COM PPT 20070327 F SIBILLE Exoplanètes
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Académie des Sciences, Belles-lettres et arts de Lyon 27 mars 2007 Les exoplanètes ou La quête des mondes habités François Sibille « Autres mondes » habités Une idée ancienne Bernard Le Bovier de Fontenelle « Entretiens sur la Pluralité des Mondes » (1686) Les planètes et l’Astrophysique, aujourd’hui Les projets de recherche dans le domaine Lien avec la quête des origines de la vie Système solaire : le mieux connu Des corps de tailles très différentes La Terre Des corps de tailles très différentes 4 planètes telluriques Des corps de tailles très différentes 4 planètes joviennes Le phénomène exoplanète est il fréquent ? Théorie de la formation stellaire à partir des nuages moléculaires OUI Détecter les exoplanètes par l’effet Doppler Une étoile et une planète tournent autour de leur centre de gravité Détecter les exoplanètes par l’effet Doppler Une étoile et une planète tournent autour de leur centre de gravité Un observateur est placé près du plan de l'orbite Détecter les exoplanètes par l’effet Doppler 1995 : Découverte de la première planète exosolaire 51 Peg Mayor et Quelloz (Obs. de Genève) La situation aujourd’hui 1ere surprise : Beaucoup de planètes très proches de l’étoile distance Terre-Soleil Environ 200 Planètes Rayon de l'orbite (unité astronomique) Première surprise : les "Jupiter-Chauds" ... vues "artistiques" La situation aujourd’hui quelques systèmes multiples distance Jupiter-Soleil distance Terre-Soleil Environ 200 Planètes Rayon de l'orbite (unité astronomique) Autre Méthode : Le transit (Le passage !) Occultation quand la planète passe devant l’étoile Mini-éclipse pendant un transit Avec COROT : voir pulser les étoiles (Exagérée 100000 fois) Mais aussi : voir des planètes telluriques par la méthode du Transit Lancement 27 décembre 2006 de Baïkonour par une Soyous Ces planètes, peut on les voir ? Ce n’est pas facile ! 2 problèmes : •Résolution spatiale : λ/D •Eblouissement Objets placés au sommet du mont Blanc, vu de Fourvière (b ~ 200 km) A l’œil nu : α ~ 1/60 ° = 1 minute d’arc => a = 60 mètres Avec un télescope : α ~ 1/3600 ° = 1 seconde d’arc => a = 1 mètre sans effort Avec beaucoup d’effort : α ~ 0,O1 seconde d’arc => a = 1 cm La Terre vue à la distance de Proxima Centauri α 13 b = 4 AL = 4 10 a = 12 000 km km α = 12 000/ 4 1013 = 3 10-10 radian = 0,00006 seconde d’arc => Un cheveu d’un alpiniste au sommet du Mont Blanc (60 μm) λ/D Télescope de 20 km de diamètre Quelque chose qui varie dans le temps … Une fonction un peu bizarre et compliquée Joseph Fourier (1768-1830) Remplacer la fonction bizarre y=f(x) par Une somme de fonctions simples Ex : y(n,x) = an sin(nx) f(x) = a1 sin(x) + a2 sin(2x) + …… +an sin(nx) La « transformation de Fourier » calcule les an v u2,v2 u3,v3 u1,v1 u Décomposition en série de Fourier d’une image à 2 dimensions Interféromètre : On n’utilise que des morceaux de la pupille λ/D λ/B B D Interféromètre : On n’utilise que des morceaux de la pupille B Les petites bases donnent l’allure générale (basses fréquences spatiales, petit télescope) Chaque observation sur une base 1 coefficient de Fourier de l’image Interféromètre : On n’utilise que des morceaux de la pupille λ/D λ/B B Les longues bases donnent les détails fins (hautes fréquences spatiales, grand télescope) Chaque observation sur une base 1 coefficient de Fourier de l’image DARWIN (Simulation numérique) Le Soleil, vu par Darwin, à 100 AL Venus Terre Soleil Caché Mars Hypertélescope Et pour aller encore plus loin : l’hyper-télescope 150 télescope de 3 m Sur 150 km de diamètre La Terre, à 10 AL, vue avec un hyper-télescope de 150 km Comment saura-t-on qu'une planète est habitée ? Comment saura-t-on qu'une planète est habitée ? Exoplanètes et vie extraterrestre Apport de l’Astrobiologie Retour sur les nuages moléculaires Chimie complexe dans les nuages moléculaires Sur les grains, se forment des molécules organiques Rayonnement UV des étoiles H2O NH3 CH4 Noyau de silicate CH3OH H2O CO H2CO CO2 PAH La Radioastronomie a permis d’identifier plus d’une centaine de molécules organiques dans les nuages Alanine C7HN Glycine C2H5OH Ethanol Naphtoquinone C10H6O2 Chlorophyle ! Acides aminés Astrobiologie Les grands nuages interstellaires contiennent des molécules organiques Radioastronomie Effondrement du nuage ... Formation Etoile + Planètes + comètes ... Théorie de la formation stellaire Refroidissement des planètes ... Pluie de comètes ... Apport de l'eau + molécules organiques (acides aminés) ? Apparition de formes de vie Des idées nouvelles sur l'évolution ROSPARS J.P. (INRA) , CONWAY MORRIS S. (Life’s Solution) Convergences évolutives Intelligence Vincent Fleury (Univ. Rennes), « De l’œuf à l’éternité » Modèle physique de la morphogenèse de l’embryon Et si ces exoplanètes étaient habitées par des êtres intelligents ? Pourrions nous communiquer avec eux ? SETI (Search for Extra Terrestrial Intelligence) Alors : La vie sur Terre est le résultat d'un hasard extraordinaire ? Sommes nous seuls ? Des idées nouvelles à partir de l'étude de l'évolution ROSPARS J.P., CONWAY MORRIS S. (Life’s Solution) 1 - Constat : Des espèces qui se sont séparées très tôt dans l'arbre de l'évolution développent des solutions analogues : l'œil etc. 2 - Question : Les lois de l'évolution ont elles leurs racines dans celles de la Physique ? 