L'humanité s'est rendu compte assez tôt qu'il y avait des étoiles dans le ciel, et il y en avait beaucoup. Ensuite, cette pensée a été complétée par l'argument selon lequel les étoiles sont similaires à notre Soleil, ou à un moment donné étaient similaires. Puis il est devenu clair que la Terre et d'autres planètes tournent autour du Soleil, et une question raisonnable se pose: "Pourquoi les planètes ne peuvent-elles pas tourner autour d'autres étoiles?" La théorie n'a vu aucun problème dans l'existence possible de planètes en dehors du système solaire, mais la science a toujours besoin de faits. Et avec le temps, les faits ont été découverts.
Exoplanète
Qu'est-ce qu'une exoplanète? Tout est tout simplement scandaleux - c'est une planète en dehors du système solaire qui tourne autour d'une étoile. Le terme a été formé à partir de l'abréviation planète extra solaire, c'est-à-dire planète extrasolaire. Mais ne soyez pas confus: tout ce qui se trouve en dehors du système solaire n'est pas une exoplanète, il y a aussi des corps célestes - des orphelins, les soi-disant planètes, qui voyagent dans l'espace en dehors de l'orbite de l'étoile mère.
Quelles sont les exoplanètes? Ils sont très différents. Le télescope spatial Kepler n'a observé que deux constellations - Cygnus et Lyru - pendant 8 ans, mais a trouvé environ un millier de candidats pour les exoplanètes. Et nous avons 88 constellations, et ces deux-là ont encore quelque chose à découvrir.
Ainsi, il existe de nombreuses exoplanètes, et elles sont différentes. Les méthodes de détection, dont nous parlerons plus loin, ne nous permettent pas de déterminer avec précision la composition, l'atmosphère et la nature des planètes découvertes. Que pouvons-nous dire, nous ne pouvons même pas voir directement l'exoplanète. Mais même à travers des signes et des données indirects, une classification peut être faite.
Les deux principales classes d'exoplanètes sont les petites planètes de roche et les planètes géantes. Si nous appliquons cette classification à notre système solaire, alors Vénus, Mercure, Terre et Mars iront au premier, et Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune iront au second.
Chacune des classes peut être divisée en un certain nombre de sous-classes. Analysons les plus élémentaires.
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Planète chthonique
La planète chtonienne est une géante gazeuse qui tombe rapidement sur l'étoile mère. Au centre de la géante gazeuse se trouve un petit nucléole dense qui contient d'énormes masses de matière gazeuse autour de lui. S'approchant progressivement de l'étoile mère, la géante gazeuse commence à évaporer sa coquille jusqu'à ce qu'un noyau reste.
Représentation artistique du transit de la planète chtonienne HD 209458b devant son étoile. Agence spatiale européenne, Alfred Vidal-Madjar (Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, France) et NASA / wikimedia.org (CC BY 4.0)
Super-terre
Le critère principal et unique par lequel une planète peut être classée comme une super-terre est sa masse. Ces planètes sont généralement plusieurs fois plus lourdes que la Terre, mais en même temps, elles sont beaucoup plus petites que la géante gazeuse. Contrairement aux planètes chtoniennes, un grand nombre de ces corps célestes ont été découverts et, en 2007, les astronomes ont trouvé la super-terre Gliese 581-c dans la zone habitable.
Gliese 581c Tyrogthekreeper / wikimedia.org (CC BY-SA 3.0)
Jupiter chaud
Le nom de la planète bien connue est écrit avec une petite lettre non par erreur, Jupiter chaud n'est pas une planète spécifique, mais toute une classe planétaire. Contrairement à notre géante gazeuse, les Jupiters chauds sont situés presque à proximité de l'étoile mère, qui chauffe leur atmosphère à 1500 K. En raison d'un certain nombre de caractéristiques, en particulier leur grande taille, de nombreux Jupiters chauds ont été découverts.
Jupiter froid
C'est à cette classe que appartiennent Jupiter et Saturne d'origine - Jupiter froid est situé à une telle distance de l'étoile qu'il reçoit la majeure partie de sa chaleur des processus internes, et non du rayonnement.
