Astronomie

Connaît-on des planètes fermées par les marées avec des atmosphères ?

Connaît-on des planètes fermées par les marées avec des atmosphères ?


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Sinon, y a-t-il une raison pour laquelle une telle planète ne pourrait pas exister ?

Je demande seulement parce que cette planète aurait littéralement une zone crépusculaire et je veux savoir que c'est une chose quelque part.


Comme nous n'avons pas encore mesuré l'atmosphère de nombreuses planètes rocheuses, il n'y a pas beaucoup d'exemples. Mais j'ai trouvé 55 Cancri e : c'est une super-terre avec une orbite verrouillée très proche et une atmosphère qui a été mesurée par Hubble. Une année sur l'exoplanète ne dure que 18 heures et les températures à la surface devraient atteindre environ 2000 degrés Celsius. L'atmosphère détectée semble se composer principalement d'hydrogène et d'hélium. Vous avez donc une zone crépusculaire constante, juste une zone plutôt chaude.

Sources : - Absence de marée bloquée - Détection de l'atmosphère


Vous avez demandé si nous connaissions de telles planètes, cela soulève la question de savoir à quel point voulez-vous être sûr. Il existe certainement une variété de planètes situées à proximité de leurs étoiles qui ont des atmosphères (Jupiters chauds, Neptunes chauds, diverses super-Terres riches en volatiles), qui ont de courtes échelles de temps de rotation des marées. Ces planètes sont généralement supposées être dans un état spin-orbite 1: 1 pour cette raison. Pour autant que je sache, aucune de ces planètes n'a vu sa rotation mesurée, donc même s'il peut être raisonnable de supposer qu'elles sont verrouillées par les marées, nous n'en sommes pas sûrs.

Cela soulève alors une mise en garde importante : les atmosphères peuvent agir contre le blocage des marées. L'exemple habituel donné ici est Vénus, où les "marées thermiques" atmosphériques rendent l'état de rotation actuel plus favorable que celui de marée bloquée. Une hypothétique Vénus sans air aurait bien pu se retrouver bloquée par les marées. Vous n'avez pas forcément besoin d'une atmosphère aussi massive que celle de Vénus : selon Leconte et al. (2015) "Rotation asynchrone des planètes de masse terrestre dans la zone habitable des étoiles de masse inférieure", une atmosphère semblable à la Terre serait suffisante pour empêcher une planète de masse terrestre d'être verrouillée par la marée autour des étoiles jusqu'à environ 0,5-0,7 masse solaire .

Même en dessous de cette limite, les interactions planète-planète peuvent agir pour maintenir les planètes hors de l'état synchrone. Selon Vinson et al. (2019) "La nature chaotique des états de spin planétaire de TRAPPIST-1", plusieurs des planètes de TRAPPIST-1 peuvent être dans des états de rotation non synchrones à cause de cela, bien qu'elles soient soumises à de fortes marées de l'étoile hôte.

Les marées thermiques sont également pertinentes pour les Jupiters chauds et les Neptunes chauds : encore une fois, ces planètes sont généralement considérées comme étant en rotation synchrone mais ce n'est pas nécessairement le cas. Par exemple, voir Auclair-Desrotour & Leconte (2018) "Semidiurnal thermal tides in asynchronously rotation hot Jupiters".

Donc je dirais que la réponse est un peut-être définitif. Il est probable que la liste des exoplanètes connues contienne quelques exemples de planètes en rotation synchrone avec des atmosphères, malheureusement, à l'heure actuelle, nous ne pouvons pas dire avec certitude si une planète individuelle est réellement dans l'état de rotation synchrone.


Proxima Centauri et planètes verrouillées par les marées

Proxima Centauri peut avoir une planète rocheuse, semblable à la terre, proche de son faible soleil. Verrouillé en raison de la marée, le côté exposé au soleil peut avoir une température allant jusqu'à 30 degrés Celsius et un côté sombre de -30 ° C. Cela rendrait un côté tempéré avec de l'eau liquide et l'autre gelé comme l'Antarctique - froid, mais pas incroyablement.

En supposant qu'elle s'accroche à son atmosphère, quelle sorte de systèmes météorologiques pourrions-nous trouver sur une telle planète, où d'un côté est le jour perpétuel (avec un temps modéré) et l'autre une nuit gelée ?

Pour aller plus loin, si je peux me permettre, attendrions-nous des adaptations uniques de la vie provenant d'une telle planète ?


Nouveaux indices sur les compositions des planètes TRAPPIST-1

Cette illustration montre les sept planètes de la taille de la Terre de TRAPPIST-1. L'image ne montre pas les orbites des planètes à l'échelle, mais met en évidence les possibilités d'apparence des surfaces de ces mondes intrigants. Crédit d'image : NASA/JPL-Caltech

Les sept planètes de la taille de la Terre de TRAPPIST-1 sont toutes principalement constituées de roches, certaines ayant le potentiel de contenir plus d'eau que la Terre, selon une nouvelle étude publiée dans la revue Astronomy and Astrophysics. Les densités des planètes, maintenant connues avec beaucoup plus de précision qu'auparavant, suggèrent que certaines planètes pourraient avoir jusqu'à 5 % de leur masse dans l'eau, soit 250 fois plus que les océans de la Terre.