3 - Consensus fort : Les lois de la Physique sont universelles 4 - Hypothèse hardie : Les lois de l'évolution pourraient bien, aussi, être universelles Consensus : Eau (H2O) liquide = Un ingrédient essentiel pour la vie Photo Apollo17 3 états de l'eau Liquide Vapeur Solide Terre Masse (Luminosité) La "Zone habitable" Mercure Terre Trop près trop chaud Trop loin trop froid Soleil Mars Jupiter Zone habitable pour le Soleil Distance de la planète à l'étoile Masse (Luminosité) La "Zone habitable" zone habitable pour cette étoile Trop près trop chaud Etoiles chaudes grandes masses Mercure Trop loin trop froid Terre Soleil Mars Etoiles froides petites masses Jupiter Zone habitable pour le Soleil Distance de la planète à l'étoile Masse (Luminosité) La "Zone habitable" Etoiles chaudes grandes masses Mercure Terre Trop près trop chaud Trop loin trop froid Soleil Mars Jupiter Etoiles froides petites masses Distance de la planète à l'étoile Masse La "Zone habitable" Ligne de calage par effet de marée Etoiles chaudes grandes masses Mercure Terre Soleil Mars Jupiter Etoiles froides petites masses Distance de la planète à l'étoile Zone de jour permanent sur un hémisphère On a reproduit des synthèses en laboratoire En reproduisant les conditions du milieu du nuage On arrive à produire des molécules organiques Résultat : synthèse d’acides aminés Expérience américaine : •glycine, •serine •alanine Expérience européenne : 16 acides aminés On met les produits obtenus dans de l’eau … Coté Hydrophobe Molécule Amphiphile Coté Hydrophile Association => … et on obtient des membranes analogues à celle des cellules ! Abri pour le développement des premiers organismes vivants ? L’idéal : la détection directe On la voit vraiment Optique adaptative Peut être la première planète détectée en direct ... 4 ou 5 Jupiter Pour être certain que c'est une planète, il fallait attendre un peu Elle bouge comme il faut... Elles marchent ensemble Autres méthodes de détection Vie = chimie organique du Silicium L'hypothèse est attrayante On ne sait pas grand chose Les extrémeophiles réservent peut-être des surprises Revenons à ce que l'on sait Le Soleil chauffera de plus en plus ! "Constante solaire" Masse de l'au des océans 170° 100° 50° Température moyenne dépasse 50 °C 0° -70° Age Soleil (milliard d'années) 2005 1,5 Milliard d'années L'eau des océans s'évapore Sybille de Delphe Michel Ange Chapelle Sixtine 1,5 Millions d'années Aujourd'hui Homo erectus x 1000 1,5 Milliards d'années Aujourd'hui Température moyenne dépasse 50 °C 3 fois l'age de la Terre 1000 fois l'age de l'Homme Ca fait encore très très très longtemps ! voir pr ESO planemo pr-29-06.html planemos dans le nuage de rho Oph Mais on aimerait aussi « voir » directement ces petites planètes telluriques • Problème 1 : Il faudrait des télescopes géants POUR AVOIR DE LA RESOLUTION C’est une affaire de λ/Dtel Pour « voir » la Terre à 4 Année lumière => Dtel= 20 km • Problème 2 : Il faudrait pouvoir cacher l’étoile CAR ELLE NOUS EBLOUIT Elle est 109 (visible) fois plus brillante que la planète ! En attendant, une technique originale : La (micro) lentille gravitationnelle Ou : Quand une étoile passe devant une autre Nous course de l'étoile Un télescope naturel Nous Etoile lointaine Etoile "lentille" simple Flux Nous passage Etoile "lentille" avec planète Temps Etoile lointaine On en a trouvé 2 en 10 ans ! Mais à très grande distance de nous Flux Nous passage Temps Les "vraies" mesures OGLE-2005-BLG-390Lb Vue artistique La Vie que nous connaissons = chimie organique (ou du carbone) Principaux atomes constituants des molécules "organiques" H : Hydrogène C : Carbone O : Oxygène N : Azote P : Phosphore Chimie du Carbone Acides aminés Protéines codées par l'ADN ... 3 états de l'eau Liquide Vapeur Solide Vapeur (Gaz) 3 états de l'eau Liquide Vapeur Solide (glace) Solide 3 états de l'eau Liquide Vapeur Solide Liquide (eau) Autre consensus : Pour se développer, la vie a besoin de temps ... ... donc de stabilité Ordre et chaos : les lois de la mécanique 1 corps : mouvement rectiligne uniforme 2 corps : Mouvement bien régulier 3 lois de Kepler orbites elliptiques (ou circulaires) 3 corps et plus : Comportement chaotique ! Le système solaire : 9 corps (principaux!) : Soleil + 8 planètes Théoriquement chaotique Pourtant presque parfaitement régulier ! Orbites presque circulaires et presque dans le même plan Danger des orbites fortement elliptiques .... Risque de carambolages ! ! ! ! ! ! ! b b a b/a = 1 e=0 a b/a = 1/2 Ellipticité de l'orbite e=0,87 Demi grand axe (unité astronomique) b/a = 0 e=1
