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Mise à jour le 25 Avril 2018

CONFÉRENCE de Jean Pierre MARTIN,

Physicien, Pdt commission cosmologie de la SAF.

Organisée par « Terre des Sciences » avec « Ciel d’Anjou » et
le club d’astronomie « Curiosity » de l’ESEO à l’ESEO d’Angers

«PLANÈTES EXTRA SOLAIRES ET TERRES HABITABLES »

Le Mercredi 18 Avril 2018

 

Photos : JPM ou autre 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 si nécessaire

La présentation (avec toutes les vidéos) est disponible sur ma liaison ftp , rentrer le mot de passe  puis CONFÉRENCES JPM; elle s’appelle : LES EXOPLANETES-2018.zip

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

Une vidéo de la conférence englobant les slides a été produite. (https://youtu.be/b8-UJqdvrbk )

 

 

BREF COMPTE RENDU

 

Merci à mes amis Angevins de m’avoir invité dans ce superbe amphi de l’ESEO (École Supérieure d’Électronique de l’Ouest) avec un nombreux public  pour un sujet qui doit intéresser tout le monde : sommes-nous seuls dans l’Univers ?

 

 

 

Jean Pierre Jandot médiateur à Terre des Sciences (à droite sur l’image)

 

 

Un impressionnant arsenal technique pour la retransmission des slides sur écran et aussi sur Internet en même temps que la retransmission de la conférence elle-même.

 

Bravo à l’organisation.

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous allons nous attacher à définir les critères de ce que l’on appelle « la Vie » et de voir où celle-ci pourrait exister ou avoir existé à la fois dans notre système solaire et en dehors, au niveau des planètes extra solaires.

 

Nous définirons aussi les différentes méthodes de détection de ces planètes.

 

Nous vivons dans une Galaxie qui contient au moins 200 milliards d’étoiles On pense qu’il y a aussi au moins 1000 milliards de galaxies dans l’Univers connu

 

Alors, il n’est pas absurde de se poser la question : Y-a-t-il d’autres planètes autour d’autres étoiles?

Y-a-t-il des planètes comme la Terre? Ou alors, sommes-nous une exception?

 

La vie telle qu’on la connaît est-elle un accident ou est-elle générale dans l’univers ?

 

 

Un auditoire bien attentif !

 

La présentation complète est disponible au téléchargement aussi, je ne ferai qu’un court compte rendu que je reprends en partie d’une ancienne présentation.

(Je m’inspire de comptes rendus précédents d’une présentation similaire)

 

 

QU’EST CE QUE LA VIE ?

 

 

La vie est-elle un phénomène banal ou exceptionnel ?

Mais c’est quoi la vie ? Basée sur notre expérience terrestre elle nécessiterait au moins:

·         Une source d’énergie (étoile ?) permettant le développement

·         Un champ magnétique protecteur de radiations

·         Un liquide excellent solvant (eau??)

·         Du temps pour permettre l’évolution

·         Certains ingrédients (C, H, O…) et nous sommes donc tous des CHNOPS (Carbone, Hydrogène, Azote, Oxygène, Phosphore, Soufre) tous ces ingrédients  qui nous sont nécessaires.

La vie aurait pour conséquence : La reproduction (auto réplication), la création de molécules complexes et elle est capable d’évolution, la vie est créative

 

Avant de nous intéresser aux planètes situées hors de notre système solaire, recherchons les mondes de notre propre système solaire qui pourraient abriter la vie

·         On vient de mettre au jour des geysers d’eau chaude s’échappant de Cérès le plus gros astéroïde de la ceinture d’astéroïdes, un océan d’eau liquide se trouve probablement sus la surface.

·         On sait que Mars a été chaude et humide dans le passé. A-t-elle démarré une forme de vie et peut-on en trouver des restes?

·         Dans le système de Jupiter, on pense très fortement qu’Europe contient un immense océan d’eau (salée!) sous sa croûte de glace. Des bactéries ou autres y vivent elles?

·         Plus loin, autour de Saturne, on sait qu’Encelade émet des geysers de glace contenant du sel et des organiques

·         De même, Titan le très gros satellite de Saturne est couvert de lacs de méthane, qu’y a-t-il au fond de ces lacs?

 

Pourquoi est-il important de savoir si la vie a existé dans notre système solaire (et notamment sur Mars)?