La forme que prendrait l'eau sur les planètes TRAPPIST-1 dépendrait de la quantité de chaleur qu'elles reçoivent de leur étoile, qui est à peine 9 % aussi massive que notre Soleil. Les planètes les plus proches de l'étoile sont plus susceptibles d'héberger de l'eau sous forme de vapeur atmosphérique, tandis que celles plus éloignées peuvent avoir de l'eau gelée à leur surface sous forme de glace. TRAPPIST-1e est la planète la plus rocheuse de toutes, mais on pense toujours qu'elle a le potentiel d'héberger de l'eau liquide.

« Nous en savons maintenant plus sur TRAPPIST-1 que sur tout autre système planétaire en dehors du nôtre », a déclaré Sean Carey, directeur du Spitzer Science Center à Caltech/IPAC à Pasadena, en Californie, et co-auteur de la nouvelle étude. . “Les densités améliorées dans notre étude affinent considérablement notre compréhension de la nature de ces mondes mystérieux.”

Depuis que l'étendue du système a été révélée en février 2017, les chercheurs ont travaillé dur pour mieux caractériser ces planètes et collecter plus d'informations à leur sujet. La nouvelle étude offre de meilleures estimations que jamais pour les densités des planètes.

Le concept de cet artiste montre à quoi pourrait ressembler le système planétaire TRAPPIST-1, sur la base des données disponibles sur les diamètres, les masses et les distances des planètes par rapport à l'étoile hôte, en février 2018. Crédit : NASA/JPL-Caltech

TRAPPIST-1 doit son nom au Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope (TRAPPIST) au Chili, qui a découvert deux des sept planètes que nous connaissons aujourd'hui, annoncées en 2016. Le télescope spatial Spitzer de la NASA, en collaboration avec le sol télescopes, ont confirmé ces planètes et découvert les cinq autres du système.

Depuis lors, le télescope spatial Kepler de la NASA a également observé le système TRAPPIST-1, et Spitzer a commencé un programme de 500 heures supplémentaires d'observations TRAPPIST-1, qui se terminera en mars. Ce nouveau corpus de données a aidé les auteurs de l'étude à brosser un tableau plus clair du système que jamais auparavant, bien qu'il reste encore beaucoup à apprendre sur TRAPPIST-1.

Les planètes TRAPPIST-1 se serrent si près les unes des autres qu'une personne se tenant à la surface de l'un de ces mondes aurait une vue spectaculaire sur les planètes voisines dans le ciel. Ces planètes semblaient parfois plus grandes que la Lune ne semble à un observateur sur Terre. Ils peuvent également être verrouillés par les marées, ce qui signifie que le même côté de la planète fait toujours face à l'étoile, chaque côté étant perpétuellement jour ou nuit. Bien que les planètes soient toutes plus proches de leur étoile que Mercure ne l'est du Soleil, TRAPPIST-1 est une étoile si froide que certaines de ses planètes pourraient encore, en théorie, contenir de l'eau liquide.

Dans la nouvelle étude, des scientifiques dirigés par Simon Grimm de l'Université de Berne en Suisse ont créé des modèles informatiques pour mieux simuler les planètes sur la base de toutes les informations disponibles. Pour chaque planète, les chercheurs ont dû proposer un modèle basé sur les masses nouvellement mesurées, les périodes orbitales et une variété d'autres facteurs, ce qui en fait un problème extrêmement difficile et dimensionnel, a déclaré Grimm. Il a fallu la majeure partie de 2017 pour inventer de nouvelles techniques et exécuter des simulations pour caractériser les compositions des planètes.

Ce graphique montre, sur la rangée du haut, les concepts d'artistes des sept planètes de TRAPPIST-1 avec leurs périodes orbitales, les distances de leur étoile, les rayons, les masses, les densités et la gravité de surface par rapport à celles de la Terre. Crédit : NASA/JPL-Caltech

A quoi pourraient ressembler ces planètes ?

Il est impossible de savoir exactement à quoi ressemble chaque planète, car elles sont si éloignées. Dans notre propre système solaire, la Lune et Mars ont presque la même densité, mais leurs surfaces semblent totalement différentes.

Les densités, bien qu'elles soient des indices importants sur la composition des planètes, ne disent rien sur l'habitabilité. Cependant, notre étude est un pas en avant important alors que nous continuons à explorer si ces planètes pourraient soutenir la vie », a déclaré Brice-Olivier Demory, co-auteur à l'Université de Berne.

Sur la base des données disponibles, voici les meilleures estimations des scientifiques sur l'apparence des planètes :

TRAPPIST-1b, la planète la plus interne, est susceptible d'avoir un noyau rocheux, entouré d'une atmosphère beaucoup plus épaisse que celle de la Terre. TRAPPIST-1c a également probablement un intérieur rocheux, mais avec une atmosphère plus mince que la planète b. TRAPPIST-1d est la plus légère des planètes, environ 30 % de la masse de la Terre. Les scientifiques ne savent pas si elle a une grande atmosphère, un océan ou une couche de glace - les trois donneraient à la planète une "enveloppe" de substances volatiles, ce qui aurait du sens pour une planète de sa densité.

Les scientifiques ont été surpris que TRAPPIST-1e soit la seule planète du système légèrement plus dense que la Terre, ce qui suggère qu'elle pourrait avoir un noyau de fer plus dense que notre planète d'origine. Comme TRAPPIST-1c, il n'a pas nécessairement une épaisse couche d'atmosphère, d'océan ou de glace, ce qui rend ces deux planètes distinctes dans le système. Il est mystérieux pourquoi TRAPPIST-1e a une composition beaucoup plus rocheuse que le reste des planètes. En termes de taille, de densité et de quantité de rayonnement qu'elle reçoit de son étoile, c'est la planète la plus similaire à la Terre.

