Plus récemment, nous avons commenté la découverte de Proxima b, une planète devenue une cerise sur le gâteau d'un gâteau exoplanétaire. Et le 22 février 2017, en fanfare, il a été annoncé la découverte de trois planètes à la fois dans la zone habitable d'une autre naine rouge - TRAPPIST-1. Ce système est près de dix fois plus éloigné que Proxima Centauri, mais il y a au moins deux circonstances qui font de la découverte la deuxième cerise sur le gâteau ces derniers mois. Il:
- il y a trois planètes dans la zone habitable à la fois, cela augmente la probabilité qu'au moins l'une d'elles soit apte à la vie;
- ces planètes, contrairement à Proxima b, sont transitoires, c'est-à-dire qu'elles traversent le disque de l'étoile pour un observateur terrestre, ce qui facilite grandement l'observation de leurs atmosphères.
Quelques mots sur l'histoire de la sensation. Le système a été découvert en 2015 par le petit télescope belge TRAPPIST. Le nom - Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope South - est adapté à la marque de bière belge. Le télescope est situé au Chili à l'Observatoire La Silla de l'Observatoire européen austral.
Avec son aide, trois planètes de transit ont été découvertes près de la naine rouge froide 2MASS J23062928-0502285 [1], qui a reçu le deuxième nom, plus humain TRAPPIST-1 - c'était le premier système planétaire découvert par ce télescope. Ensuite, le système a été observé par le télescope européen VLT (Very Large Telescope), et enfin, grâce aux données du télescope spatial infrarouge Spitzer de la NASA, le système a été "démêlé" et a constaté qu'il y avait sept planètes. En fait, la dernière étape a été la conférence de presse de la NASA le 22 février.
Figure: 1. Courbe de lumière de l'étoile TRAPPIST-1 pendant la session de 20 jours du télescope spatial Spitzer. Points verts - observations avec des télescopes au sol. Vertical - la luminosité de l'étoile en ce moment par rapport à la luminosité moyenne. Les diamants marquent les transits de planètes spécifiques. Les éjections ascendantes de points sont très probablement des fusées stellaires. Il n'y a qu'un seul transit de la planète h. Sa période et son rayon orbital sont estimés à partir de la durée d'un seul transit (voir Fig.2)
Figure: 2. Courbes de lumière de l'étoile lors des transits de chacune des sept planètes
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La zone habitable comprend les planètes e, f, g, bien qu'à première vue la planète d soit plus adaptée à l'intensité de chauffage que g. Cela nécessite une discussion assez complexe avec des estimations de l'effet de serre possible, y compris de nombreuses incertitudes. Bien entendu, le concept de zone habitable est très arbitraire.
Quelle que soit la façon dont nous définissons la zone habitable, il y a de sérieux problèmes avec l'aptitude réelle à la vie de chacune de ces planètes. Mêmes problèmes que Proxima b. Ils sont associés à la nature des naines rouges.
1. Ce sont des étoiles avec une activité magnétique très violente. Ils ont une couche convective épaisse. Contrairement au Soleil, où la chaleur est transférée à l'extérieur principalement par diffusion de photons, la convection y règne. Le soleil a également une convection, c'est pourquoi des taches, des éruptions cutanées, des proéminences apparaissent et sur Terre il y a des tempêtes magnétiques et des aurores boréales. Là, tous ces phénomènes sont beaucoup plus intenses.
2. La luminosité de ces étoiles au début de leur biographie change considérablement. Pendant les premiers millions d'années, ils brillent des dizaines, voire des centaines de fois plus brillants qu'en régime permanent.
3. La zone habitable des naines rouges est si proche de l'étoile que les planètes tombent dans une fermeture de marée: soit elles font toujours face à l'étoile avec un côté, soit la journée dessus est plus longue que leur année (pour le système TRAPPIST-1, la première option est plus probable).
Que faire, la nature pour la deuxième fois en moins d'un an nous glisse justement des systèmes planétaires pas très encourageants. Ce n'est pas surprenant - ils sont beaucoup plus faciles à trouver par la méthode spectrométrique (il est impossible de détecter la Terre près du Soleil de cette manière), ils sont plus susceptibles de s'avérer transitoires, et les transits sont plus contrastés, enfin, il y a plus de naines rouges que de jaunes et oranges.
Figure: 3. Transit simultané de trois planètes. Courbe de lumière prise le 11 décembre 2015 avec le télescope européen VLT
Donc, les données sur le système trouvé TRAPPIST-1 (les erreurs ne sont pas indiquées).
| Planète | Rayon de l'orbite | Période | Rayon de la planète | Intensité de chauffage (en unités terrestres) |
| b | AU 0,011 | 1,51 jours | 1.09 Ré | 4,25 |
| c | 0,015 | 2,42 | 1,06 | 2,27 |
| ré | 0,021 | 4,05 | 0,77 | 1.14 |
| e | 0,028 | 6.10 | 0,92 | 0,66 |
| F | 0,037 | 9.21 | 1,04 | 0,38 |
| g | 0,045 | 12,35 | 1.13 | 0,26 |
| h | 0,063 | ~ 20 | 0,75 | 0,13 |
Star. Masse - 0,08 solaire, rayon -0,117 solaire, luminosité - 0,5103 solaire, température 2550K
Il était possible d'estimer grossièrement les masses des planètes - en raison de leur interaction, les transits sont légèrement décalés dans le temps. Les erreurs de détermination de la masse sont importantes, mais on peut déjà conclure que la densité des planètes correspond au remplissage rocheux.
