Les exoplanètes Regarder loin et chercher ailleurs pour mieux comprendre ce que nous avons sous nos pieds.

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1 Planétarium Hubert Curien Jardin des Sciences de Dijon Les exoplanètes Regarder loin et chercher ailleurs pour mieux comprendre ce que nous avons sous nos pieds. Dossier élèves

2 Des milliards d exoplanètes? Pour faire simple : Les exoplanètes sont des planètes qui ne tournent pas autour du Soleil, elles tournent autour d'une autre étoile. On parle aussi de planètes extrasolaires. Notre système solaire : Autour du Soleil. Quelques planètes et objets qui tournent autour. Notre Terre est la seule planète habitée de notre système. Quelles seraient les chances de trouver des conditions aussi favorables à la vie dans d autres systèmes ailleurs vers d autres étoiles? L idée qu il existerait un ailleurs où toutes les conditions seraient réunies pour permettre le développement d une vie extraterrestre est une source inépuisable d inspiration pour différentes oeuvres de science fiction : romans, films, séries TV, dessins animés, bandes dessinées Cite ici quelques exemples : Jodie Foster (actrice) dans le film Contact : «L univers est tellement vaste, et nous sommes si petits, que si nous étions seuls, ça serait un beau gâchis d espace». Film de science-fiction américain sorti en 1997 adapté du roman de Carl Sagan. A quel point sommes-nous si petits? Notre Soleil est une étoile de la Voie Lactée, notre galaxie. Celle-ci comporte environ 300 milliards d autres étoiles et l univers compte au moins 100 milliards de galaxies étoiles dans l univers C est quasiment inimaginable Par le calcul, on montre qu on peut à peu près comparer le nombre d étoiles dans tout l univers au nombre de grains de sable dans le désert du Sahara ou au nombre de gouttes d eau dans toutes les mers et océans de la Terre. EXOPI-Milliards Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 1

3 L équation de DRAKE En 1961, Frank Drake, un radioastronome américain, donne une équation pour évaluer nos chances de communiquer avec une civilisation extraterrestre dans notre galaxie. Pour trouver il faut connaître 7 paramètres : ET ET ET ET ET Fp PP Np Pv Pi Pc T La vitesse à laquelle se forment les étoiles dans la galaxie Les chances qu une étoile ait des planètes qui tournent autour Le nombre de planètes qui sont dans une zone habitable Les chances que la vie apparaisse sur cette planète Les chances que cette forme de vie soit intelligente Les chances que cette vie intelligente ait envie et les outils pour communiquer La durée de vie d une civilisation capable de communiquer dans les ronds, il faut faire correspondre les facteurs : Fp, PP, Np, Pv avec les illustrations Dans cette équation, il donne surtout toutes les conditions qu il faut réunir pour trouver un jour un extraterrestre dans la galaxie avec lequel établir une conversation. En fait, il y a de si grosses incertitudes sur chaque terme qu au final ce que l on apprend c est qu on ne sait pas grand chose. Dans la suite on va expliquer les termes Np : Les planètes en zone habitable. Pv : Conditions pour la vie sur une planète. et T : Communiquer à longue distance ça prend du temps. EXOPI-Drake Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 2

4 A la recherche d exoplanètes En mars 2014, l observatoire WASP-South en Afrique du sud découvre la 1000ème exoplanète possiblement habitable. Que de chemin parcouru depuis 1995 où le 6 octobre, Michel Mayor et Didier Queloz rendent publique leur découverte Ces deux astronomes suisses détectent la première exoplanète depuis l observatoire de haute Provence en France. Cette planète tourne autour de 51Peg, une étoile de la constellation de Pégase. Elle se trouve à environ 40 années-lumière de nous. C est une planète géante gazeuse qui se trouve près de son étoile. Elle n est certainement pas habitable, Très grosse et près de son étoile, on peut la qualifier de Jupiter chaud. La course est lancée; différentes méthodes de détections sont inventées par les différents laboratoires. Des télescopes spatiaux sont même fabriqués spécialement pour cette tâche: COROT en 2006 (ESA), Kepler en 2009 (NASA) GAIA en 2013 (ESA). On assiste à une explosion des découvertes d exoplanètes comme le montre le graphique cicontre: source : exoplanet.eu La méthode des transits : ( 40% des découvertes) L idée est simple: elle copie l observation que l on peut faire dans notre système solaire lorsqu une planète inférieure (Mercure ou Venus) observée depuis la Terre, passe devant le Soleil. Au cours du passage de la planète on peut noter une petite diminution de la luminosité. Evolution du nombre d exoplanètes détectées par année. Transits planétaires de Mercure et de Venus, avec en plus le passage d un avion devant le Soleil. EXOPI-Recherches Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 3

