À la recherche d’exoplanètes autour de notre étoile voisine

Emily Pass
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7.93

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les astronomes ont découvert des planètes en orbite autour d’autres étoiles. La vie pourrait même être possible sur certaines d’entre elles.

Combien de planètes peux-tu nommer? Sept? Huit? Tu n’as pas à t’arrêter après Uranus et Neptune. Les scientifiques estiment qu’il pourrait y avoir des milliards de planètes en orbite autour d’autres étoiles, tout comme la Terre tourne autour du Soleil.

Les scientifiques appellent ces planètes lointaines des « planètes extrasolaires » ou, plus brièvement, « exoplanètes ». Le terme « extrasolaire » veut dire « situé à l’extérieur du système solaire ». L’être humain observe les étoiles depuis des millénaires, mais c’est seulement en 1991 que l’existence d’une première exoplanète a été confirmée. Depuis cette date, les scientifiques en ont découvert des milliers d’autres.

Découvrir les exoplanètes « invisibles »

Proxima du Centaure est l’étoile la plus proche de notre système solaire. Les astronomes ont découvert une exoplanète en orbite autour de cette étoile. Si tu as déjà observé Vénus – la planète la plus proche de la Terre – dans le ciel du soir ou du matin, tu sais qu’elle est reconnaissable par sa brillance. Mais selon la position de Vénus sur son orbite, une distance colossale la sépare de Proxima du Centaure, soit de 200 000 à 1 000 000 de fois la distance entre la Terre et Vénus!

Si Vénus ressemble à une étoile vue de la Terre, alors une distance de 1 000 000 de fois supérieure la rendrait invisible à l’œil nu. Comment font donc les astronomes pour repérer les exoplanètes en orbite autour de Proxima du Centaure et au-delà?

Un outil important qu’utilise les scientifiques porte le nom de méthode des transits. Imagine une éclipse solaire. La Lune se positionne entre la Terre et le Soleil et bloque en partie les rayons du Soleil. De même, les exoplanètes passent parfois entre leur étoile et la Terre, ce qui bloque en partie la lumière émise par l’étoile. La brillance de l’étoile diminue légèrement lorsqu’on l’observe depuis la Terre. L’œil humain ne peut détecter de telles variations, mais les télescopes et les ordinateurs modernes en sont capables.

Représentation graphique illustrant la variation de la brillance d’une étoile pendant le transit d’une planète
Représentation graphique illustrant la variation de la brillance d’une étoile pendant le transit d’une planète (Source : Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), NASA).
Les techniques de détection des exoplanètes (2019) par CEA Recherche (6 min 44 sec).

 

Le savais-tu? 

Certaines exoplanètes sont appelées « objets libres de masse planétaire ». Ces corps semblent flotter dans le cosmos, sans être rattachés à une quelconque étoile.

La présence d’eau à l’état liquide signifie qu’une planète peut être « propice » à la vie

La plupart des exoplanètes ont été découvertes à l’aide du télescope spatial Kepler de la NASA. Il se sert de la méthode des transits pour explorer notre galaxie, la Voie lactée. Un nouveau télescope appelé TESS (satellite d’étude des exoplanètes en transit ou Transiting Exoplanet Survey Satellite) a aussi été lancé en 2018. TESS utilise aussi la méthode des transits pour repérer des planètes similaires à la Terre qui sont situées autour d’étoiles non loin de la Terre.

Le savais-tu? 

En s’appuyant sur les données du télescope spatial Kepler, les scientifiques ont estimé qu’il y aurait des dizaines de milliards de planètes de la taille de la Terre situées dans la zone habitable de leur étoile. Et tout ça seulement dans la Voie lactée!

Pourquoi l’appelle-t-on la zone Boucle d’or? Si une planète est trop proche de son étoile, la température y sera trop chaude. Toute l’eau à la surface s’évaporera, et la planète souffrira d’un effet de serre incontrôlé. Si une planète est trop loin de son étoile, la température y sera trop froide. L’eau en surface sera complètement gelée. Mais si la distance entre une planète et son étoile est juste bien, l’eau y sera à l’état liquide. Tout comme la Terre qui se trouve dans la zone Boucle d’or du Soleil!

