logoplanetastr67

 

Mise à jour 9 Juin 2024  15 Juin ajout lien enregistreement vidéo

Une image contenant capture d’écran, Graphique, Police, Bleu électrique

Description générée automatiquement

CONFÉRENCE de Benjamin CHARNAY

Astrophysicien au LESIA (LIRA maintenant) sur :

 « LES ATMOSPHÈRES EXOPLANÉTAIRES »

Organisée par la SAF

En direct du siège et par téléconférence

Le Samedi 1er Juin 2024 à 15H00

À l'occasion de la réunion de la Commission de Planétologie

 

Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)

Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et se nomme :

Exopl-SAF-Charnay.pdf, qui se trouve dans le dossier PLANETOLOGIE-SAF/ saison 2023-2024.

Le téléchargement est un fichier pdf car la présentation ppt est très lourde, mais certaines animations sont incluses dans mon CR.

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

Cette session était retransmise sur Zoom.

 

La vidéo se trouve ici : https://youtu.be/vtzAzZ85sto

 

Elle est classée dans la playlist commission Planétologie de la SAF :

https://saf-astronomie.fr/planetologie/ 

et la playlist : https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF3GO6qPac6isuQ1Gm5aIGJa

 

Merci à Gilles pour les photos et l’animation.

 

Une image contenant personne, habits, homme, meubles

Description générée automatiquement

 

L’INSU (Institut National des Sciences de l’Univers) vient de publier ce communiqué :

 

Une image contenant Visage humain, personne, habits, homme

Description générée automatiquement

Pour lui, aucun astre n’est trop lointain ou trop ancien pour en modéliser l’atmosphère. Benjamin Charnay étudie ainsi depuis le Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA) l’atmosphère des exoplanètes, des naines brunes, de Titan et des versions primordiales de la Terre et de Mars.

Ces travaux lui valent de recevoir la médaille de bronze du CNRS.

 

«Les sciences m’intéressent depuis que je suis tout petit, puis je me suis progressivement passionné pour les exoplanètes et la climatologie, explique Benjamin Charnay. J’ai eu l’occasion de concilier les deux en master et j’ai poursuivi sur cette voie.» Chargé de recherche CNRS depuis 2018 au LESIA, Benjamin Charnay est en effet devenu un expert en modélisation de latmosphère des exoplanètes et de la Terre primitive.

«Ces modèles numériques des atmosphères permettent d’en comprendre la composition chimique, la température ou encore la vitesse des vents, précise Benjamin Charnay. Cela nous aide à interpréter les observations faites aussi bien au sol que depuis l’espace. Je participe d’ailleurs à la préparation d’ARIEL, le prochain télescope en orbite de l’Agence spatiale européenne (ESA).»

Les modèles de Benjamin Charnay se présentent sous deux formes. Les modèles à une dimension supposent que les différents paramètres sont parfaitement homogènes. Ces approximations permettent d’explorer de nombreux critères à la fois pour coller aux observations. Plus lourds et plus précis, les modèles en trois dimensions sont dérivés des grands modèles climatiques, tels que ceux utilisés par le GIEC. «Leur niveau de détail est essentiel pour les exoplanètes proches de leur étoile, qui subissent des contrastes extrêmes de température entre le jour et la nuit», explique Benjamin Charnay.

Ces modèles s’appliquent également à l’étude des naines brunes, des objets de masse intermédiaire entre les exoplanètes et les étoiles. Ces dernières connaissent une phase de transition où elles changent de couleur au fur et à mesure qu’elles se refroidissent. Les modèles de Benjamin Charnay vont dans le sens des observations et de l’hypothèse privilégiée, selon laquelle ce phénomène serait dû à la disparition de nuages de fer et de silicate des hautes couches de l’atmosphère.

Ses modèles aident aussi à comprendre comment la Terre primitive est devenue habitable, malgré des conditions d’ensoleillement qui n’y étaient alors pas favorables. Benjamin Charnay a également contribué à montrer que la Mars primitive était habitable pour des microorganismes méthanogènes.

 

 

De plus, Benjamin Charnay a reçu le Prix Jeune Chercheur de la Société Française d’Exobiologie 2023. Il est basé à Meudon.

 

 

Aujourd’hui il nous parle d’exoplanètes et d’atmosphères exoplanétaires.

 

 

Plan de la présentation :

 

1              Quelle est la diversité des systèmes exoplanétaires ?

2             Qu’est ce qui rend une planète habitable ?

3             Y-a-t-il de la vie sur les autres planètes ?

 

 

DIVERSITÉ DES SYSTÈMES EXOPLANÉTAIRES.

 

Très succinct :

Première exoplanète : Mayor et Queloz en 1995, qui mènera au Prix Nobel de physique en 1995.