TRAPPIST-1f, g et h sont suffisamment éloignés de l'étoile hôte pour que l'eau puisse être gelée sous forme de glace sur ces surfaces. S'ils ont des atmosphères minces, il est peu probable qu'ils contiennent les molécules lourdes de la Terre, telles que le dioxyde de carbone.

"Il est intéressant de noter que les planètes les plus denses ne sont pas celles qui sont les plus proches de l'étoile et que les planètes les plus froides ne peuvent pas abriter d'atmosphères épaisses", a déclaré Caroline Dorn, co-auteur de l'étude basée à l'Université de Zurich, en Suisse. .

Ce graphique présente les propriétés connues des sept exoplanètes TRAPPIST-1 (étiquetées de b à h), montrant comment elles se superposent aux mondes rocheux intérieurs de notre propre système solaire. Crédit : NASA/JPL-Caltech

Les scientifiques sont capables de calculer les densités des planètes car elles sont alignées de telle sorte que lorsqu'elles passent devant leur étoile, nos télescopes terrestres et spatiaux peuvent détecter une diminution de sa lumière. C'est ce qu'on appelle un transit. La quantité par laquelle la lumière des étoiles diminue est liée au rayon de la planète.

Pour obtenir la densité, les scientifiques tirent parti de ce qu'on appelle les "variations temporelles de transit". S'il n'y avait pas d'autres forces gravitationnelles sur une planète en transit, elle traverserait toujours devant son étoile hôte dans le même laps de temps & #8212 par exemple, la Terre orbite autour du Soleil tous les 365 jours, c'est ainsi que nous définissons une année. Mais parce que les planètes TRAPPIST-1 sont emballées si près les unes des autres, elles changent très légèrement le calendrier des autres années. Ces variations de synchronisation orbitale sont utilisées pour estimer les masses des planètes. Ensuite, la masse et le rayon sont utilisés pour calculer la densité.

Les sept planètes découvertes en orbite autour de l'étoile naine rouge TRAPPIST-1 pourraient facilement entrer dans l'orbite de Mercure, la planète la plus interne de notre système solaire. En fait, les proportions du système TRAPPIST-1 ressemblent plus à Jupiter et ses lunes. Crédit d'image : NASA/JPL-Caltech

La prochaine étape dans l'exploration de TRAPPIST-1 sera le télescope spatial James Webb de la NASA, qui sera en mesure de se demander si ces planètes ont des atmosphères et, si oui, à quoi ressemblent ces atmosphères. Une étude récente utilisant le télescope spatial Hubble de la NASA n'a trouvé aucune détection d'atmosphères dominées par l'hydrogène sur les planètes TRAPPIST-1d, e et f — une autre preuve de la composition rocheuse — bien que l'atmosphère dominée par l'hydrogène ne puisse être exclue pour g.

Les illustrations de ces mondes changeront au fur et à mesure que les recherches scientifiques en cours se concentreront sur leurs propriétés.

"Nos conceptions de ce à quoi ressemblent ces planètes aujourd'hui peuvent changer considérablement au fil du temps", a déclaré Robert Hurt, scientifique principal en visualisation au Spitzer Science Center. « Au fur et à mesure que nous en apprendrons davantage sur ces planètes, les images que nous ferons évolueront en réponse à notre meilleure compréhension.


Pourquoi les planètes/lunes tournent-elles ?

Connaît-on des exemples de planètes extrasolaires qui ne tournent pas, c'est-à-dire dont le jour et l'année sont équivalents ? Qu'en est-il des planètes verrouillées par les marées ? La vie aurait-elle pu évoluer sur Terre si l'une ou l'autre de ces conditions était vraie pour elle ?

(Désolé pour les nombreuses questions juste curieux)

Parce qu'un objet en mouvement reste en mouvement, à moins qu'une force extérieure n'agisse dessus. Les planètes rocheuses/lunes se forment par collision dans les disques d'accrétion, il n'y a aucun obstacle à l'élan des choses qui se heurtent.

De plus, dans l'espace, il n'y a pas de force. Comme l'a déclaré Neuton, un objet en mouvement restera en mouvement tant qu'aucune force ne lui sera appliquée. Les corps spatiaux illustrent parfaitement cela car contrairement à la Terre, où la gravité joue un rôle clé dans tout, les objets qui ont été touchés d'une manière ou d'une autre continueront de tourner, de tourner pour toujours jusqu'à ce qu'une autre force agisse sur eux.

Conservation du moment cinétique. Lorsqu'un nuage de poussière s'effondre en raison de la gravité, la quantité de mouvement qui existe dans le nuage est transférée aux planètes (à la fois en termes de rotation autour du soleil et de rotation de la planète).

Il n'y aurait pas de planètes qui se formeraient sans rotation. Certains peuvent arrêter de tourner en raison du blocage des marées. Oui, je sais que le jour et l'année sont les mêmes, mais je maintiens que ce n'est pas vraiment une vrille, car la vrille n'est en réalité qu'une conséquence du verrou de marée et non d'un moment angulaire inhérent.

En ce qui concerne la formation de la vie sur une planète verrouillée par les marées, je suppose que oui. Les conditions météorologiques seraient étranges, mais il y aurait toujours une large bande qui pourrait potentiellement contenir de l'eau liquide. Et bien sûr, la vie peut se former à proximité de sources hydrothermales, etc. qui ne seraient pas affectées par la rotation de la planète.


