Les exoplanètes , livre ebook

104

pages

Français

Ebooks

2024

Écrit par
Lequeux James , Thérèse Encrenaz

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EDP Sciences

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Date de parution

10 octobre 2024

Nombre de lectures

EAN13

9782759835775

Langue

Français

Poids de l'ouvrage

1 Mo

Depuis la découverte en 1995 de la première planète orbitant autour d’une étoile autre que le Soleil, d’énormes progrès ont été accomplis. Plus de 5600 de ces exoplanètes sont aujourd’hui connues. On sait maintenant que presque toutes les étoiles, qu’elles soient semblables au Soleil, plus grosses ou plus petites, doivent être entourées d’un ou plusieurs de ces astres. Nous connaissons des systèmes comportant jusqu’à 7 planètes, qui sont tous très différents de notre Système solaire. Celui-ci est-il une exception, et la vie qu’il abrite est-elle elle-même l’exception ? Nous n’en savons encore rien. En attendant, nous ne pouvons que nous étonner et nous émerveiller sur l’infinie variété des exoplanètes. Il y en a de toutes tailles, certaines bien plus grosses que Jupiter, et de toutes natures : des solides, des gazeuses, d’autres peut-être recouvertes d’océans comme la nôtre. Certaines sont si proches de l’étoile autour de laquelle elles gravitent que la température y est infernale, d’autres en sont suffisamment distantes pour qu’une température clémente puisse peut-être y permettre la vie, d’autres sont plus lointaines et très froides. Il existe aussi de nombreuses planètes isolées qui ont été éjectées de systèmes planétaires en formation, ou même formées loin de toute étoile.
Ce petit livre explique de la façon la plus simple possible comment les exoplanètes ont été découvertes, ce qu’on sait de leur taille, de leur densité, de leur température et de leur atmosphère, quand il y en a une. Il décrit aussi comment elles sont nées et comment les systèmes planétaires, dont le nôtre, ont pu évoluer au cours du temps. La recherche d’une vie éventuelle sur les planètes qui entourent le Soleil et sur les autres planètes est enfin abordée. Il subsiste bien plus d’inconnues que de certitudes dans l’étude des exoplanètes, qui pour l’instant ne sont encore pour nous que des points lumineux dans le ciel : l’ère des surprises n’a fait que commencer.

Introduction. ................................................................................. 7

Comment a-t-on découvert les exoplanètes ?. ............................ 13

Des planètes autour d’un pulsar. ................................................. 14

La méthode vélocimétrique. ....................................................... 15

La méthode des transits. ........................................................... 21

L’observation directe des exoplanètes. ......................................... 23

Une autre méthode de détection : les microlentilles gravitationnelles............. 25

Effets de sélection. ................................................................... 26

Premiers résultats astrométriques avec le satellite européen Gaia. .................. 29

Deux milliards d’étoiles observées par Gaia. ................................. 29

Combien d’étoiles sont-elles entourées de planètes ?. .................... 31

Gaia découvre enfin des planètes. ............................................... 33

Gaia observe aussi des transits de planètes devant leur étoile-hôte. ........................ 34

Comment étudier l’atmosphère des exoplanètes ?. ..................... 37

La spectroscopie en transit primaire. ........................................... 39

La spectroscopie en transit secondaire. ....................................... 41

Comment identifier la présence d’une atmosphère ?. ...................... 41

L’atmosphère des exoplanètes observées par imagerie. ................... 44

Les différents types d’exoplanètes. .......................................... 47

Une immense variété d’objets. ................................................... 47

La variété des systèmes stellaires et planétaires. .......................... 48

De très nombreux systèmes multiples. ......................................... 51

Des orbites très excentriques. .................................................... 53

Les « Jupiters chauds ». ............................................................ 54

Les « Jupiters jeunes ». ............................................................. 58

Les « Neptunes » et les « super-Terres ». ...................................... 59

Les « exo-Terres » et les « sub-Terres ». ....................................... 63

Les planètes errantes. ............................................................... 64

Comment naissent les planètes. ............................................... 67

Les principes de la formation des systèmes planétaires. ................. 68

La migration des planètes......................................................... 71

Le cas du Système solaire. ......................................................... 72

Que dire de la formation des systèmes d’exoplanètes ?. .................. 75

Comment rechercher la vie sur les exoplanètes ?....................... 77

L’apparition de la vie sur la Terre............................................... 79