Le nombre d’exoplanètes explose de plus en plus.

Définition d’une planète et d’une exoplanète.

Une exoplanète est un corps céleste :

·         dont la masse est inférieure à la masse limite pour la fusion du deutérium (M < 13 MJupiter)

·         qui est en orbite autour d’étoiles, de naines brunes ou de résidus d’étoile, dont le rapport de masse avec l’objet central permet la stabilité des points de Lagrange L4 et L5 (M/Mcentral < 1/25)

·         Qui a une masse suffisante pour parvenir à un équilibre hydrostatique et nettoyer le voisinage de son orbite

 

Les premières découvertes ont lieu grâce à la méthode des vitesses radiales.

 

Une image contenant texte, cercle, capture d’écran, Police

Description générée automatiquement

On détecte le faible mouvement d'une étoile qu'une (ou plusieurs) planète orbite ; car l'ensemble tourne autour de leur centre de gravité commun

 

 

Les vitesses radiales à mesurer sont extrêmement faibles, par exemple la présence de Jupiter autour du Soleil induit une vitesse radiale du mouvement du Soleil de 12m/s, notre Terre par contre, elle induit une variation de….9cm/s. on se rend compte de la précision de mesure nécessaire.

 

 

 

 

 

 

 

 

Une image contenant texte, capture d’écran, cercle

Description générée automatiquementMais la méthode la plus efficace est celle des transits.

 

Une planète (invisible depuis la Terre), passe devant son étoile régulièrement ; l'éclat de l'étoile diminue légèrement.

C'est cet affaiblissement de luminosité que l'on détecte pour affirmer la présence de la planète.

 

Une animation du transit d'une planète devant son étoile.

 

C'est le même genre de phénomène que l'on a observé avec Vénus lors de son passage devant le Soleil le 8 Juin 2004.

 

 

 

Signalons que l’on tire aussi des informations du passage de la planète DERRIÈRE son étoile, c’est un transit secondaire ou une éclipse secondaire.

La planète (surtout si elle est près de son étoile) émet aussi dans l'infra-rouge et son passage derrière son étoile provoque une diminution du rayonnement IR détecté.

Le grand intérêt des transits est aussi de pouvoir accéder à la composition des atmosphères planétaires.

En effet lors du transit on peut par spectroscopie étudier l'atmosphère de la planète.

 

Une image contenant texte, diagramme, capture d’écran, ligne

Description générée automatiquement

 

 

Calcul des probabilités de transit et de sa profondeur

 

Rp = rayon planète

 

Rx = rayon étoile

 

 

 

D’après les slides du conférencier

Une image contenant texte, diagramme, capture d’écran

Description générée automatiquement

 

Remarquons que ces deux méthodes sont complémentaires, en effet :

·         Les vitesses radiales permettent d’avoir une info sur le rayon

·         Les transits donnent une idée de la masse, d’où la densité couplée avec l’info précédente.

 

 

 

Le grand découvreur d’exoplanètes : le télescope spatial Kepler. À ce jour plus de 3000 exoplanètes

Il est maintenant déconnecté.

Nous en avons beaucoup parlé sur ce site, voir le dossier dédié.

 

Un autre grand découvreur qui prend la suite : le télescope spatial TESS qui est en train de battre le record de Kepler.

Il est dédié principalement aux étoiles plus brillantes que celles détectées par Kepler, il couvre aussi tout le ciel.

Il peut fournir des futures cibles au JWST.

Voir aussi dossier dédié.

 

Ce n’était pas la mission première de Gaia, mais on s’est vite aperçu qu’il détectait aussi un grand nombre d’exoplanètes.

 

Dans le futur on compte sur la mission PLATO de l’ESA.

 

Une image contenant texte, capture d’écran

Description générée automatiquement

Répartition des exoplanètes découvertes.

 

 

On remarque différents groupes.

 

Si le groupe des super Terres semblent important, on n’en a pas dans notre système solaire.

 

De plus parmi le groupe des super Terres et mini Neptunes, il semble qu’il y ait bien deux groupes bien distincts comme on le remarque sur ce graphique.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LES ATMOSPHÈRES EX PLANÉTAIRES.

 

 

Une image contenant texte, graphisme, fournitures de bureau, conception

Description générée automatiquement

Les différentes techniques de transit permettent à la lumière de l’étoile de traverser l’éventuelle atmosphère de la planète et donc ainsi de l’étudier grâce à la spectrométrie.

 

Avant le JWST, avec Hubble on ne pouvait « voir » que les exoplanètes couvertes de nuages.

 

Maintenant avec le JWST (qui consacre en cette période près de 30% de son temps aux exoplanètes), ses instruments sont extrêmement bien adaptés aux atmosphères exoplanétaires.

