. (2) La zone habitable du Soleil s'éloigne au fur et à mesure que celui-ci vieillit. (3) La zone habitable du Soleil ne bouge pas au cours du temps. Réponse 4 La science qui étudie les conditions nécessaires à l'apparition de la vie sur d'autres planètes s'appelle l'exobiologie.

6 Comment détecte-t-on les exoplanètes? 1) La méthode des vitesses radiales L'étoile se rapproche Le spectre est décalé vers le bleu L'étoile s'éloigne Le spectre est décalé vers le rouge Il est important de rappeler qu'à ce jour, aucune exoplanète n'a pu être observée directement à travers la lunette d'un télescope. Les techniques existantes de détections sont exclusivement indirectes et ne permettent que de déduire la présence d'une planète grâce aux effets que celle-ci produit sur son environnement. Par exemple, la méthode des vitesses radiales permet de détecter une exoplanète grâce à l'analyse spectrographique de la lumière émise par son étoile. Lorsqu'une planète tourne autour d'une étoile, l'étoile en question exerce en permanence une force gravitationnelle sur la planète. Réciproquement, la planète exerce une force égale et opposée sur son étoile. L'effet de cette force est beaucoup plus faible pour les étoiles que pour les planètes en raison de la différence de masse qui les sépare, mais elle suffit néanmoins à modifier légèrement la trajectoire de l'étoile qui se rapproche et s'éloigne très légèrement de nous. Ce mouvement de va-et-viens peut être détecté à l'aide des télescopes modernes grâce au décalage qu'il provoque dans le spectre de lumière de l'étoile (effet Doppler-Fizeau). La méthode des vitesses radiales est la méthode de détection la plus efficace à ce jour pour détecter des exoplanètes. C'est notamment grâce à cette méthode qu'on a pu découvrir la première exoplanète en Question 6 Selon vous, quels types de planètes peut-on facilement détecter grâce à la méthode des vitesses radiales? (1) Des géantes gazeuses très proches de leur étoile (2) Des petites planètes très éloignées de leur étoile (3) Toutes sortes de planètes, quelle que soit leur taille Réponse 5 Lorsque le Soleil vieillit, il devient plus chaud. La zone habitable s'éloigne donc de lui avec le temps.

7 Comment détecte-t-on les exoplanètes? 2) La méthode du transit La méthode du transit s'inspire directement du principe de fonctionnement d'une éclipse: à chaque fois qu'une exoplanète passe entre son étoile et la Terre, la luminosité apparente de son étoile baisse très légèrement. A partir de ces mesures, les astronomes peuvent calculer la taille et la distance de la planète par rapport à son étoile. Cette méthode de détection offre de nombreux avantages mais elle est très difficile à utiliser en pratique car elle exige que la Terre, l'étoile et l'exoplanète soient parfaitement alignés. De plus, aucun objet extérieur ne doit venir perturber la mesure, ce qui est plutôt rare en pratique. Question 7 Selon vous, la découverte d'une exoplanète similaire à la Terre grâce à la méthode du transit nécessiterait (1) quelques heures d'observations à peine. (2) quelques jours d'observations. (3) plusieurs années d'observations. Réponse 6 Les planètes qui peuvent être détectées grâce à la méthode des vitesses radiales sont principalement des géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile.

8 Comment détecte-t-on les exoplanètes? 3) Satellites Corot, ESA Kepler, NASA Lancé en décembre 2006, Corot (pour Convection, Rotation et Transits planétaires) est un télescope spatial européen dont le but est de détecter des exoplanètes telluriques grâce à la méthode du transit. Son homologue de la NASA, le satellite Kepler, a été lancé en mars 2009 en orbite héliocentrique. Les deux satellites ont déjà permis de détecter plusieurs exoplanètes et devraient continuer leur récolte pendant plusieurs années encore avant d'être remplacés par de nouveaux télescopes encore plus puissants. Question 8 Le satellite Kepler a été baptisé en l'honneur du célèbre astronome Johannes Kepler ( ) qui est surtout connu pour avoir (1) découvert la planète Mars. (2) étudié le mouvement des planètes. (3) construit le premier télescope. Réponse 7 Le découverte d'une exoplanète similaire à la Terre avec la méthode du transit nécessite plusieurs années d'observations. En effet, il faut attendre près d'une année entre deux éclipses successives, le temps que la planète fasse le tour de son étoile.

9 Gliese 581c Vue d'artiste de Gliese 581c Découverte en 2007 grâce à la méthode des vitesses radiales, Gliese 581c est une exoplanète qui tourne autour d'une naine rouge à 20.5 annéeslumière de la Terre. Contrairement à la majorité des exoplanètes découvertes à ce jour, Gliese 581c n'est pas une planète gazeuse de type Jupiter chaude mais une planète solide qui ressemble à la Terre de par sa taille et de la température à sa surface. Située à seulement 11 millions de km de son étoile, Gliese 581c ne met que 13 jours pour effectuer une rotation complète autour de son étoile. La proximité de la planète par rapport à son étoile pourrait faire conclure trop vite à des conditions incompatibles avec la vie. Il ne faut cependant pas oublier que l'étoile en question est une naine rouge, bien moins chaude que le Soleil, de sorte que la température à la surface de Gliese 581c est estimée entre 0 et 40 C. La planète pourrait donc abriter de l'eau à l'état liquide et peut-être de la vie. Question 9 A votre avis, combien de temps faudrait-il pour envoyer un message radio depuis la Terre vers Gliese 581c? (1) Quelques secondes à peine. (2) Pas plus de quelques heures. (3) Plus de 20 années. Réponse 8 Johannes Kepler est surtout connu pour avoir décrit les lois qui régissent les mouvements des planètes sur leur orbite autour du Soleil, connues aujourd'hui sous le nom des 3 lois de Kepler.

10 Perspectives "Sommes-nous seuls dans l'univers?" Après plusieurs milliers d'années de recherche, la question n'a toujours pas de réponse. Mais la découverte de centaines d'exoplanètes aux caractéristiques aussi variées qu'étonnantes ouvre de nouvelles perspectives. Pour l'instant, nos télescopes permettent essentiellement de détecter de grandes planètes chaudes sur lesquelles la vie possède très peu de chance de se développer. Découvrir des planètes similaires à la Terre reste difficile. Mais une nouvelle génération de télescopes ne devrait pas tarder: plus puissants et encore plus précis, ils permettront de sonder l'immensité de l'espace à la recherche de nouveaux mondes habitables. La quête de la vie dans l'univers ne fait que commencer! Et c'est le début d'une période passionnante, tant sur le plan scientifique que philosophique. L'association AstroPléiades, Parcours Claude Nicollier espère que vous avez apprécié ce parcours et que les thèmes abordées ont stimulé votre curiosité. Si vous désirez en apprendre plus, venez donc faire un tour sur notre site internet: Merci pour votre attention et bonne journée! Réponse 9 Gliese 581c possède un diamètre 1.5 fois plus grand que la Terre et une masse 5 fois plus grande.