Connaît-on des planètes fermées par les marées avec des atmosphères ? - Astronomie

J'étais juste curieux. les planètes géantes gazeuses (Neptune, Uranus, Jupiter et Saturne) ont-elles au moins une mince bande d'oxygène dans l'atmosphère qui permettrait de vivre dans le ciel. (villes flottantes)

Il n'y a qu'une seule planète où l'on trouve de l'oxygène gazeux : la Terre ! Et la seule raison pour laquelle la Terre a de l'oxygène est parce que la Terre a des plantes qui font la photosynthèse. Il n'y a aucun autre processus naturel que nous connaissons qui mettra des quantités importantes d'oxygène dans l'atmosphère d'une planète.

C'est donc une mauvaise nouvelle si vous souhaitez vivre sur une autre planète de notre système solaire. Cependant, cela signifie que si jamais nous trouvons une planète autour d'une autre étoile qui a de l'oxygène dans son atmosphère, nous pouvons être assez confiants qu'il y a une forme de vie sur cette planète.

Cette page a été mise à jour le 18 juillet 2015.

A propos de l'auteur

Britt Scharringhausen

Britt étudie les anneaux de Saturne. Elle a obtenu son doctorat à Cornell en 2006 et est maintenant professeure au Beloit College dans le Wisconson.


La vie extraterrestre sur les exoplanètes pourrait être «plus abondante et active» que sur Terre, selon les scientifiques

Le concept de cet artiste montre à quoi peut ressembler le système planétaire TRAPPIST-1, sur la base des . [+] données sur les diamètres, les masses et les distances des planètes par rapport à l'étoile hôte, en février 2018. 3 des 7 exoplanètes se trouvent dans la « zone habitable », où l'eau liquide est possible.

La Terre est le seul endroit que nous connaissons dans l'univers entier qui soutient tout type de vie. Cela n'en fait pas le seul endroit en soi, et cela n'en fait certainement pas nécessairement l'endroit idéal pour soutenir la vie. C'est selon une nouvelle étude qui suggère que les courants océaniques peuvent être essentiels dans la recherche de la vie au-delà de la Terre.

Les auteurs suggèrent même que la Terre pourrait être considérée comme sous-optimale, avec des exoplanètes lointaines bien mieux adaptées pour soutenir une vie à la fois plus abondante et plus active.

"La recherche de la vie dans l'Univers par la NASA se concentre sur les planètes dites de la" zone habitable ", qui sont des mondes qui ont le potentiel pour des océans d'eau liquide", Dr. Stephanie Olson, T.C. Le boursier postdoctoral Chamberlin à l'Université de Chicago, devrait dire le 23 août lors d'une conférence principale au Congrès de géochimie Goldschmidt à Barcelone, en Espagne. "Mais tous les océans ne sont pas également hospitaliers - et certains océans seront de meilleurs endroits où vivre que d'autres en raison de leurs schémas de circulation mondiale."

Que savons-nous des mondes océaniques lointains ?

Pas beaucoup. La compréhension des astronomes de l'océanographie au-delà de notre système solaire est actuellement rudimentaire. Durant L'exo-océanographie et la recherche de la vie en eaux inconnues, Olson, qui étudie l'histoire de la Terre, l'évolution océan-atmosphère et l'astrobiologie, décrira la recherche visant à identifier les meilleurs environnements pour la vie sur les exoplanètes, l'étude démontrant que certaines exoplanètes peuvent avoir une plus grande variété de vie que sur Terre. « C'est une conclusion surprenante », dit Olson. "Cela nous montre que les conditions sur certaines exoplanètes avec des modèles de circulation océanique favorables pourraient être mieux adaptées pour soutenir une vie plus abondante ou plus active que la vie sur Terre."

La clé est la mer

L'équipe d'Olson a modélisé les conditions probables sur différents types d'exoplanètes à l'aide du logiciel ROCKE-3D développé par le Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA. Ils ont simulé les climats et les habitats océaniques sur différents types d'exoplanètes et ont pu définir quels types d'exoplanètes ont les meilleures chances de développer et de maintenir des biosphères florissantes.

"Notre travail visait à identifier les océans d'exoplanètes qui ont la plus grande capacité d'accueillir une vie active et abondante à l'échelle mondiale", explique Olson. "La vie dans les océans de la Terre dépend de la remontée des eaux - un flux ascendant - qui renvoie les nutriments des profondeurs sombres de l'océan vers les parties ensoleillées de l'océan où vit la vie photosynthétique."

Selon les scientifiques, il n'y a qu'une seule autre planète dans notre galaxie qui pourrait ressembler à la Terre

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Le concept d'un artiste nous permet d'imaginer ce que ce serait de se tenir à la surface du . [+] exoplanète TRAPPIST-1f, située dans le système TRAPPIST-1 dans la constellation du Verseau. Parce que cette planète est censée être verrouillée par la marée sur son étoile, ce qui signifie que la même face de la planète est toujours dirigée vers l'étoile, il y aurait une région appelée le terminateur qui diviserait perpétuellement le jour et la nuit. Si le côté nuit est glacé, le côté jour peut céder la place à de l'eau liquide dans la zone où suffisamment de lumière stellaire frappe la surface. L'une des caractéristiques inhabituelles des planètes TRAPPIST-1 est à quel point elles sont proches les unes des autres - si proches que d'autres planètes pourraient être visibles dans le ciel depuis la surface de chacune. Dans cette vue, les planètes dans le ciel correspondent à TRAPPIST1e (croissant supérieur gauche), d (croissant central) et c (point lumineux en bas à droite des croissants). TRAPPIST-1e apparaîtrait à peu près de la même taille que la lune et TRAPPIST1-c est de l'autre côté de l'étoile. L'étoile elle-même, une naine ultra-froide, apparaîtrait environ trois fois plus grosse que notre propre soleil dans le ciel de la Terre. Le système a été révélé grâce aux observations du télescope spatial Spitzer de la NASA ainsi que d'autres observatoires au sol et du télescope TRAPPIST au sol dont il porte le nom. (Photo illustration numérique par la NASA/NASA via Getty Images)

Pourquoi la circulation océanique est-elle si importante ?