La vie dans le Système solaire ?.................................................. 81

La chasse aux planètes « habitables »......................................... 83

Quelques exoplanètes habitables................................................ 85

Comment détecter la vie sur une exoplanète ?.............................. 87

Bibliographie................................................................................. 93

Glossaire....................................................................................... 97

Voir

Publié par

EDP Sciences

Date de parution

10 octobre 2024

Nombre de lectures

EAN13

9782759835775

Langue

Français

Poids de l'ouvrage

1 Mo

9 782759 835768

SPOT SCIENCES

Jam es Lequeuxet Thérèse Encrenaz

Les exoplanètes : trente années de surprises

SPOT S C IE N C E S

James Lequeux et Thérèse Encrenaz

Depuis la découverte en 1995 de la première planète orbitant autour d’une étoile autre que le Soleil, d’énormes progrès ont été accomplis. Plus de 5600 de ces exoplanètes sont aujourd’hui connues. On sait maintenant que presque toutes les étoiles, qu’elles soient semblables au Soleil, plus grosses ou plus petites, doivent être entourées d’un ou plusieurs de ces astres. Nous connaissons des systèmes comportant jusqu’à 7 planètes, qui sont tous très différents de notre Système solaire. Celui-ci est-il une exception, et la vie qu’il abrite est-elle elle-même l’exception ? Nous n’en savons encore rien. En attendant, nous ne pouvons que nous étonner et nous émerveiller sur l’infinie variété des exoplanètes. Il y en a de toutes tailles, certaines bien plus grosses que Jupiter, et de toutes natures : des solides, des gazeuses, d’autres peut-être recouvertes d’océans comme la nôtre. Certaines sont si proches de l’étoile autour de laquelle elles gravitent que la température y est infernale, d’autres en sont suffisamment distantes pour qu’une température clémente puisse peut-être y permettre la vie, d’autres sont plus lointaines et très froides. Il existe aussi de nombreuses planètes isolées qui ont été éjectées de systèmes planétaires en formation, ou même formées loin de toute étoile.

Ce petit livre explique de la façon la plus simple possible comment les exoplanètes ont été découvertes, ce qu’on sait de leur taille, de leur densité, de leur température et de leur atmosphère, quand il y en a une. Il décrit aussi comment elles sont nées et comment les systèmes planétaires, dont le nôtre, ont pu évoluer au cours du temps. La recherche d’une vie éventuelle sur les planètes qui entourent le Soleil et sur les autres planètes est enfin abordée. Il subsiste bien plus d’inconnues que de certitudes dans l’étude des exoplanètes, qui pour l’instant ne sont encore pour nous que des points lumineux dans le ciel : l’ère des surprises n’a fait que commencer.

James Lequeuxdirigé la station de Radioastronomie de Nançay et l’observatoire de a Marseille, et a été pendant quinze ans rédacteur en chef de la revue européenne Astronomy & Astrophysics. Aujourd’hui, il se consacre principalement à la vulgarisation et à l’histoire de l’astronomie et de la physique, à travers de nombreux articles et livres.

ISBN : 978-2-7598-3576-8

782759

835768

Thérèse Encrenazest spécialiste de l’étude des planètes Elle a dirigé le département de Recherche spatiale de l’Observatoire de Paris, puis a été vice–présidente du Conseil Scientifique de l’Observatoire. Elle est l’auteure de nombreux livres spécialisés et d’ouvrages de vulgarisation, dont plusieurs avec James Lequeux.

www.edpsciences.org

Les exoplanètes : trente années de surprises

JAMES LEQUEUX ET THÉRÈSE ENCRENAZ

17, avenue du HOggaR – P.A. de COuRtabœuf BP 112, 91944 Les Ulis CedeX A

SPOT Sciences

COllectiOn destinée à un laRge public qui invite le lecteuR à décOuvRiR à tRaveRs des essais tOute une palette des sciences : histOiRe, ORigines, décOuveRtes, théORies, jeuX…

Dans la collection

« VivRe dans l’impOssible – La vie dans les cOnditiOns eXtRêmes », L. PaOlOzzi,

978-2-7598-3071-8 (2024)

« L’OdORat des animauX – PeRfORmances et adaptatiOns », G. BRand,

978-2-7598-2793-0 (2023)

