Comprendre la physique et la chimie des atmosphèresatmosphères planétaires paraît crucial pour contrer le réchauffement climatiqueréchauffement climatique ou pour savoir si nous sommes seuls dans la Voie lactée. En effet, nous ne pouvons pas nous permettre de changer les paramètres contrôlant le climatclimat sur Terre comme nous le ferions dans une expérience de laboratoire. Toutefois, hors des simulations sur supercalculateursupercalculateur, la nature met généreusement à notre portée un moyen de contourner le problème : l'observation des atmosphères des planètes du Système solaire et des exoplanètes, dans lesquelles les paramètres de varient de toutes sortes de manières.

L'exobiologie est concernée aussi. Comprendre les atmosphères des exoplanètes c'est aussi apprendre à mieux déterminer leur habitabilité potentielle et aussi la fiabilité des observations d'éventuelles biosignatures. Toutes les données concernant les atmosphères des exoplanètes sont donc potentiellement très utiles. Or, une équipe internationale d'astronomesastronomes menée par des membres de l'Institut spatial de l'université McGill (MSI) et de l'Institut de recherche sur les exoplanètes (iREx), de Montréal, vient d'expliquer, dans un article de la revue Nature Astronomy (et en accès libre sur arXiv), que quelque chose qui défie les modèles théoriques sur CorotCorot-2b. Cette exoplanète de type Jupiter chaudeJupiter chaude orbite autour de l'étoileétoile Corot-2 dans la constellationconstellation de l'Aigle à 930 années-lumièreannées-lumière de la Terre. Comme son nom l'indique, elle a été découverte par la méthode des transits au moyen du satellite Corot (pour ConvectionConvection, Rotation et Transits planétairesTransits planétaires), une mission du Cnes destinée à l'étude de la structure interne des étoiles et à la recherche d'exoplanètes.

Lancé en 2006, Corot fut le premier télescope en orbite destiné à la recherche d’exoplanètes, notamment rocheuses. Le satellite fut désactivé en 2014. © Cnes, D. Ducros

L’énigme des vents contraires de Corot-2b

Le diamètre de Corot-2b est d'environ 1,43 fois celui de Jupiter pour 3,3 fois sa massemasse. Comme elle orbite en seulement 1,7 jour autour de son étoile, sa température est très élevée, supérieure à 1.500 kelvinskelvins. Les astronomes l'ont étudiée de plus près en utilisant le désormais mythique télescopetélescope Spitzer de la NasaNasa.

En orbitant aussi près de son étoile, Corot-2b est en rotation synchronesynchrone du fait des forces de gravitégravité, ce qui veut dire qu'elle présente toujours la même face à son soleilsoleil. L'atmosphère va réagir en se mettant en mouvementmouvement pour répartir l'énergieénergie et donc tenter d'uniformiser la température entre les hémisphères diurnesdiurnes et nocturnesnocturnes, ce qui va générer des ventsvents de très grandes vitessesvitesses. En théorie, le point le plus chaud des Jupiter chaudes se trouve en première approximation au plus proche de leur étoile hôte mais du fait de la présence de vents sur une exoplanète en rotation il se trouve parfois décalé. Dans le cas de Corot-2b, la théorie standard, jusqu'ici toujours validée par les observations, indique que les vents autour de l'équateuréquateur vont d'ouest en est, de sorte que le point le plus chaud, s'il est décalé, devrait se trouver vers l'est du point le plus proche de l'étoile Corot-2.

SpitzerSpitzer montre que c'est l'inverse, le point se trouve à l'ouest, avec donc des vents qui soufflent dans la direction opposée à celle attendue, ce qui rend pour le moins perplexes les astrophysiciensastrophysiciens que l'on pourrait qualifier d'exométéorologistes. Ce qui ne les empêche pas d'avoir déjà des pistes de réflexions et des hypothèses pour tenter d'élucider cet énigmatique phénomène.