 

 

 

 

Le JWST s’est notamment intéressé à WASP-43b ainsi qu’à WASP 39b.

 

Concernant WASP-43b, les mesures obtenues avec l’instrument MIRI du JWST, combinées à des modèles climatiques 3D et à d’autres observations, suggèrent la présence de nuages épais et denses du côté nuit, un ciel dégagé du côté jour.

 

Ensuite notre conférencier nous parle de l’exoplanète K2-18 b (découverte par Kepler en mode « froid » comme son indice l’indique).

K2-18 b est une planète dont le type ne se trouve pas dans notre système solaire, sa taille est entre la Terre et Neptune, et suivant les humeurs on l’appellera super Terre ou mini Neptune. Sa masse serait de l’ordre de 8,6 fois celle de la Terre.

Mais orbitant autour d’une naine rouge (donc plus froide que les autres étoiles) elle se trouve malgré ses 33 jours de période orbitale dans la zone habitable. Nos amis de la NASA l’appelle exoplanète Hycean, condensé de planète avec atmosphère d’Hydrogène et planète océan, car on pense qu’elle pourrait voir un océan d’eau à sa surface. Ce serait une mini Neptune « tempérée ».

Néanmoins on a du mal à imaginer qu’elle puisse abriter la vie, mais on ne sait jamais…..

 

Il se trouve qu’après analyses avec Hubble, c’est le Webb qui s’est penché dessus :

Et il a trouvé du CH4 (à 5 sigmas) et du CO2 (à 3 sigmas) dans son atmosphère.

 

 

Une image contenant texte, capture d’écran, Logiciel multimédia, logiciel

Description générée automatiquement

Spectre de K2-18 b obtenu avec les spectrographes NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph)
et 
NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) du Webb. On remarque l’abondance des raies du Méthane et de l’Hydrogène

Une présence de DMS (sulfure de diméthyle) est aussi détectée, ce qui est intéressant
car pourrait être un signe de présence d’une certaine forme de vie.

 

Crédit : : NASA, CSA, ESA, R. Crawford (STScI), J. Olmsted (STScI), N. Madhusudhan (Cambridge Univ)

 

 

 

 

En plus on remarque une absence d’ammoniac, ce qui associé à la présence de DMS (Sulfure de Méthyle, à vérifier) émis sur Terre par le phytoplancton, pour les scientifiques de la NASA indiquerait la présence d’eau liquide à la surface. Mais il se pourrait aussi que l’océan soit trop chaud.

 

 

La planète Cancri 55-e

 

Le télescope spatial James Webb (JWST) vient de découvrir pour la première fois une atmosphère autour d’une exoplanète « rocheuse », elle s’appelle 55 Cancri e (aussi nommée Janssen) qui orbite autour d’une naine jaune à 41 al de nous, donc très proche.

Elle est deux fois plus grande que notre planète et est malheureusement très proche de son étoile, 60 fois plus proche que nous de notre Soleil, ce qui a des conséquences :

·         Sa surface est en fusion permanente

·         Si près, elle est « synchronisée » donc présente la même face à son étoile, une face super chaude et une face super froide.

 

Une image contenant texte, capture d’écran, diagramme, Tracé

Description générée automatiquementLes spectro-imageurs ont fait appel à la spectroscopie du transit secondaire. Les différentes mesures ont montré que contrairement à ce que l’on attendait : une température côté étoile de 2200 °C, due à la couche de lave sombre fondue, on a mesuré une température « plus basse » de 1540 °C.

D’après les scientifiques cela est le signe qu’il existe une redistribution de l’énergie entre les deux hémisphères et que cela ne peut être que dû à une …atmosphère (ou à un océan magmatique) ! De plus les relevés indiquent qu’elle serait composée de CO et/ou CO2.

Crédit : NASA, ESA, CSA, J. Olmsted (STScI), R. Hu (JPL), A. Bello-Arufe (JPL), M. Zhang (U of Chicago), M. Zilinskas (SRON)

 

 

 

 

 

 

Y A-T-IL DE LA VIE SUR LES EXOPLANÈTES ?

 

On définit la notion bien connue de zone habitable.

 

Un grand pas vers la possibilité de trouver de la vie ou du moins des conditions favorables à la vie, vint de la découverte du système Trappist 1

L’acronyme signifie : TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope, est un télescope IR automatique de 60cm, de nos amis Belges (mais aussi le nom d’une fameuse bière Belge !!), situé à La Silla au Chili, il est automatique et dédié à l’étude des transits exoplanétaires pour étoiles peu lumineuses. Il est contrôlé par les astronomes à partir de la Belgique. Ce genre de transits n’est pas détectable à l’aide des autres télescopes terrestres ou spatiaux car ils sont plutôt axés sur des étoiles beaucoup plus grosses et lumineuses. Le télescope Trappist est donc axé sur les petites étoiles (naines brunes) dont les exoplanètes sont plus faciles à détecter.