« La plus gRande énigme de l’astROnOmie – De NewtOn et Einstein à l’éneRgie

et matiÈRe nOiRes », A. MaedeR, 978-2-7598-2921-7 (2023)

« L’UniveRs millefeuille – Le cOsmOs, la biOsphÈRe et la sOciété s’autO-ORganisent »,

M. Galiana-MingOt, 978-2-7598-2749-7 (2022)

« Les “deuX nOuvelles sciences” de Galilée » – Une lectuRe mOdeRne, A. De Angelis,

978-2-7598-2667-4 (2022)

« La vie ailleuRs : espéRances et déceptiOns », J. LequeuX et T. EncRenaz,

978-2-7598-2641-4 (2022)

« GRandes cOntROveRses en astROphysique », S. COllin-Zahn, 978-2-7598-2613-1 (2021)

« SeXualité, génétique et évOlutiOn des bactéRies », J.-P. GRatia,

978-2-7598-2538-7 (2021)

« La pensée en physique – DiveRsité et unité », J.-P. PéRez, 978-2-7598-2481-6 (2021)

« L’histOiRe du ceRveau – VOyage à tRaveRs le temps et les espÈces », Y. GahéRy,

978-2-7598-2479-3 (2021)

« Les clés secRÈtes de l’UniveRs – ÉmeRgence de l’UniveRs, de la vie et de l’HOmme »,

M. Galiana-MingOt, 978-2-7598-2534-9 (2021)

COmpOsitiOn et mise en pages : FleXedO

COuveRtuRe : COnceptiOn gRaphique de B. DefRetin, LisieuX

ImpRimé en FRance ISBN (papieR) : 978-2-7598-3576-8 ISBN (ebOOk) : 978-2-7598-3577-5

TOus dROits de tRaductiOn, d’adaptatiOn et de RepROductiOn paR tOus pROcédés, RéseRvés pOuR tOus pays. La lOi du 11 maRs 1957 n’autORisant, auX teRmes des alinéas 2 et 3 de l’aRticle 41, d’une paRt, que les « cOpies Ou RepROductiOns stRictement RéseRvées à l’usage pRivé du cOpiste et nOn destinées à une utilisatiOn cOllective », et d’autRe paRt, que les analyses et les cOuRtes citatiOns dans un but d’eXemple et d’illustRatiOn, « tOute RepRésentatiOn intégRale, Ou paRtielle, faite sans eR le cOnsentement de l’auteuR Ou de ses ayants dROit Ou ayants cause est illicite » (alinéa 1 de l’aRticle 40). Cette RepRésentatiOn Ou RepROductiOn, paR quelque pROcédé que ce sOit, cOnstitueRait dOnc une cOntRefaçOn sanctiOnnée paR les aRticles 425 et suivants du cOde pénal. EDP Sciences, 2024 ©

SOMMAIRE

Introduction.................................................................................

1.?Comment a-t-on découvert les exoplanètes ............................ Des planètes autour d’un pulsar................................................. La méthode vélocimétrique ....................................................... La méthode des transits ........................................................... L’observation directe des exoplanètes......................................... Une autre méthode de détection : les microlentilles gravitationnelles ..................................................................... Effets de sélection................................................................... 2.Premiers résultats astrométriques avec le satellite européen Gaia....................................................................... Deux milliards d’étoiles observées par Gaia ................................. Combien d’étoiles sont-elles entourées de planètes ? .................... Gaia découvre enîn des planètes............................................... Gaia observe aussi des transits de planètes devant leur étoile-hôte....................................................................... 3.Comment étudier l’atmosphère des exoplanètes ?..................... La spectroscopie en transit primaire........................................... La spectroscopie en transit secondaire ....................................... Comment identiîer la présence d’une atmosphère ?...................... L’atmosphère des exoplanètes observées par imagerie................... 4.Les différents types d’exoplanètes.......................................... Une immense variété d’objets ................................................... La variété des systèmes stellaires et planétaires .......................... De très nombreux systèmes multiples ......................................... Des orbites très excentriques .................................................... Les « Jupiters chauds » ............................................................ Les « Jupiters jeunes » ............................................................. Les « Neptunes » et les « super-Terres »...................................... Les « exo-Terres » et les « sub-Terres » ....................................... Les planètes errantes ............................................................... 5.Comment naissent les planètes............................................... Les principes de la formation des systèmes planétaires................. La migration des planètes......................................................... Le cas du Système solaire ......................................................... Que dire de la formation des systèmes d’exoplanètes ? ..................