 

Car, si c’est le cas, la vie devrait être alors un évènement fréquent dans l’Univers

Sinon, il s’est passé peut être quelque chose de particulier sur Terre,  que nous n’avons pas encore identifié.

 

Mars désert glacé, la vie n’est plus possible, mais dans le passé ???

La surface d’Europe Ressemble à des icebergs ou à une banquise. Crevasses causées par les forces de marée. Un océan se trouve sous la couche de glace

Le pôle S d’Encelade comporte des fissures qui émettent des geysers d’eau salée et autres composants. Un océan interne est aussi présent

La surface de Titan est couverte de nombreux lacs de méthane qu’il faudrait explorer. On pense aussi à l’existence d’un océan interne

 

 

Sortons du système solaire maintenant.

 

Sommes-nous seuls dans l’Univers?

Existe-t-il une sœur jumelle de la Terre quelque part?

Les premières étoiles proches sont quand même…… loin!! (Proxima : 4,2 al)

Alors comment chercher?

 

Peut-on envisager d’évaluer la quantité de corps pouvant abriter la vie dans notre galaxie?

Quelqu’un l’a fait Frank Drake

 

Mais, en fait cette « formule » doit être encore plus réduite, car la vie complexe doit, en plus, posséder d’autres propriétés comme :

Une tectonique des plaques servant à recycler l’énergie

La présence d’une planète géante protégeant les planètes (comme Jupiter/Terre)

Lien entre composition de l’étoile en matériaux lourds et la planète

La planète doit avoir la bonne taille, on pense que ce devrait être entre 1/3 et 10 Terres; Mars est trop petite mais au bon endroit, Vénus a la bonne taille mais au mauvais endroit

Probablement une zone favorable galactique aussi dans la galaxie, pas trop près du centre, pas trop loin aussi

Cela devrait modifier cette fameuse formule pour rendre le résultat plus faible, qui pourrait être :
AU MOINS UNE!
(nous !)

 

 

La notion de zone habitable.

 

Mais qu’a donc la Terre de si particulier et d’unique dans le système solaire?

De l’EAU sous ses trois formes physiques : solide (glace), liquide et gazeuse (vapeur d’eau) Mais pourquoi l’eau est-elle si importante? Elle diffuse facilement à travers les membranes des cellules, c’est un solvant parfait.

Elle possède une forte chaleur spécifique et peut stocker de grandes quantités de chaleur sur une planète, elle amortit ainsi les variations climatiques

La glace est moins dense que l’eau : elle flotte sur l’eau ce qui est fondamental: cela protège les organismes sous la glace, des basses températures

 

On pense donc que l’eau est nécessaire à la vie telle que nous la connaissons.

Il faut donc rechercher des planètes qui peuvent abriter de l’eau sous ses trois formes.

Cela n’est possible autour d’une étoile que dans une petite zone : la zone habitable, ni trop chaude ni trop froide!

En deçà, l’eau est sous forme de vapeur ou totalement absente, au-delà, l’eau est sous forme de glace.

 

On voit ici la zone habitable (en vert) pour différents types d’étoiles. Moins l’étoile est brillante plus la zone se rapproche de l’étoile.

 

 

 

 

À priori pour le moment, la vie telle qu’on l’entend est basée sur la chimie du Carbone en solution dans l’eau liquide.

Donc rechercher la vie, c’est d’abord rechercher l’eau (sous-entendu liquide).

 

Si l’eau est indispensable à la vie, il semble bien que le carbone joue aussi un rôle primordial, pourquoi ?

 

Le Carbone est tétravalent (il a 4 bras) permettant tous les arrangements possibles avec d'autres atomes et notamment une chimie organique complexe, base de l'évolution.

 

 

 

Quelles qualités doit avoir une planète pour abriter la vie?

Qu'est ce qui caractérise notre planète?

Il ne suffit pas d’avoir une atmosphère, il faut pouvoir la garder. (Voir Mars)

 

 

Voici présentée une comparaison de spectres IR des atmosphères des planètes Vénus, Terre et Mars;

 

Que remarque-t-on?

 

Il y a pour notre planète une raie caractéristique, celles de l’Oxygène et de l’eau dans l’atmosphère ; résultat de la vie et qui donc semble être un traceur de cette vie.

C'est peut être cette raie là qu'il faut chercher dans l'espace.

Comment peut-on faire pour effectuer de telles mesures?