Le processus est assez simple. Plus d'upwelling signifie plus de réapprovisionnement en nutriments, ce qui signifie plus d'activité biologique. « Ce sont les conditions que nous devons rechercher sur les exoplanètes », explique Olson. « Nous avons utilisé un modèle de circulation océanique pour identifier quelles planètes auront les upwellings les plus efficaces et offriront ainsi des océans particulièrement hospitaliers. »

L'étude a révélé qu'une densité atmosphérique plus élevée, des taux de rotation plus lents et la présence de continents entraînent tous des taux d'upwelling plus élevés. Cependant, l'implication la plus surprenante de l'étude est peut-être que la Terre pourrait ne pas être habitable de manière optimale. La vie ailleurs peut être présente sur une planète encore plus hospitalière que la nôtre.

Pourquoi les « exo-océans » sont-ils importants ?

Nous ne pouvons pas visiter les exoplanètes et rechercher la vie. Pas nous, pas des sondes robotiques. Ils sont juste trop loin. Nous pointons donc des télescopes vers eux dans un effort pour comprendre quelles conditions prévalent. Pour comparer les exoplanètes – et identifier lesquelles d'entre elles peuvent héberger – les scientifiques ont besoin de modèles sophistiqués de leurs climats et de leur évolution.

Bien que la vie puisse prendre de nombreuses formes et dans de nombreux environnements, nous ne savons avec certitude que la vie existe là où la température d'une planète permet aux océans d'eau liquide. Ainsi, dans leur recherche de la vie sur les plus de 4 000 exoplanètes, les astronomes doivent cibler celles qui seront les plus favorables aux grandes biosphères actives à l'échelle mondiale. Sur ces planètes, la vie sera plus facile à détecter, et si ce n'est pas le cas, nous en saurons plus sur où regarder ensuite (et où ne pas le faire).

Comment pouvons-nous vérifier?

Les futurs télescopes utiliseront des modèles comme celui-ci pour rechercher des signes biologiques dans l'atmosphère des exoplanètes. « Idéalement, ce travail éclairera la conception du télescope pour garantir que les futures missions, telles que les concepts de télescope LUVOIR ou HabEx proposés, aient les bonnes capacités », déclare Olson. « Maintenant, nous savons quoi chercher, nous devons donc commencer à chercher ».

Le Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR) est un concept pour un espace multi-longueurs d'onde hautement capable. [+] observatoire aux objectifs scientifiques ambitieux. LUVOIR a pour objectif majeur de caractériser un large éventail d'exoplanètes, y compris celles qui pourraient être habitables - voire habitées.

Laboratoire d'images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA

Qu'est-ce que LUVOIR ?

En raison de son lancement en 2039, le Large UV/Optical/IR Surveyor (LUVOIR) sera un peu polyvalent, un peu comme le télescope spatial Hubble. À l'aide d'un miroir de 15 mètres, il sera probablement capable d'étudier les atmosphères des exoplanètes et de rechercher des bio-signatures telles que l'oxygène et le méthane. Il pourra même photographier directement des exoplanètes.

Qu'est-ce que HabEx ?

Maintenant sur la planche à dessin, le télescope spatial Habitable Exoplanet Observatory (HabEx) photographiera directement les exoplanètes bien qu'elles soient 10 millions de fois plus sombres que leur étoile hôte. Ce sera grâce à une nouvelle ombre d'étoile qui s'alignera à plusieurs milliers de kilomètres du télescope pour supprimer la lumière des étoiles faibles des exoplanètes. HabEx étudiera également les atmosphères des exoplanètes et recherchera des signes de vie.


Comment et pourquoi trouver de la pollution chimique autour de planètes lointaines

L'équipe pense également que les astronomes devraient rechercher la présence de chlorofluorocarbures (CFC) dans les atmosphères des exoplanètes, ce qui pourrait indiquer la présence d'une activité industrielle.

Les astronomes recherchent déjà des biosignatures dans l'atmosphère des exoplanètes, qui sont détectées comme des produits chimiques tels que l'oxygène et le méthane. "Nous polluons l'atmosphère terrestre avec notre activité industrielle", a déclaré Loeb. « Si une autre civilisation le faisait depuis bien plus longtemps que nous, alors l’atmosphère de sa planète pourrait montrer des signes détectables de molécules produites artificiellement qu’il est très peu probable que la nature produise spontanément, comme les CFC. »


Équation différentielle et solution (?)

Le bilan énergétique global pour la circulation atmosphérique est, après conversion de l'angle en temps en utilisant la vitesse du vent de 10 m/s : $frac

= 0,0557 - 5,6 imes10^<-8>t - 5,9 imes10^<-12>T^4$ .

Après avoir tenté de résoudre numériquement à l'aide d'une méthode d'Euler, j'ai découvert que cela ne fonctionnait pas. Mon problème est d'ignorer l'énergie potentielle transmise aux molécules d'air pour les élever de la basse atmosphère à la haute atmosphère. Cela prend quelque chose comme 5e8 W au débit de 10 m/s que j'ai calculé et doit être pris en compte. Je travaille encore.