5 On mesure en continu la luminosité d une étoile pour y découvrir des variations périodiques dues aux transits d exoplanètes. Enregistrement d un courbe de luminosité à gauche et simulation informatique à droite. Le profil de la courbe révèle des informations sur la planète détectée. NB : On peut reproduire ce phénomène ici avec la «boîte à éclipses/transits» et un luxmètre. (qui permet de mesurer la luminosité) Ci dessous : Le transit d une exoplanète devant un étoile. ( par Corot source OBSPM) (diminution de la luminosité de l étoile hôte, quand la planète passe devant) Place les lettres correspondant aux images suivantes sur la courbe : A B C D E F G avant 1er contact 2ème contact milieu 3ème contact sortie après EXOPI-Recherches Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 4

6 Planète habitable Pour être habitée, une planète doit réunir beaucoup de conditions favorables. Essayons d établir ce qui est vraiment indispensable à la vie sur une planète. A l heure actuelle, la seule certitude que nous ayons est que seule la Terre abrite la vie dans notre système solaire. Le vivant : Ce qui est vivant, ce qui ne l est pas: Entoure les images VIVRE : (NAITRE) - (GRANDIR) - SE REPRODUIRE - SE NOURRIR et. MOURIR La biodiversité terrestre : Selon une récente estimation on compte 8,7 millions d espèces vivantes sur Terre. (plosbiology.org 2011) Cela comprend les animaux, végétaux, champignons et moisissures, algues et des êtres à une seule cellule dont certains peuvent se mouvoir. (19625 sont sur la liste rouge UICN des espèces menacées) On ne connait pas encore tout et on doit faire preuve d imagination pour d éventuelles formes de vies extraterrestres. Pourquoi seulement imaginer des petits hommes verts plutôt que des grands êtres bleus, ou des reptiles, des insectes, ou tout simplement des petites bactéries unicellulaires? La recette minimum pour abriter la vie : Sur Terre, à part quelques formes de vies exotiques qui se développent dans des conditions extrêmes, la règle générale est qu il faut de la chaleur mais pas trop, de l eau à l état liquide, de la lumière et des échanges gazeux avec l atmosphère. Pour espérer trouver de la vie ailleurs que sur Terre, il faut donc commencer par chercher des exoplanètes où ces conditions peuvent être réunies. On parle de planètes habitables. Idéalement, il s agit de trouver une exoplanète à peu près de la taille de la Terre, une planète tellurique ni trop près de l étoile ni trop loin. Dans une zone habitable. Une planète géante gazeuse comme Neptune ou Jupiter ne pourrait pas convenir. Il faut donc que la planète soit ni trop petite (sans atmosphère) ni trop grande. EXOPI-Habitabilité Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 5

7 Cela réduit considérablement le nombre de candidates parmi celles découvertes à l heure actuelle. Une planète, pour être habitable, doit se trouver dans une zone assez fine. Ni trop près ni trop loin du soleil. Dans notre système, Venus est déjà trop près; pour les planètes au delà de Mars, on pourrait seulement trouver de la vie dans le sous-sol des lunes des planètes géantes gazeuses. Dans toutes les candidates exoplanètes découvertes avec le satellite Kepler, quelques unes seulement réunissent toutes les conditions : On élimine celles de la zone chaude (LIGNE DU HAUT). barre-les Celles de la zone froide (LIGNE DU BAS). barre-les Celles trop grosses (2 COLONNES DE DROITE). barre-les Celles trop petites ( COLONNE DE GAUCHE). barre-les Il ne reste plus grand monde EXOPI-Habitabilité Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 6