Géant de glace
Nous avons également de telles planètes dans notre système: Uranus et Neptune sont des représentants typiques des géantes des glaces - des planètes de grande taille et éloignées de leur étoile d'origine. En raison du fait que les rayons chauffent faiblement ces planètes, presque toute leur surface est liée par la glace, non seulement de la glace d'eau, mais aussi de la glace de méthane et de sulfure d'hydrogène.
Image Voyager 2 de Neptune en août 1989. NASA / wikimedia.org (CC0 1.0)
La liste des espèces d'exoplanètes peut être poursuivie pendant très longtemps. Il y a des planètes océaniques, des planètes carbonées, des neptunes chaudes et froides et bien plus encore. Mais nous parlerons de la façon dont ils sont découverts.
Méthodes de détection des exoplanètes
Faisons une expérience simple. D'une manière ou d'une autre, par une chaude nuit d'été, de préférence dans le sud, près de l'équateur, levez les yeux vers le ciel nocturne. Que verrez-vous? C'est vrai, des myriades d'étoiles. Différentes étoiles - brillantes et pas très lumineuses, solitaires et constellées. Mais pratiquement tout le monde, à l'exception de Mercure, Jupiter, la Lune et peut-être Mars, seront des étoiles.
Il en va de même pour les télescopes géants des observatoires. Les étoiles, en raison de leur taille et de leur rayonnement, obstruent presque complètement tout l'espace observable de l'espace, et les planètes, qui brillent avec une lumière réfléchie très faible, ne sont tout simplement pas visibles sur leur arrière-plan. Donc, s'il y a quelque part une civilisation de notre niveau de développement, elle devine très probablement la présence de Jupiter et de Saturne près du Soleil, mais pas plus.
Mais les exoplanètes sont trouvées, et de manière très fiable. Nous pouvons procéder de plusieurs manières.
La plus prolifique est la méthode de photométrie de transit ou de transit. Le fait est que chaque étoile a un indicateur tel que la luminosité. En gros, la luminosité est toute la lumière émise par une étoile par unité de temps. Mais si un corps céleste passe entre le télescope de l'observateur et l'étoile, alors au moment du passage, la luminosité diminue. Et si ce processus se répète périodiquement, cela signifie que la planète tourne autour de l'étoile. Il y a des avantages et des inconvénients à cette méthode. Le principal avantage est la possibilité de déterminer la taille d'une exoplanète. Moins - pour déterminer avec précision la présence d'une planète avec une longue période orbitale, par exemple, comme Jupiter (12 ans), vous devrez observer l'étoile pendant très longtemps.
Méthode Doppler. Nommée d'après le mathématicien autrichien Christian Doppler, la méthode mesure le déplacement spectral d'une étoile sous l'influence d'une planète. Les lois de la gravité fonctionnent dans les deux sens, y compris pour nous, donc non seulement la Terre nous attire, mais nous aussi la Terre. De même, dans une paire de planète - étoile. La rotation de l'exoplanète massive déplace la vitesse radiale radiale de l'étoile mère, et les instruments montrent comment la planète oscille dans la région rouge du spectre, puis dans le violet. La méthode Doppler permet, avec le transit, de déterminer la densité de la planète, mais encore une fois - uniquement si elle est suffisamment grande.
Microlentille gravitationnelle. Cette méthode est liée à la présence d'une autre étoile entre le télescope de l'astronome et l'étoile observée, qui agit comme une lentille gravitationnelle. Mais si l'étoile de la lentille a sa propre planète, la lumière de l'étoile observée sera déformée de manière caractéristique.
Et enfin, l'exoplanète est facilement visible. Les planètes elles-mêmes sont des sources de lumière très faibles, il est donc très difficile de détecter les corps célestes terrestres en utilisant cette méthode. Les objets les plus susceptibles d'être détectés sont des géantes plus grandes que Jupiter, qui sont suffisamment éloignées de l'étoile pour émettre des rayons infrarouges par elles-mêmes.
Jusqu'en 2014, la méthode Doppler, ou méthode de la vitesse radiale, et la méthode de transit se partageaient le leadership dans le nombre d'exoplanètes découvertes. En 2014, grâce au produit phare de la recherche d'exoplanètes - le télescope Kepler, la méthode de transit a largement progressé.