Il faut donc être capable d'analyser les atmosphères des planètes extra solaires, c'est le but de ces nouvelles missions

 

 

 

 

 

 

 

À LA RECHERCHE D’EXOPLANÈTES.

 

Une planète, par définition n’émet pas de lumière, elle réfléchit la lumière de son étoile

Sa luminosité est très faible, donc pas facilement détectable à distance.

Par exemple Jupiter ne réfléchit qu’un milliardième (10-9) de la lumière du Soleil.

On se heurte donc à deux difficultés majeures :

Une séparation angulaire très faible et un contraste en luminosité énorme.

En dehors de l’imagerie directe (qui progresse), il existe d’autres méthodes de détection : Méthode des vitesses radiales (vélocimétrie, effet Doppler, spectroscopie) ; Méthode du transit planétaire (la plus courante) et Méthode des lentilles gravitationnelles (plus récente).

 

 

 

 

Les vitesses radiales.

 

http://www.planetastronomy.com/special/2009-special/12fev09/vidal-9.gif

En fait quand on dit qu'une planète tourne autour de son étoile, c'est faux, la planète et l'étoile tournent autour de LEUR CENTRE DE MASSE COMMUN.

 

Il s'en suit un mouvement (plus ou moins important suivant les rapports de masse) de l'étoile devant le fond du ciel; c'est ce plus ou moins petit mouvement qu'on essaie de détecter.

 

C’est cette variation très faible de vitesse que l’on détecte.

 

C'est grâce à cette méthode que la première planète extra solaire a été trouvée par M Mayor et D Queloz de l'Observatoire de Genève avec le spectrographe ELODIE de l'Observatoire de Haute Provence (OHP).

 

 

C'est la planète baptisée 51 Peg b, tournant autour de l'étoile 51 Peg et située à 42 années-lumière de nous.

Ils ont mesuré aussi la distance à l'étoile : surprise aussi, elle est très près : 0,04UA et de masse 0,5 celle de Jupiter et température évaluée à 1300K.

Cette découverte remet en cause ce que l’on pensait de la formation des systèmes solaires, en effet on venait de découvrir une planète géante très proche de son étoile, alors qu’on pensait que ce type de planètes (comme Jupiter) se trouvait beaucoup plus loin.

On les appela des Jupiters chauds

 

 

La méthode du Transit.

 

C’est une méthode photométrique, basée sur la détection de variations de luminosité de l’étoile lors du passage de (ou des) la planète devant celle-ci (équivalent à une éclipse)

 

Cela ne concerne uniquement les systèmes observés par la tranche, pour lesquels les planètes peuvent occulter partiellement leur étoile centrale   La baisse de flux lumineux est très faible

 (1% dans le cas de Jupiter, Terre 0,01%), il faut un outil de qualité et observer pendant au moins une période en continu, cela signifie :

 

Clic sur l’image !

Il vaut mieux être dans l’espace pour détecter 24h/24 et s’affranchir de la turbulence

 

 

Le transit planétaire est une méthode peu efficace.

Pour une étoile donnée, la probabilité d’observer un transit est très faible (moins de 1%) =>

Il faut observer des millions d’étoiles pour un bon rendement !

La durée du transit est généralement très faible par rapport à la période de la planète, il faut être là au bon moment

Mais la profondeur du transit donne aussi des informations sur la taille de la planète

 

 

Les microlentilles gravitationnelles.

 

L’effet micro lentille, est basé sur la variation de lumière d'un objet source (une étoile, une galaxie, un amas de galaxies) devant laquelle passe une masse importante, une autre étoile avec une planète par exemple, suivant ce qu'avait prédit le génial Albert Einstein avec ses lois de la relativité..

L'étoile proche focalise la lumière de l'étoile lointaine (comme une lentille) ce qui crée une augmentation de la luminosité

En effet suivant la position de la source et de l'objet lentille on voit des formes différentes

 

On ne parlera pas de cette méthode ce soir.

 

 

 

La révolution Kepler.

 

Le 6 Mars 2009 dans la nuit, a décollé de Cap Canaveral en Floride à bord d'une fusée Delta, la mission de la NASA pour découvrir de nouvelles exoplanètes : la mission Kepler.

C'est la première mission d'envergure de la NASA pour détecter des planètes de type terrestres, c'est à dire situées à la bonne distance de leur étoile, dans ce que l'on appelle la zone habitable, région où l'on peut trouver l'eau sous ses trois formes : liquide, solide et gazeuse.