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SOMMAIRE

6.?Comment rechercher la vie sur les exoplanètes ...................... L’apparition de la vie sur la Terre .............................................. La vie dans le Système solaire ? ................................................. La chasse aux planètes « habitables » ........................................ Quelques exoplanètes habitables ............................................... Comment détecter la vie sur une exoplanète ? .............................

Bibliographie................................................................................ Glossaire......................................................................................

LES ExoPLANèTES : TrENTE ANNÉES DE SUrPrISES

77 79 81 83 85 87

93 97

INTRODUCTION

La découverte des planètes extrasolaires – ces planètes qui gravitent autour d’autres étoiles, aussi appelées exoplanètes – date d’une tren-taine d’années. Au cours de ces trois décennies, l’exploration de ces exoplanètes a constitué une véritable révolution, d’abord pour les astronomes mais aussi pour toute la communauté scientifique et, bien au-delà, pour nous tous, le grand public. La question qu’elle suscite – la vie pourrait-elle exister sur l’une de ces exoplanètes ? – nous renvoie aux interrogations que l’humanité se pose depuis son origine. Depuis l’Antiquité, les philosophes se sont penchés sur la question de la pluralité des mondes, depuis les premières réflexions d’Épicure, e auIIIavant J.-C., jusqu’aux travaux de Nicolas de Cues et siècle e Giordano Bruno à la fin duXVIsiècle, suivis de Fontenelle et Huygens au siècle suivant puis, plus récemment, Camille Flammarion, pour ne e citer qu’eux. AuXXIsiècle, la question est plus que jamais d’actualité. e C’est en effet à la fin duXXqu’une étape décisive a été siècle franchie, grâce au développement de méthodes permettant la détec-tion – d’abord par des méthodes indirectes – des premières exopla-nètes. Déjà, depuis les travaux de Kant et de Laplace à la fin du e XVIIIsiècle, on dispose des premiers modèles théoriques capables de rendre compte de la formation des étoiles et des planètes ; la quête de

INTRODUCTION

la pluralité des mondes est passée de l’aspect philosophique à l’aspect e scientifique. Dans le courant duXXsiècle, les astronomes tentent de mettre en évidence la présence d’exoplanètes autour d’étoiles proches, en essayant de mesurer sur le ciel le petit mouvement de l’étoile induit par la présence d’une planète gravitant autour d’elle. Mais la précision des mesures astrométriques de l’époque est insuffisante. Au début des années 1990, les astronomes reprennent cette méthode en mesurant cette fois, non pas le mouvement sur le ciel de l’étoile, mais sa vitesse par rapport à l’observateur, qui fournit une précision bien supérieure. Parallèlement, les radioastronomes, en observant les perturbations du signal radio émis par un type particulier d’étoiles en fin de vie, les pulsars, détectent pour la première fois deux planètes autour de l’une d’entre elles. Nous sommes en 1992 ; c’est le premier chapitre d’une longue histoire. En 1995, deux astronomes de l’Observatoire de Genève, Michel Mayor et Didier Queloz, annoncent la découverte de la première exoplanète – 51 Peg b – autour d’une étoile de type solaire. Cette nouvelle fait l’effet d’une bombe dans la communauté scientifique. Ce n’est pas tellement la découverte de l’exoplanète qui crée la surprise (on les traquait depuis si longtemps !), mais la nature tout à fait excep-tionnelle de l’objet : de masse égale à la moitié de celle de Jupiter, la planète gravite autour de son étoile-hôte en quatre jours seulement, à une distance de cinq centièmes de la distance du Soleil à la Terre ! Là réside le caractère proprement révolutionnaire de cette découverte : ce système stellaire ne ressemble en rien au nôtre. Les découvertes qui vont se succéder les années suivantes ne feront que confirmer cette constatation : notre système n’est pas seul dans notre Galaxie, et il n’est pas représentatif des systèmes qui nous entourent. Au cours des décennies suivantes, les méthodes vont se diversifier. À partir des années 2000, la méthode des transits (qui consiste à détecter la présence d’une planète lorsqu’elle passe devant son étoile) permet de découvrir des exoplanètes plus petites, autour d’étoiles moins massives que le Soleil. Utilisée depuis l’espace, en particulier

LES ExoPLANèTES : TrENTE ANNÉES DE SUrPrISES

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