Sentier des Exoplanètes

Sentier des Exoplanètes
A la recherche de la vie dans l'Univers
Première exoplanète
Vue d'artiste de 51 Peg b
Mais qu'est-ce qui leur a pris de se poser tant de
questions ? Ils auraient pourtant pu rester les pieds sur
la Terre à apprécier le Soleil pour ce qu'il fait de mieux,
c'est-à-dire nous réchauffer. Mais non, depuis des
millénaires, des prêtres, des philosophes et des
scientifiques s'interrogent sur ce petit disque jaune et
sur les rapports qu'il entretient avec notre monde et le
reste de l'Univers. Au final, leurs cogitations donnèrent
naissance à l'une des plus belles histoires de
l'humanité, avec son flot de questions et de réponses,
non sans que certains paient au passage le prix fort de
leur curiosité.
La Terre est-elle plate ? - Non.
La Terre est-elle le centre du monde ? - Non.
Existe-t-il d'autres astres que le Soleil ? - Oui.
Mais alors, existe-t-il d'autres mondes autour de ces
astres lointains ? Il fallut attendre 1995 pour qu'une
réponse irréfutable vienne clore le débat. Cette année,
une équipe d'astronomes annonça la découverte de la
première exoplanète, c'est-à-dire une planète qui
tourne autour d'une autre étoile que la nôtre. Elle
s'appelle 51 Peg b et tourne à 42 années-lumière de la
Terre. Cerise sur le gâteau: on doit cette découverte à
deux astronomes de l'Observatoire de l'Université de
Genève: Michel Mayor et Didier Queloz.
Quelques années plus tard, la quête des exoplanètes
est devenue l'une des branches les plus fécondes et
les plus en vogue de la science astronomique. Ce
parcours aborde 10 sujets clé dans la découverte des
exoplanètes et de la recherche de la vie dans l'Univers.
Sur chaque panneau, une question vous sera posée.
La réponse vous sera révélée sur le panneau suivant.
L'association AstroPléiades, Parcours Claude-Nicollier
vous souhaite une agréable visite et espère vous revoir
bientôt au sommet des Pléiades.
Question 1
La Terre tourne autour du Soleil en 365 jours. Selon
vous, combien de temps faut-il à 51 Peg b pour effecter
une rotation complète autour de son étoile ?
(1) 4 jours
(2) 40 jours
(3) 400 jours
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A la recherche de la vie dans l'Univers
Comment les planètes
se forment-elles ?
On considère que les planètes se forment en même
temps que leur étoile, par accrétion et condensation au
sein d'un disque de gaz et de poussière.
Le centre du disque, riche en matière, se contracte peu
à peu sous l'effet de la gravitation. Lorsque la
température devient trop grande, le disque s'enflamme
sous l'effet des réactions nucléaires pour former un
proto-Soleil. En s'allumant, le proto-Soleil émet un fort
vent solaire qui chasse les résidus de gaz et de
poussière. Un nouveau système solaire est né !
Question 2
Selon vous, à quand remonte la formation du système
solaire ?
(1) il y a 5 mille années
(2) il y a 5 millions d'années
(3) il y a 5 milliards d'années
Réponse 1
Peg 51 b est très proche de son étoile et ne met que 4
jours pour effectuer une révolution complète.
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A la recherche de la vie dans l'Univers
L'apparition de la vie
sur Terre
H2O
CO2 + NH4
UV
Eclairs
Pluie
Soupe primitive
Océan
NH3
C-H-O-N
On estime que l'apparition de la vie sur Terre remonte
à environ 3.8 milliards d'années, soit environ 1 milliard
d'années après la formation de la Terre.
A cette époque, l'atmosphère terrestre était très
différente de celle que l'on connaît aujourd'hui: très
pauvre en oxygène et très riche en gaz carbonique.
Les volcans actifs étaient beaucoup plus nombreux
qu'aujourd'hui.
Diverses sources d'énergie (rayons UV, éclairs,
volcans) fournissaient l'énergie nécessaire afin de
briser des molécules simples et de former de nouvelles
molécules, plus lourdes et plus complexes.
Ces nouvelles molécules étaient ensuite précipitées
vers la terre sous l'action de la pluie. Elles
s'agglutinèrent dans des lacs et des océans pour
former une véritable "soupe primitive" de molécules
organiques. Sous l'action de sources chaudes et de
volcans sous-marins, ces molécules continuèrent à
s'assembler entre elles pour former des molécules de
plus en plus complexes.
Après plusieurs millions d'années de ce jeu
d'assemblages fortuits, la vie émergea, un peu par
hasard, sous la forme d'organismes unicellulaires,
également connus sous le nom de bactéries.
Question 3
Selon vous, quels sont les composés nécessaires à
l'apparition de la vie ?
(1) L'eau, le gaz carbonique et l'uranium
(2) L'eau, le souffre et l'or
(3) L'eau, l'oxygène et le carbone
Réponse 2
Le Soleil, la Terre et toutes les planètes du système
solaire ont été formé il y a environ 5 milliards d'années.
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A la recherche de la vie dans l'Univers
La vie dans le
système solaire
sur Mars
sur Europe
Existe-t-il de la vie ailleurs dans le système solaire ?