Précision de mesure : 20ppm, 4 fois moins que le transit de la terre! Il devrait voir les objets de magnitude entre 9 et 16.

Plus de 200.000 étoiles de type solaires devraient être scrutées pendant la période initiale de 3 ans.

 

 

L’idée de Kepler : examiner toujours la même zone du ciel et détecter les infimes variations de luminosité de transits devant une étoile. Son champ d’action : 200.000 étoiles!  Il couvre 1/400 du ciel

Photomètre de 95cm d’ouverture équipé d’un miroir de 1,4m et de détecteurs CCD.

Ce sera le plus grand capteur CCD lancé dans l'espace : 95 millions de pixels!

 

Kepler dès sa mise en service découvre de nombreuses exoplanètes (plusieurs milliers)

Examinons quelques-unes de ces réussites récentes (je ne prendrais que quelques exemples, voir le ppt).

 

Kepler 47 : Kepler-47b et 47c, qui sont des planètes orbitant un système de deux étoiles, mais ce qui est intéressant est le fait qu’une de ces planètes se trouverait dans la zone habitable (où l’eau liquide pourrait exister) de ce système binaire.

Serait-ce la fameuse planète Tatooine de Star Wars ??

Cette découverte est intéressante, dans le sens que l’on pensait jusqu’à présent que des planètes auraient du mal à se former autour d’étoiles binaires, mais Kepler 47 semble nous prouver le contraire.

 

De nouvelles annonces de la NASA nous font miroiter peut être enfin le jackpot ; des petites planètes extra solaires situées dans la zone habitable de leur étoile.

C’est ce qui vient de se passer avec la découverte de deux systèmes planétaires qui comprennent des « super Terres » dans des zones habitables.

Tout d’abord, le système Kepler 62, (naine rouge) qui possède 5 planètes (numérotées comme le veut la tradition 62 b,c,d,e,f) et

Le système Kepler 69 à deux planètes (69b et 69c). c’est une étoile type Soleil.

 

 

La NASA vient d’annoncer officiellement (Juin 2017) que le télescope spatial Kepler dédié aux exoplanètes (et qui est en mode dégradé depuis 2013) a permis de confirmer la découverte de 2335 nouvelles planètes extra solaires.

Cela multiplie par deux le nombre de planètes déjà découvertes et confirmées par Kepler. Voir le graphique page suivante.

Ce compte a été effectué pendant cette dernière année de fonctionnement de la sonde.

 

Kepler a détecté parmi ces 200.000 étoiles, 34.000 signaux qui ont amené à déclarer ces 4000 planètes candidats.

Parmi les plus de 4000 candidats, on en a confirmé ces 2335 comme étant des « exoplanètes » à 99%

Près de 500 pourraient être des planètes rocheuses, certaines (une vingtaine) pourraient même être situées dans la zone habitable de leur étoile. 50 seraient de la taille terrestre.

 

L’importance de Kepler :

 

 

On voit clairement sur ce graphique toute la richesse apportée par Kepler (points jaunes) par rapport aux méthodes conventionnelles.

 

Enfin une exoplanète de la classe terrestre elle aurait des caractéristiques proches de notre bonne vieille Terre.

Elle est dans le système de l’étoile Kepler 186, située à près de 500 années-lumière de nous. Période 130 jours.

Il y a au moins 5 planètes autour de cette étoile qui est par ailleurs différente de notre Soleil, c’est une naine rouge (étoile classe M, très courante), moins chaude (1/3 luminosité du Soleil) et plus petite que lui.

C’est en fait la dernière planète qui nous intéresse, elle s’appelle tout naturellement Kepler 186f

Kepler 186f est un peu plus grande que la Terre (de 10%) et est très certainement rocheuse, ce qui justifie l’émoi des scientifiques et journalistes

 

Mais le clou c’est autour de Kepler 452 , la planète, d'un rayon 60 % plus grand que celui de la Terre, orbite en 385 jours autour de son étoile, Kepler-452, située à environ 1400 al de la Terre, dans la constellation du Cygne. Elle est dans la zone habitable

 

Elle est aussi un peu plus âgée, 6 milliards d’années au lieu des 4,5 pour nous.

 

Son soleil (Kepler 452-a étoile jaune comme notre Soleil ) est 20% plus brillant que le nôtre et a un diamètre 10% plus grand.