Un fait intéressant: les informations obtenues par Kepler sont si vastes qu'elles sont librement accessibles à tous. Ainsi, le projet Planet Hunters a déjà permis de découvrir trois exoplanètes.
La possibilité de vie et les perspectives de colonisation
Naturellement, les gens ordinaires sont moins intéressés par les neptunes chaudes et les méthodes de détection des exoplanètes. L'intérêt principal du public est la possibilité de vie et de colonisation de corps célestes éloignés.
Forplayday / bigstock.com
Au total, 3614 exoplanètes ont été découvertes en juin 2017. Parmi ceux-ci, ils ressemblent à la Terre - 216. Il y a beaucoup de choix. Mais la prétendue colonisation et la possibilité de l'existence de la vie sont limitées par un certain nombre de paramètres.
Zone habitable
Habitués à tout mesurer par eux-mêmes, les astronomes terrestres ont dérivé le concept de zone habitable. L'essence du concept est que chaque étoile doit avoir une certaine zone dans laquelle les planètes peuvent être habitées.
La principale condition de la zone habitable est l'existence d'eau liquide. Par conséquent, la planète doit être suffisamment proche de l'étoile pour que l'eau ne gèle pas, et suffisamment loin pour qu'elle ne s'évapore pas. Pour calculer le centre de la zone habitable, une équation a même été dérivée qui ressemble à dAU = √Lstar / Lsun, où d est le rayon moyen de la zone habitable, Lstar est la luminosité de l'étoile et Lsun est la luminosité du Soleil.
Il y a 52 planètes dans la liste des exoplanètes habitables, selon l'Université de Porto Rico. L'un d'eux est la mini-terre TRAPPIST - 1d, 21 planètes comparables à la Terre et 30 super-terres.
Les principaux critères sont la composition de la planète, la température de surface, la taille et l'atmosphère. Les planètes sont évaluées en fonction du degré de similitude avec la Terre, et même un critère numérique spécial a été dérivé, qui comprend tout ce qui précède. Si une planète gagne de 0,8 à 1 dans l'indice de similitude de la Terre, elle peut alors être inscrite en toute sécurité dans la liste des colonies potentielles. Alors, faites votre choix, messieurs les colons!
Kepler-438b
Il a été le détenteur du record de similitude avec la Terre jusqu'en 2016. Son ESI (Earth Similarity Index) est de 0,88. La planète elle-même est située à 470 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Lyre, et l'étoile mère de Kepler-438b ne fait que la moitié de la taille du Soleil. La planète elle-même est située dans la zone habitable de l'étoile, sa taille dépasse la Terre de 12%.
Proxima Centauri b
L'étoile d'origine de cette planète est Proxima Centauri, la plus proche du Soleil. La planète elle-même, comme le luminaire, est située à 4,22 années-lumière de nous. Selon l'indice de similarité, Proxima Centauri gagne 0,85 et reste confiant dans le top.
TRAPPIST-1 j
Pour le moment, la planète TRAPPIST, découverte par le télescope, est la plus similaire à notre Terre natale. C'est aussi la troisième de son étoile mère, légèrement inférieure à la Terre en taille et très similaire en composition. La température de surface estimée est de +15 degrés Celsius.
Malheureusement, la disponibilité de planètes adaptées à la colonisation est loin d'être la barrière la plus importante sur la voie de la colonisation humaine de l'Univers. Même pour Proxima Centauri b, avec les technologies actuelles, les colons potentiels ont un temps de vol très, très long. Et jusqu'à ce que nous apprenions à couvrir efficacement des distances d'au moins 10 années-lumière, il est trop tôt pour parler de la conquête des exoplanètes.
Il existe encore de nombreuses variantes d'exoplanètes. Mais les plus grandes découvertes nous attendent - sur Terre, des projets internationaux ambitieux sont déjà en préparation pour créer des télescopes géants et des observatoires spatiaux qui pourront voir ce que nous ne pouvons pas trouver maintenant. Mais je n'ai pas encore mentionné que les exoplanètes ont des satellites.