Bien sûr, des planètes semblables à la Terre près d'étoiles semblables au soleil seront trouvées dans un avenir prévisible. En fait, plusieurs de ces planètes ont déjà été trouvées dans les données Kepler, mais elles sont très loin. Il suffit d'observer plusieurs centaines d'étoiles brillantes à travers le ciel (ce qui est prévu dans les années à venir), et de telles planètes seront découvertes d'ici une centaine d'années-lumière (et si vous avez de la chance, encore plus près).
En fait, les planètes confortables proches des étoiles confortables se trouvent dans les 15 à 20 années-lumière (cela découle des statistiques obtenues par Kepler), mais pour les découvrir, il faut des interféromètres spatiaux, qui n'apparaîtront pas de sitôt (voir [2]).
L'espoir qu'au moins une des planètes est propice à la vie demeure. Ils pouvaient initialement avoir beaucoup d'eau - ils ne pouvaient pas se former là où ils se trouvent maintenant, et devaient migrer vers l'étoile depuis la périphérie du disque protoplanétaire - à cause de la ligne de neige, où il y a beaucoup de glaces. Certes, ils ont migré à l'époque où l'étoile était beaucoup plus brillante. Mais les estimations faites pour Proxima b montrent que les hydrosphères des planètes pourraient survivre à une chaleur torride de dizaines de millions d'années.
Une fermeture de marée n'est pas fatale si la planète a une atmosphère épaisse et un océan global - alors le transfert de chaleur est capable de lisser la différence de température entre les hémisphères jour et nuit.
Un problème plus grave est le soufflage de l'atmosphère par le vent stellaire et les radiations fortes. Lors de la conférence de presse, il a été dit que la star est maintenant calme. Cela est vrai si nous parlons de rayonnement thermique, mais pas de rayons X: TRAPPIST-1 - mesuré directement par l'observatoire spatial XMM - émet à peu près la même quantité de rayons X que le Soleil. Puisque les planètes sont dix fois plus proches de l'étoile que la Terre ne l'est du Soleil, leur rayonnement X est de trois ordres de grandeur supérieur à celui de la Terre.
Les rayons X ne constituent pas une menace directe pour la vie - ils sont absorbés par l'atmosphère. Le problème est la déshydratation de la planète: les rayons X et la lumière ultraviolette dure cassent les molécules d'eau - l'hydrogène s'évapore facilement, l'oxygène se lie. Pire encore, comme il y a des rayons X intenses, il doit y avoir un vent stellaire intense - il enlève les couches externes de l'atmosphère. Le seul salut dans ce cas est le champ magnétique de la planète. La question est de savoir si ces planètes ont un champ suffisamment puissant. Il y en a peut-être.
Ainsi, l'espoir demeure que certaines des planètes du système TRAPPIST-1 sont aptes à la vie. Cet espoir peut-il être confirmé ou nié? C'est possible, et beaucoup plus facile que pour le cas de Proxima b, dans lequel il faut observer soit le rayonnement thermique réfléchi soit celui de la planète.
Il est très difficile de le séparer du rayonnement de l'étoile. Ici, les atmosphères des planètes peuvent être observées à la lumière, ce qui est incomparablement plus facile.
Dans le cas de Proxima b, le nouveau télescope spatial James Webb ne pourra montrer quelque chose que dans le cas extrême: un hémisphère est chaud, l'autre est figé. Dans le cas de TRAPPIST-1, il est réaliste de voir des raies d'absorption dans les atmosphères des planètes. Ou mettez quelques restrictions en plus. Une telle limitation a déjà été fixée: les planètes intérieures n'ont pas d'atmosphères d'hydrogène épaisses.
Figure: 4. Schéma des orbites du système TRAPPIST-1. La zone habitable est marquée en gris. Cercles en pointillé - c'est dans une interprétation légèrement différente
Existe-t-il une possibilité théorique que James Webb découvre la vie sur l'une de ces planètes? Le marqueur de vie le plus éloquent est l'oxygène. Il est entièrement détectable à la fois sous forme d'ozone et d'O2. Une autre chose est qu'une certaine quantité d'oxygène peut être formée, par exemple, en raison de la dissociation des molécules d'eau par le rayonnement dur d'une étoile. Il n'est pas facile d'estimer la quantité d'oxygène qui constitue un marqueur fiable. Il est nécessaire de connaître le taux de dissociation et le taux de liaison de l'oxygène - il existe de nombreuses incertitudes. Mais s'il y a autant d'oxygène que sur Terre, il n'y a nulle part où aller: seule la vie peut le donner. S'il y a peu d'oxygène, cela ne signifie pas qu'il n'y a pas de vie: il y avait peu d'oxygène sur Terre pendant les deux premiers milliards d'années de vie.
En conclusion, je voudrais exprimer mon regret que la Russie ait contourné l'étude des exoplanètes. Il y a des individus et des emplois individuels, mais rien de plus. Mais ce domaine ne nécessite pas d'installations gigantesques - plutôt de la matière grise et de la persévérance que notre science a toujours pu se vanter. Un certain espoir est donné par le projet russe Millimetron - un télescope spatial cryogénique avec un miroir de 10 mètres: dans le projet, l'étude des exoplanètes est l'un des premiers points. Cependant, il s'agit d'un sujet pour une publication distincte.
Boris Stern, astrophysicien, Ph. D. physique -tapis. sciences, conduit. scientifique. sotr. Institut de recherche nucléaire RAS (Troitsk)