La planète se trouve dans la zone habitable de son étoile, à une distance 5 % plus grande de cette dernière que la Terre ne l'est du Soleil. Elle est probablement rocheuse

 

 

La découverte de Kepler-452 b, dont l'existence a été confirmée par des mesures au sol, est annoncée par la NASA le 23 juillet 2015

 

 

 

Toutes les découvertes de Kepler en une animation.

 

 

 

Il n’y a pas que Kepler, depuis la Terre on découvre aussi des exoplanètes.

 

L’observatoire TRAPPIST, c’est l'acronyme de TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope, petit télescope dédié aux transits planétaires et aux planétésimaux

Ce télescope, installé sur le site de La Silla de l'ESO au Chili; est un télescope automatique de 60cm dédié aux exoplanètes (transits). Il est commandé à partir de Liège.

Il a découvert cette année SEPT planètes telluriques potentiellement habitables dans notre arrière-cour à 40 al.

Trois d’entre elles sont dans la zone habitable au moins (e, f et g), peut-être même 4 (d, e, f et g). Elles sont toutes très proches de l’étoile, bien plus proche que Mercure ne l’est du Soleil.

 

Mais on ne peut pas parler d’exoplanètes sans parler de la découverte de l’année : l’exoplanète la plus proche de nous (4,2al), dans le système d’Alpha Centauri : Proxima b !

La particularité de cette exoplanète, est qu’elle orbite une naine rouge (étoile de type M, soleil beaucoup plus froid et plus petit que le nôtre).

On a aussi déterminé que cette nouvelle planète est au moins 1,3 fois plus massive que la Terre et qu’elle orbite son étoile de très près, en en faisant le tour en 11,2 jours.

Elle est quand même située dans la zone habitable car la naine rouge est beaucoup moins lumineuse que notre Soleil.

 

 

Et pour clore la série (provisoirement) :

Cela fait longtemps que l’on connaît l’étoile proche Epsilon Eridani (une jeune naine orange, un peu moins puissante que notre Soleil) située dans notre environnement très proche à 10 années-lumière.

En effet elle fut une des premières cibles du programme SETI lorsque celui-ci fut initié dans les années 1960. On y cherchait des traces de vie, mais sans succès.

Puis au tournant du XXIème siècle, en Août 2000, on découvrit grâce à la méthode des vitesses radiales, que cette étoile possédait au moins une planète située a peu près à la même distance que Jupiter par rapport à notre Soleil.

Ce qu’il y a de passionnant avec Epsilon Eridani, c’est qu’il est similaire au nôtre, alors que jusqu’à présent on trouvait surtout des systèmes plutôt « exotiques ».

Epsilon Eridani, serait une version « plus jeune » (son étoile n’a « que » 800 millions d’années) de notre propre système solaire.

D’autres planètes seraient aussi sur le point d’être découvertes dans ce système voisin.

On attend le JWST avec impatience pour poursuivre les investigations.

 

 

 

LES MISSIONS FUTURES.

 

De nombreuses missions sont prévues, elles ne sont pas toutes encore financées.

 

 

 

Dernières nouvelles : TESS vient d’être lancée, le JWST est reporté à 2020.

 

 

 

CONCLUSION.

 

Nous avons découvert plusieurs milliers de planètes extra solaires et de nombreuses autres vont venir

Les systèmes planétaires sont profondément différents de notre système solaire : orbites excentriques, Jupiters chauds etc..

 

Notre système solaire semble atypique.

 

Pourquoi? Est-ce la condition pour qu’une vie existe?

 

 

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

BIBLIOGRAPHIE :

 

À la recherche de l'eau dans l'Univers par Th. Encrenaz

 

Livre conseillé : Les planètes extra solaires par Th Encrenaz chez Belin.

 

J'ai lu pour vous par Pascal Gérardin : Sommes-nous seuls dans l'Univers?

 

Où sont-ils ? Les extraterrestres et le paradoxe de Fermi chez CNRS éditions

 

 

 

 

SITES INTERNET :

 

 

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

 

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

 

Corot et exoplanètes par Claude Catala : CR conférence SAF 13 Nov 2008

 

La révolution des exoplanètes : CR de la conf. IAP de G Hébrard du 4 Octobre 2011

 

Michel Mayor : Sur les exoplanètes UNESCO 15 Janv. 2009

 

Les exoplanètes par S Udry

 

 

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin 

www.planetastronomy.com

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