Je vais essayer une réponse simple. Je n'ai pas vu l'appel à des faits scientifiques, alors j'ai pensé que je pouvais essayer. Je n'ai pas fait de master en physique, et je n'ai ni le temps ni la possibilité de programmer une simulation météo qui serait très certainement nécessaire pour vous donner une bonne réponse. Permettez-moi de le dire tout de suite: cette réponse n'est pas vraiment une science dure, mais j'ai fait de mon mieux.

Je vais essayer de répondre à votre question en suivant ces étapes :

1) Comment la température est-elle distribuée sur une planète bloquée par les marées ? Avons-nous des exemples concrets ? 2) Comment le fait d'avoir une atmosphère influence-t-il la répartition de la température ? 3) Quelles températures sont nécessaires pour qu'une planète porte la vie ? 4) Où est notre point isotherme ?


Titre de la boîte de recherche

En avril 2018, la NASA a lancé le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Son objectif principal est de localiser des planètes de la taille de la Terre et des "super-Terres" plus grandes en orbite autour d'étoiles proches pour une étude plus approfondie. L'un des outils les plus puissants qui examineront les atmosphères de certaines planètes que TESS découvrira sera le télescope spatial James Webb de la NASA. Étant donné que l'observation de petites exoplanètes avec des atmosphères minces comme la Terre sera un défi pour Webb, les astronomes cibleront d'abord les exoplanètes géantes gazeuses plus faciles.

Certaines des premières observations de Webb sur les exoplanètes géantes gazeuses seront menées dans le cadre du programme de science à libération anticipée discrétionnaire du directeur. L'équipe du projet d'exoplanètes en transit du centre des opérations scientifiques de Webb prévoit de mener trois types d'observations différents qui fourniront à la fois de nouvelles connaissances scientifiques et une meilleure compréhension des performances des instruments scientifiques de Webb.

« Nous avons deux objectifs principaux. La première consiste à transmettre dès que possible les ensembles de données d'exoplanètes en transit de Webb à la communauté astronomique. La seconde est de faire de la grande science pour que les astronomes et le public puissent voir à quel point cet observatoire est puissant », a déclaré Jacob Bean de l'Université de Chicago, co-chercheur principal du projet d'exoplanète en transit.

"L'objectif de notre équipe est de fournir des connaissances et des informations essentielles à la communauté astronomique qui aideront à catalyser la recherche sur les exoplanètes et à tirer le meilleur parti de Webb dans le temps limité dont nous disposons", a ajouté Natalie Batalha du NASA Ames Research Center, principal du projet. enquêteur.

Transit – Un spectre atmosphérique

Lorsqu'une planète traverse ou transite devant son étoile hôte, la lumière de l'étoile est filtrée à travers l'atmosphère de la planète. Les molécules présentes dans l'atmosphère absorbent certaines longueurs d'onde, ou couleurs, de la lumière. En divisant la lumière de l'étoile en un spectre arc-en-ciel, les astronomes peuvent détecter ces sections de lumière manquantes et déterminer quelles molécules se trouvent dans l'atmosphère de la planète.

Pour ces observations, l'équipe du projet a sélectionné WASP-79b, une planète de la taille de Jupiter située à environ 780 années-lumière de la Terre. L'équipe prévoit de détecter et de mesurer les abondances d'eau, de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone dans le WASP-79b. Webb pourrait également détecter de nouvelles molécules encore inconnues dans les atmosphères des exoplanètes.

Courbe de phase – Une carte météo

Les planètes qui orbitent très près de leurs étoiles ont tendance à se bloquer en raison de la marée. Un côté de la planète fait en permanence face à l'étoile tandis que l'autre est tourné vers l'extérieur, tout comme un côté de la Lune fait toujours face à la Terre. Lorsque la planète est devant l'étoile, nous voyons son dos plus frais. Mais au fur et à mesure qu'il tourne autour de l'étoile, de plus en plus de jours chauds apparaissent. En observant une orbite entière, les astronomes peuvent observer ces variations (appelées courbe de phase) et utiliser les données pour cartographier la température, les nuages ​​et la chimie de la planète en fonction de la longitude.

L'équipe observera une courbe de phase du "Jupiter chaud" connu sous le nom de WASP-43b, qui orbite autour de son étoile en moins de 20 heures. En regardant différentes longueurs d'onde de la lumière, ils peuvent échantillonner l'atmosphère à différentes profondeurs et obtenir une image plus complète de sa structure. « Nous avons déjà vu des variations dramatiques et inattendues pour cette planète avec Hubble et Spitzer. Avec Webb, nous révélerons ces variations de manière beaucoup plus détaillée pour comprendre les processus physiques qui en sont responsables », a déclaré Bean.

Eclipse – L'éclat d'une planète

Le plus grand défi lors de l'observation d'une exoplanète est que la lumière de l'étoile est beaucoup plus brillante, inondant la faible lumière de la planète. Pour contourner ce problème, une méthode consiste à observer une planète en transit lorsqu'elle disparaît derrière l'étoile, et non lorsqu'elle passe devant l'étoile. En comparant les deux mesures, l'une prise lorsque l'étoile et la planète sont visibles, et l'autre lorsque seule l'étoile est en vue, les astronomes peuvent calculer la quantité de lumière provenant de la seule planète.

Cette technique fonctionne mieux pour les planètes très chaudes qui brillent de mille feux dans la lumière infrarouge. L'équipe prévoit d'étudier WASP-18b, une planète cuite à une température de près de 4 800 degrés Fahrenheit (2 900 K). Entre autres questions, ils espèrent déterminer si la stratosphère de la planète existe en raison de la présence d'oxyde de titane, d'oxyde de vanadium ou d'une autre molécule.