Cette question n'a pas encore de réponse à ce jour.
Mais la vie se cache parfois dans des endroits forts
étranges et les scientifiques n'ont pas encore
abandonné l'idée de la trouver sur d'autres planètes du
système solaire. Voici quelques endroits où elle
pourraît se cacher:
Sur Mars
La découverte de canaux d'écoulement sur la surface
de Mars suggère que la planète abritait autrefois de
l'eau sous forme liquide. Cette eau a disparu
aujourd'hui mais il est possible qu'une partie se soit
infliltrée dans le sol, permettant ainsi à la vie de s'y
développer.
Sur Europe
Ce satellite de Jupiter est presque entièrement
recouvert de glace à -170°C. Il est donc possible que
de l'eau liquide existe sous sa surface, là où la
température est plus élevée.
Question 4
La science qui étudie les conditions nécessaires à
l'apparition de la vie sur d'autres planètes s'appelle:
(1) L'exobiologie
(2) L'extraterrestrologie
(3) La cosmologie
Réponse 3
Les composés essentiels à la formation de la vie sont
l'eau, l'oxygène et le carbone.
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La zone habitable
Quelles sont les conditions nécessaires à l'apparition
et au développement de la vie sur une planète ?
Cette question pourtant très simple ne possède pas
encore de réponse claire et fait régulièrement l'objet de
grands débats au sein de la communauté scientifique.
La plupart des astronomes pensent que la planète doit
se trouver dans la "zone habitable" de son étoile, c'està-dire dans la zone où l'eau peut exister sous forme
liquide. Cette zone dépend du type d'étoile et de la
distance à laquelle orbite la planète. Si la planète est
trop proche de son étoile, toute l'eau s'évapore dans
l'espace. Si elle est trop éloignée, tout gèle.
L'étoile en question doit également avoir une durée de
vie suffisante pour permettre à la vie de se développer.
Il a fallu 1 milliard d'années pour que la vie apparaisse
sur Terre. Or une étoile 10 fois plus massive que le
Soleil ne brûle "que" pendant quelques millions
d'années. Il est probable qu'une telle étoile s'éteigne
bien avant que la vie n'ait eu le temps d'apparaître.
Finalement, les scientifiques pensent que de nombreux
facteurs physiques et biochimiques doivent être
respectés pour que la vie puisse se développer sur
une planète. La présence d'eau liquide, de carbone et
d'oxygène dans des conditions de température et de
pression favorables aux réactions chimiques ne sont
que des exemples d'une très longue liste.
Question 5
Laquelle de ces affirmations est correcte ?
(1) La zone habitable du Soleil se rapproche au fur et à
mesure que celui-ci vieillit.
(2) La zone habitable du Soleil s'éloigne au fur et à
mesure que celui-ci vieillit.
(3) La zone habitable du Soleil ne bouge pas au cours
du temps.
Réponse 4
La science qui étudie les conditions nécessaires à
l'apparition de la vie sur d'autres planètes s'appelle
l'exobiologie.
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Comment détecte-t-on
les exoplanètes ?
1) La méthode des vitesses radiales
L'étoile se rapproche
Le spectre est
décalé vers le bleu
L'étoile s'éloigne
Le spectre est
décalé vers le rouge
Il est important de rappeler qu'à ce jour, aucune
exoplanète n'a pu être observée directement à travers
la lunette d'un télescope. Les techniques existantes de
détections sont exclusivement indirectes et ne
permettent que de déduire la présence d'une planète
grâce aux effets que celle-ci produit sur son
environnement.
Par exemple, la méthode des vitesses radiales permet
de détecter une exoplanète grâce à l'analyse
spectrographique de la lumière émise par son étoile.
Lorsqu'une planète tourne autour d'une étoile, l'étoile
en question exerce en permanence une force
gravitationnelle sur la planète. Réciproquement, la
planète exerce une force égale et opposée sur son
étoile. L'effet de cette force est beaucoup plus faible
pour les étoiles que pour les planètes en raison de la
différence de masse qui les sépare, mais elle suffit
néanmoins à modifier légèrement la trajectoire de
l'étoile qui se rapproche et s'éloigne très légèrement de
nous.
Ce mouvement de va-et-viens peut être détecté à l'aide
des télescopes modernes grâce au décalage qu'il
provoque dans le spectre de lumière de l'étoile (effet
Doppler-Fizeau).
La méthode des vitesses radiales est la méthode de
détection la plus efficace à ce jour pour détecter des
exoplanètes. C'est notamment grâce à cette méthode
qu'on a pu découvrir la première exoplanète en 1995.
Question 6
Selon vous, quels types de planètes peut-on facilement
détecter grâce à la méthode des vitesses radiales ?
(1) Des géantes gazeuses très proches de leur étoile
(2) Des petites planètes très éloignées de leur étoile
(3) Toutes sortes de planètes, quelle que soit leur taille
Réponse 5
Lorsque le Soleil vieillit, il devient plus chaud. La zone
habitable s'éloigne donc de lui avec le temps.
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Comment détecte-t-on
les exoplanètes ?