 

Une image contenant capture d’écran, cercle

Description générée automatiquement

Elles sont à priori toutes rocheuses

 

On a identifié 3 planètes (Trappist 1e, f, g) parmi les 7 planètes, qui sont dans la zone habitable.

 

Si près de leur étoile, elles ont toutes les chances d’être synchrones à cause des forces de marée puissantes (elles présentent la même face vers l’étoile, comme la Lune vers la Terre, on dit tidal locked en anglais).

 

Crédit : NASA/JPL

 

 

 

 

 

Ce seraient des planètes moins denses que la Terre ou Vénus, pauvres en Fer et peut-être riches en eau.

 

Les études montrent que 1b et 1c n’ont pas d’atmosphère riche en CO2.

 

On a beaucoup d’espoir pour 1e qui nécessite de longues heures d’observation.

Les premiers spectres ont déjà été simulés par le NIRSpec mais ils doivent être confirmés avec plus d’observations.

 

 

On peut voir sur cette vidéo les différents passages en transit des 7 planètes détectées par Spitzer jour après jour.

 

https://youtu.be/oQtsuA8ZPfY

 

 vidéo :

 

 

 

 

 

 

Une image contenant texte, logiciel, Icône d’ordinateur, Page web

Description générée automatiquement

 

En conclusion :

 

Ce graphe situant les principales exoplanètes qui pourraient avoir une atmosphère.

 

 

Coin supérieur gauche : les moins probables

 

 

Coin inférieur droit : les plus probables.

 

D’après K. Zahnle et D. Catling

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

Mini-Neptunes can Lose gas and Turn Into Super-Earths

 

Clouds blanket the night side of the hot exoplanet WASP-43b

 

Nightside clouds and disequilibrium chemistry on the hot Jupiter WASP-43b

 

Quel temps fait-il sur l’exoplanète WASP-43 b ?

 

Des chercheurs cartographient la météo sur une planète située à 280 années-lumière grâce au James Webb

 

Clouds blanket the night side of the hot exoplanet WASP-43b

 

Webb Discovers Methane, Carbon Dioxide in Atmosphere of K2-18 b

 

James Webb nous étonne avec l'exotique mini-Neptune K2-18 b et ses molécules

 

NASA’s Webb Hints at Possible Atmosphere Surrounding Rocky Exoplanet par le JPL.

 

Indices d'une possible atmosphère autour d'une exoplanète rocheuse

 

Exoplanètes Trappist-1 : CR de la conf IAP par J Leconte du 8 Janv 2019

 

Exoplanètes  :.Composition similaire pour les planètes de TRAPPIST-1!

 

Exoplanètes :.Les trappistes sont de retour ! 

 

The Detectability and Characterization of the TRAPPIST-1 Exoplanet Atmospheres with JWST

 

The cosmic shoreline

 

Quelques comptes rendus de conférences sur les exoplanètes :

 

Les exoplanètes : CR de la conférence de M Mayor à l'IAP du 2 Mai 2006 à l'IAP

 

Les exoplanètes : CR de la conf SAF du 12 Fev 2020 par A Lecavelier des Étangs.

 

Les exoplanètes, mondes nouveaux : CR de la conf  SAF de R Ferlet du 8 Oct 2014

 

Les exoplanètes dans la Voie Lactée : CR de la conf SAF d’Arnaud Cassan du 14 Déc 2016.

 

 

 

 

PROCHAINE RÉUNION DE LA COMMISSION DE PLANÉTOLOGIE :

 

À DÉFINIR.

 

PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :

 

 

Prochaine conférence SAF. : le mercredi 12 Juin 2024 (CNAM amphi Grégoire°) 19 H    

avec Jacques LASKAR directeur de recherche CNRS à l'Observatoire de Paris - PSL (IMCCE)

sur « VERS UN SCÉNARIO COHÉRENT POUR L'ÉVOLUTION DU SYSTÈME TERRE-LUNE »

Réservation comme d’habitude à partir du 16 Mai 9h00 ou à la SAF directement.  

La suivante : le 11 Sept avec Alain Riazuelo qui nous parlera de trous noirs.

Bonnes Vacances  :      Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF : 

https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured

 

 

Ensuite la pause estivale, reprise le 11 Sept avec Alain Riazuelo qui nous parlera de trous noirs.

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin   Secrétaire de la commission de planétologie de la SAF

www.planetastronomy.com

Abonnez-vous gratuitement aux astronews du site en envoyant votre nom et e-mail.