Planètes habitables

En fin de compte, les astronomes souhaitent utiliser Webb pour étudier des planètes potentiellement habitables. En particulier, Webb ciblera les planètes en orbite autour d'étoiles naines rouges, car ces étoiles sont plus petites et plus sombres, ce qui facilitera la détection du signal d'une planète en orbite. Les naines rouges sont également les étoiles les plus communes de notre galaxie.

« TESS devrait localiser plus d'une douzaine de planètes en orbite dans les zones habitables des naines rouges, dont quelques-unes pourraient en fait être habitables. Nous voulons savoir si ces planètes ont des atmosphères et Webb sera celui qui nous le dira », a déclaré Kevin Stevenson du Space Telescope Science Institute, co-chercheur principal du projet. « Les résultats contribueront grandement à répondre à la question de savoir si les conditions favorables à la vie sont courantes dans notre galaxie. »

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire spatial infrarouge au monde de la prochaine décennie. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d'autres étoiles et sondera les structures et les origines mystérieuses de notre univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international mené par la NASA avec ses partenaires, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne (ASC).


Même si les exoplanètes ont des atmosphères avec de l'oxygène, cela ne veut pas dire qu'il y a de la vie là-bas

Dans leurs efforts pour trouver des preuves de la vie au-delà de notre système solaire, les scientifiques sont obligés d'adopter ce que l'on appelle l'approche des « fruits à portée de main ». Fondamentalement, cela revient à déterminer si les planètes pourraient être «potentiellement habitables» en fonction du fait qu'elles seraient ou non suffisamment chaudes pour avoir de l'eau liquide à leur surface et des atmosphères denses avec suffisamment d'oxygène.

C'est une conséquence du fait que les méthodes existantes pour examiner les planètes lointaines sont en grande partie indirectes et que la Terre n'est que l'une des planètes que nous connaissons et qui est capable de supporter la vie. Mais que se passe-t-il si les planètes riches en oxygène ne sont pas garanties de produire de la vie ? Selon une nouvelle étude réalisée par une équipe de l'Université Johns Hopkins, cela pourrait très bien être le cas.

Les résultats ont été publiés dans une étude intitulée “ Gas Phase Chemistry of Cool Exoplanet Atmospheres: Insight from Laboratory Simulations “, qui a récemment été publiée dans la revue scientifique ACS Terre et Espace Chimie. Pour le bien de leur étude, l'équipe a simulé les atmosphères de planètes extra-solaires dans un environnement de laboratoire pour démontrer que l'oxygène n'est pas nécessairement un signe de vie.

On Earth, oxygen gas constitutes about 21% of the atmosphere and emerged as a result of photosynthesis, which culminated in the Great Oxygenation Event (ca. 2.45 billion years ago). This event drastically changed the composition of Earth’s atmosphere, going from one composed of nitrogen, carbon dioxide and inert gases to the nitrogen-oxygen mix we know today.

Because of its importance to the rise of complex life forms on Earth, oxygen gas is considered one of the most important biosignatures when looking for possible indications of life beyond Earth. After all, oxygen gas is the result of photosynthetic organisms (such as bacteria and plants) and is consumed by complex animals like insects and mammals.

But when it comes right down to it, there is much that scientists don’t know about how different energy sources initiate chemical reactions and how those reactions can create biosignatures like oxygen. While researchers have run photochemical models on computers to predict what exoplanet atmospheres might be able to create, real simulations in a laboratory environment have been lacking.

The research team conducted their simulations using the specially designed Planetary HAZE (PHAZER) chamber in the lab of Sarah Hörst, an assistant professor of Earth and planetary sciences at JHU and one of the principle authors on the paper. The researchers began by creating nine different gas mixtures to simulate exoplanet atmospheres.

Artist’s impression of the nearest super-Earth to our Solar System. Credit: ESO/M. Kornmesser

These mixtures were consistent with predictions made about the two most common types of exoplanet in our galaxy – Super-Earths and mini-Neptunes. Consistent with these predictions, each mixture was composed of carbon dioxide, water, ammonia and methane, and was then heated to temperatures ranging from 27 to 370 °C (80 to 700 °F).

The team then injected each mixture into the PHAZER chamber and exposed them to one of two forms of energy known to trigger chemical reactions in atmospheres – plasma from an alternating current and ultraviolet light. Whereas the former simulated electrical activities like lightning or energetic particles, the UV light simulated light from the Sun – the main driver of chemical reactions in the Solar System.

After running the experiment continuously for three days, which corresponds to how long atmospheric gases would be exposed to an energy source in space, the researchers measured and identified the resulting molecules with a mass spectrometer. What they found was that in multiple scenarios, oxygen and organic molecules were produced. These included formaldehyde and hydrogen cyanide, which can lead to the production of amino acids and sugars.

A CO2-rich planetary atmosphere exposed to a plasma discharge in Sarah Hörst’s lab. Credit: Chao He

In short, the team was able to demonstrate that oxygen gas and the raw materials from which life could emerge could both be created through simple chemical reactions. As Chao He, the lead author on the study, explained:

“People used to suggest that oxygen and organics being present together indicates life, but we produced them abiotically in multiple simulations. This suggests that even the co-presence of commonly accepted biosignatures could be a false positive for life.”