2) La méthode du transit
La méthode du transit s'inspire directement du
principe de fonctionnement d'une éclipse: à chaque
fois qu'une exoplanète passe entre son étoile et la
Terre, la luminosité apparente de son étoile baisse
très légèrement. A partir de ces mesures, les
astronomes peuvent calculer la taille et la distance
de la planète par rapport à son étoile.
Cette méthode de détection offre de nombreux
avantages mais elle est très difficile à utiliser en
pratique car elle exige que la Terre, l'étoile et
l'exoplanète soient parfaitement alignés. De plus,
aucun objet extérieur ne doit venir perturber la
mesure, ce qui est plutôt rare en pratique.
Question 7
Selon vous, la découverte d'une exoplanète similaire à
la Terre grâce à la méthode du transit nécessiterait
(1) quelques heures d'observations à peine.
(2) quelques jours d'observations.
(3) plusieurs années d'observations.
Réponse 6
Les planètes qui peuvent être détectées grâce à la
méthode des vitesses radiales sont principalement des
géantes gazeuses qui orbitent très près de leur étoile.
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Comment détecte-t-on
les exoplanètes ?
3) Satellites
Corot, ESA
Kepler, NASA
Lancé en décembre 2006, Corot (pour Convection,
Rotation et Transits planétaires) est un télescope
spatial européen dont le but est de détecter des
exoplanètes telluriques grâce à la méthode du
transit. Son homologue de la NASA, le satellite
Kepler, a été lancé en mars 2009 en orbite
héliocentrique.
Les deux satellites ont déjà permis de détecter
plusieurs exoplanètes et devraient continuer leur
récolte pendant plusieurs années encore avant
d'être remplacés par de nouveaux télescopes
encore plus puissants.
Question 8
Le satellite Kepler a été baptisé en l'honneur du célèbre
astronome Johannes Kepler (1571-1630) qui est surtout
connu pour avoir
(1) découvert la planète Mars.
(2) étudié le mouvement des planètes.
(3) construit le premier télescope.
Réponse 7
Le découverte d'une exoplanète similaire à la Terre
avec la méthode du transit nécessite plusieurs années
d'observations. En effet, il faut attendre près d'une
année entre deux éclipses successives, le temps que
la planète fasse le tour de son
étoile.
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Gliese 581c
Vue d'artiste de Gliese 581c
Découverte en 2007 grâce à la méthode des
vitesses radiales, Gliese 581c est une exoplanète
qui tourne autour d'une naine rouge à 20.5 annéeslumière de la Terre. Contrairement à la majorité des
exoplanètes découvertes à ce jour, Gliese 581c
n'est pas une planète gazeuse de type “Jupiter
chaude” mais une planète solide qui ressemble à la
Terre de par sa taille et de la température à sa
surface.
Située à “seulement” 11 millions de km de son
étoile, Gliese 581c ne met que 13 jours pour
effectuer une rotation complète autour de son étoile.
La proximité de la planète par rapport à son étoile
pourrait faire conclure trop vite à des conditions
incompatibles avec la vie. Il ne faut cependant pas
oublier que l'étoile en question est une naine rouge,
bien moins chaude que le Soleil, de sorte que la
température à la surface de Gliese 581c est
estimée entre 0 et 40°C. La planète pourrait donc
abriter de l'eau à l'état liquide et peut-être de la vie.
Question 9
A votre avis, combien de temps faudrait-il pour envoyer
un message radio depuis la Terre vers Gliese 581c ?
(1) Quelques secondes à peine.
(2) Pas plus de quelques heures.
(3) Plus de 20 années.
Réponse 8
Johannes Kepler est surtout connu pour avoir décrit les
lois qui régissent les mouvements des planètes sur leur
orbite autour du Soleil, connues aujourd'hui sous le
nom des 3 lois de Kepler.
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Perspectives
"Sommes-nous seuls dans l'Univers ?"
Après plusieurs milliers d'années de recherche, la
question n'a toujours pas de réponse. Mais la
découverte de centaines d'exoplanètes aux
caractéristiques aussi variées qu'étonnantes ouvre
de nouvelles perspectives.
Pour l'instant, nos télescopes permettent essentiellement de détecter de grandes planètes chaudes
sur lesquelles la vie possède très peu de chance de
se développer. Découvrir des planètes similaires à
la Terre reste difficile. Mais une nouvelle génération
de télescopes ne devrait pas tarder: plus puissants
et encore plus précis, ils permettront de sonder
l'immensité de l'espace à la recherche de nouveaux
mondes habitables. La quête de la vie dans
l'Univers ne fait que commencer ! Et c'est le début
d'une période passionnante, tant sur le plan
scientifique que philosophique.
L'association AstroPléiades, Parcours Claude
Nicollier espère que vous avez apprécié ce
parcours et que les thèmes abordées ont stimulé
votre curiosité. Si vous désirez en apprendre plus,
venez donc faire un tour sur notre site internet:
http://www.astropleiades.ch
Merci pour votre attention et bonne journée !
Réponse 9
Gliese 581c possède un diamètre 1.5 fois plus grand
que la Terre et une masse 5 fois plus grande.