Quelques hypothèses sont envisageables. Corot-2b pourrait ne pas être en rotation parfaitement synchrone mais on ne voit pas comment cela serait compatible avec les lois de la mécanique céleste. Ou bien la couverture nuageuse de la planète est telle qu'elle fausse l'interprétation des données de Spitzer mais alors pour en expliquer les caractéristiques, il faudrait revoir sérieusement les modèles de circulation atmosphériquecirculation atmosphérique générale pour les Jupiter chaudes.

Finalement, peut-être faut-il prendre en compte l'interaction entre l'atmosphère surchauffée et donc peut-être partiellement ionisée de Corot-2b et son champ magnétiquechamp magnétique. Si tel est le cas, cet objet offrirait une intéressante fenêtrefenêtre observationnelle sur le champ magnétique d'une exoplanète.

Quand il sera en orbite, le télescope spatial James Webb sera en mesure de faire des observations bien plus précises que Spitzer. Il nous donnera peut-être la clé de l'énigme des vents contraires de Corot-2b.

Les vents supersoniques des exoplanètes

Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 19/01/2007

Sur Terre, la température est plus basse la nuit que le jour, logique non ? Faux ! Répondent Eric Agol, Nicolas Cowan et David Charbonneau. Sur 3 exoplanètes observées en infra-rouge avec le télescope spatiale Spitzer la différence de température entre la région éclairée et celle dans l'ombre est quasiment nulle !

exoplanètes en infra-rouge, vue d'artiste. © NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC)

Les exoplanètes géantes n'en finissent pas de surprendre les planétologues depuis leurs découvertes. Bien que d'une taille comparable à celle de Jupiter, et même souvent supérieure, elles orbitent à moins de 10 millions de kilomètres de leur soleil, bien moins que la distance Soleil-MercureMercure. C'était déjà un coup de tonnerretonnerre mettant à mal bien des scénarios de formation des systèmes planétaires, du moins à première vue, mais les surprises semblent toujours être au rendez-vous. Logiquement, les contrastescontrastes de températures entre le côté jour et le côté nuit devraient être assez élevés, pourquoi cela ne se produit-il pas ?

L'explication avancée ne manque pas de grandeur. Des vents supersoniques dépassant 14000 km/h assureraient un mélange efficace de l'atmosphère de ces planètes ! Ils maintiendraient ainsi une température quasi uniforme malgré la différence d'énergie lumineuse reçue.

Pour Eric Agol, un professeur assistant en astronomie de l'université de Washington, c'est en tout cas ce qui est le plus probable : « nous ne pouvons pas affirmer avec certitude qu'aucune différence de température n'existe entre les deux faces de ces planètes, mais il semble improbable qu'elle soit très grande si l'on se base sur nos mesures et ce que l'on sait de ces systèmes ».

Ces mesures effectuées par Agol, son thésard Nicolas Cowan et David Charbonneau du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, n'ont pas été faciles. Pour chaque planète, il a fallu obtenir le spectrespectre infra-rouge de la zone nocturne face à la Terre en huit points de l'orbite, et ce, alors que celle-ci est noyée dans le flot de lumière de l'étoile hôte. On mesure la difficulté lorsqu'on sait que, même lors d'une interposition de la géante entre nous et son soleil, la luminositéluminosité ne diminue que de 0,25 %.

À chaque fois, une température globale de 925° C environ a été obtenue !

Ces trois planètes étaient déjà célèbres. Il s'agit de 51 Pégase découverte en 1995 à 50 années-lumière, HD 179949 b et HD 209458 b, respectivement à 100 et 147 années-lumière. Comme leurs sœurs découvertes ultérieurement, elles se trouvent à des distances tellement faibles de leur soleil qu'elles sont soumises à des forces de maréeforces de marée énormes, des milliers de fois supérieures à celles qu'expérimente la Terre. Ce qui implique que, très probablement, elles présentent la même face à leur étoile, en raison d'un processus de résonancerésonance gravitationnelle ayant conduit à la synchronisation de la période orbitalepériode orbitale avec la période de rotationpériode de rotation sur elle-même de la planète.