This study could have significant implications when it comes for the search for life beyond our Solar System. In the future, next-generation telescopes will give us the ability to image exoplanets directly and obtain spectra from their atmospheres. When that happens, the presence of oxygen may need to be reconsidered as a potential sign for habitability. Luckily, there are still plenty of potential biosignatures to look for!


Could the Closest Extrasolar Planet Be Habitable? Astronomers Plan to Find Out

The extra-solar planet known as Proxima b has occupied a special place in the public mind ever since its existence was announced in August of 2016. As the closest exoplanet to our Solar System, its discovery has raised questions about the possibility of exploring it in the not-too-distant future. And even more tantalizing are the questions relating to its potential habitability.

Despite numerous studies that have attempted to indicate whether the planet could be suitable for life as we know it, nothing definitive has been produced. Fortunately, a team of astrophysics from the University of Exeter – with the help of meteorology experts from the UK’s Met Office – have taken the first tentative steps towards determining if Proxima b has a habitable climate.

According to their study, which appeared recently in the journal Astronomie et astrophysique, the team conducted a series of simulations using the state-of-the-art Met Office Unified Model (UM). This numerical model has been used for decades to study Earth’s atmosphere, with applications ranging from weather prediction to the effects of climate change.

Artist’s impression of the surface of the planet Proxima b orbiting the red dwarf star Proxima Centauri. The double star Alpha Centauri AB is visible to the upper right of Proxima itself. Credit: ESO

With this model, the team simulated what the climate of Proxima b would be like if it had a similar atmospheric composition to Earth. They also conducted simulations on what the planet would be like it if had a much simpler atmosphere – one composed of nitrogen with trace amounts of carbon dioxide. Last, but not least, they made allowances for variations in the planet’s orbit.

For instance, given the planet’s distance from its sun – 0.05 AU (7.5 million km 4.66 million mi) – there have been questions about the planet’s orbital characteristics. On the one hand, it could be tidally-locked, where one face is constantly facing towards Proxima Centauri. On the other, the planet could be in a 3:2 orbital resonance with its sun, where it rotates three times on its axis for every two orbits (much like Mercury experiences with our Sun).

In either case, this would result in one side of the planet being exposed to quite a bit of radiation. Given the nature of M-type red dwarf stars, which are highly variable and unstable compared to other types of stars, the sun-facing side would be periodically irradiated. Also, in both orbital scenarios, the planet would be subject to significant variations in temperature that would make it difficult for liquid water to exist.

For example, on a tidally-locked planet, the main atmospheric gases on the night-facing side would be likely to freeze, which would leave the daylight zone exposed and dry. And on a planet with a 3:2 orbital resonance, a single solar day would most likely last a very long time (a solar day on Mercury lasts 176 Earth days), causing one side to become too hot and dry the other side too cold and dry.

This infographic compares the orbit of the planet around Proxima Centauri (Proxima b) with the same region of the Solar System. Credit: ESO

By taking all this into account, the team’s simulations allowed for some crucial comparisons with previous studies, but also allowed the team to reach beyond them. As Dr. Ian Boutle, an Honorary University Fellow at the University of Exeter and the lead author of the paper, explained in a University press release:

“Our research team looked at a number of different scenarios for the planet’s likely orbital configuration using a set of simulations. As well as examining how the climate would behave if the planet was ‘tidally-locked’ (where one day is the same length as one year), we also looked at how an orbit similar to Mercury, which rotates three times on its axis for every two orbits around the sun (a 3:2 resonance), would affect the environment.”

In the end, the results were quite favorable, as the team found that Proxima b would have a remarkably stable climate with either atmosphere and in either orbital configuration. Essentially, the UM software simulations showed that when both atmospheres and both the tidally-locked and 3:2 resonance configurations were accounted for, there would still be regions on the planet where water was able to exist in liquid form.

Naturally, the 3:2 resonance example resulted in more substantial areas of the planet falling within this temperature range. They also found that an eccentric orbit, where the distance between the planet and Proxima Centauri varied to a significant degree over the course of a single orbital period, would lead to a further increase in potential habitability.

Artist’s depiction of a watery exoplanet orbiting a distant red dwarf star. New research indicates that Proxima b could be especially watery. Credit: CfA

As Dr James Manners, another Honorary University Fellow and one of the co-authors on the paper, said:

“One of the main features that distinguishes this planet from Earth is that the light from its star is mostly in the near infra-red. These frequencies of light interact much more strongly with water vapor and carbon dioxide in the atmosphere which affects the climate that emerges in our model.”

Of course, much more work needs be done before we can truly understand whether this planet is capable of supporting life as we know it. Beyond feeding the hopes of those who would like to see it colonized someday, studies into Proxima b’s conditions are also of extreme importance in determining whether or not indigenous life exists there right now.

But in the meantime, studies such as this are extremely helpful when it comes to anticipating what kinds of environments we might find on distant planets. Dr Nathan Mayne – the scientific lead on exoplanet modelling at the University of Exeter and a co-author on the paper – also indicated that climate studies of this kind could have applications for scientists here at home.

“With the project we have at Exeter we are trying to not only understand the somewhat bewildering diversity of exoplanets being discovered, but also exploit this to hopefully improve our understanding of how our own climate has and will evolve,” he said. What’s more, it helps to illustrate how conditions here on Earth can be used to predict what may exist in extra-solar environments.

While that might sound a bit Earth-centric, it is entirely reasonable to assume that planets in other star systems are subject to processes and mechanics similar to what we’ve seen on the Solar planets. And this is something we are invariably forced to do when it comes to searching for habitable planets and life beyond our Solar System. Until we can go there directly, we will be forced to measure what we don’t know by what we do.


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