8 Tentons de construire une micro-planète habitable: Plusieurs expériences ont déjà été réalisées pour recréer un système vivant complet. C est très compliqué. L équilibre est difficile à obtenir. En 1990, en Arizona, EU. Biosphère II, des scientifiques ont tenté de reproduire un système écologique complet et autonome. Malheureusement, cette expérience s est soldée par un échec. Avant cela, La NASA a réussi à créer un mini écosystème clos très simple: Un récipient, de l eau, des microorganismes invisibles qui se développent à une bonne température et en présence de lumière, des petits êtres vivants se nourrissant des microorganismes. La seule chose dont a besoin ce système est l apport quotidien d une juste dose de lumière et une bonne température. Ajoute les flèches colorées des listes ci-dessous qui montrent les échanges entre les acteurs de ce mini écosystème: GAZ Source de lumière et de chaleur (0) Apporte de l énergie Algues O2 GAZ CO2 Crevettes - échanges gazeux - (a) Rejettent du gaz CO2 (b) Captent du gaz CO2 (c) Rejettent du gaz O2 (d) Captent du gaz O2 - chaine alimentaire - 1. Produisent des déchets 2. Consomment des déchets 3. Produisent des nutriments utiles aux algues 4. Produisent de la nourriture pour la crevette EXOPI-Habitabilité Bactéries Déchets Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 7

9 Expérience mini-monde : «DIY-écosphère» Protocole : 3 bocaux identiques 2L. Dans chacun : 1,5L d eau de la rivière ou d un lac. 1 algue (ex aegagropila linnaei «cladophora» ) ou 1 plante aquatique type Elodée 1 petit animal visible. (ex crevette : Caridina multidentata «japonica» ou petit escargot aquatique) 0,25L Quartz noir ou du sable On réalise 3 modèles identiques de ce mini-monde : Afin de tester l importance de l apport d énergie nous placerons ces spécimen dans des endroits à l exposition au soleil différentes : Zone froide Zone habitable Zone chaude dans un placard au milieu de la pièce derrière la fenètre. observations après 7j obsevations après 14j observations après 21j Conclusion : vous pouvez y enregistrer votre DIY-écosphère sur ce site et échanger et obtenir des conseils d amateurs ayant des DIY-écosphère de plusieurs centaines de jours de vie. EXOPI-Habitabilité Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 8

10 Voyager et communiquer dans l espace Imaginons qu on ait découvert une exoplanète habitable à une distance assez faible de nous à l échelle de la galaxie. Imaginons que cette planète abrite une vie intelligente ayant envie de communiquer. Nous allons comprendre que communiquer n est si pas simple et que s y rendre pour la visiter est impensable. Dans l espace pour voyager, les distances sont si grandes que le voyages sont très longs : Aller sur la Lune : un peu plus de 3 jours. ( Saturn 5 en 1969 ) Aller sur Mars : plus de 10 mois. (Mars Express en 2003 ) Sortir du système solaire : 35 ans, (Voyager 1 lancée en 1977 vient de le faire) A cette vitesse, aller près d une exoplanète «proche» située à 20 années-lumière serait un voyage de ans Comment envoyer un SMS interstellaire? Les ondes radio qui voyagent à la vitesse de la lumière. La lumière voyage très vite, si vite qu il a été très compliqué d en mesurer sa vitesse. On a longtemps cru même que sa vitesse était infinie. Alhazen (XIe) ou Galilée (XVIIe) ont eu l intuition qu elle avait une certaine vitesse finie mais n ont pas réussi à le prouver. Rømer (XVIIe) puis Bradley (XVIIIe) en calculent une première valeur approximative en se basant sur des observations astronomiques. Fizeau et Foucault (XIXe) à Paris, mesurent expérimentalement la vitesse de la lumière. En 1983, la valeur de la vitesse de la lumière est fixée à : m/s A cette vitesse, on pourrait faire 7 fois le tour de la Terre en une seconde Il faut un peu plus d 1 seconde pour envoyer un message sur la Lune Plus de 20 minutes pour envoyer un message sur Mars 16 heures pour envoyer un message à la sonde Voyager et. 20 ans pour un message vers une exoplanète qui située à 20 années-lumière. Exemples de messages envoyés dans l espace. Arecibo - Pioneer - Voyager EXOPI-Communiquer Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 9

11 Reçu le. Expédié le. Bonjour, je m appelle. J ai.. ans terriens; nous sommes en. Il fait beau ici. ;-) Bonjour, je m appelle. J ai.. ans exopiens ; ici nous sommes en.. Reçu le. Expédié le. Ça fait plaisir d avoir de vos nouvelles. J ai un peu vieilli : j ai maintenant. Expédié le. Reçu le. EXOPI-Communiquer Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 10

12 Notes Personnelles EXOPI-Notes Service éducatif du planétarium Hubert Curien - Jardin des Sciences de Dijon 11