L’eau à l’état liquide est essentielle à la vie telle que nous la connaissons. C’est pourquoi les scientifiques prêtent autant d’attention à la zone Boucle d’or. Cependant, être dans la zone Boucle d’or ne garantit pas qu’une planète peut accueillir la vie.

Certaines planètes dans la zone Boucle d’or
Certaines planètes dans la zone Boucle d’or (Chester Harman [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).

Par exemple, des éruptions solaires pourraient rendre une planète dans la zone Boucle d’or inhabitable. Les éruptions solaires sont de violentes explosions d’énergie provenant d’une étoile. Si l’étoile hôte d’une exoplanète subit de fortes éruptions solaires, ces dernières peuvent déchirer l’atmosphère de la planète et entraîner la perte d’eau liquide dans l’espace. En fait, la mission MAVEN de la NASA en 2014 a amené les scientifiques à croire que c’est ce qui est arrivé sur Mars il y a environ quatre milliards d’années, à une époque où les tempêtes solaires étaient beaucoup plus violentes.

Le savais-tu?

En date de janvier 2020, les astronomes ont confirmé l’existence de 4 116 exoplanètes.

Fais connaissance avec notre voisine, Proxima b

À l’été 2016, les astronomes ont annoncé une grande nouvelle concernant le système planétaire voisin. Une planète dans la zone habitable de Proxima du Centaure!

La planète porte le nom de Proxima b. Par contre, il ne s’agit pas forcément d’une deuxième Terre. Comme bon nombre d’exoplanètes dans la zone Boucle d’or, Proxima b est en orbite autour d’une étoile naine rouge. Les étoiles naines rouges comme Proxima du Centaure sont plus petites et plus froides que le Soleil. Cela signifie que la zone habitable est très proche de l’étoile.

Artist's impression of the exoplanet Proxima b
Vue d’artiste de l’exoplanète Proxima b (Source : ESO/M. Kornmesser [CC BY 4.0] via Wikimedia Commons).

Comme Proxima b est en orbite serrée autour de Proxima du Centaure, les années y sont très courtes : seulement 11 jours! Cette proximité laisse croire que Proxima b se trouve en verrouillage gravitationnel avec Proxima du Centaure. Un verrouillage gravitationnel survient lorsque la période orbitale d’une planète ou d’une lune est la même que sa période de rotation. Par exemple, la Lune est en verrouillage gravitationnel avec la Terre, de sorte qu’elle montre toujours la même face à la Terre. Si Proxima b est réellement verrouillée gravitationnellement, cela veut dire qu’une moitié de la planète fait toujours face à l’étoile brûlante, tandis que l’autre moitié est plongée dans une obscurité éternelle et glaciale. De plus, du fait de sa proximité à son étoile, Proxima b est aussi menacée par des éruptions solaires pouvant détruire son atmosphère.

Mais la planète pourrait aussi disposer de sa propre zone Boucle d’or. Il pourrait y avoir une bande de crépuscules perpétuels entre les faces chaudes et froides, un endroit où la température est propice pour accueillir la vie. Et si la vie existe sur Proxima b, son avenir s’annonce beaucoup plus prometteur que celle sur la Terre. Le Soleil mourra dans environ cinq milliards d’années, mais une naine rouge, comme Proxima du Centaure, devrait encore brûler des milliards d’années!

En 2019, les astronomes ont découvert que Proxima b pourrait avoir une grande sœur! Ils ont détecté Proxima c, une planète potentielle qui est en orbite à bonne distance de l’étoile. Proxima c serait trop froide pour héberger la vie. Cependant, il pourrait s’agir d’une planète idéale pour l’imagerie directe. Il s’agit d’une méthode qui permet aux télescopes de prendre directement des photos de la planète, plutôt que de l’étudier indirectement par des méthodes comme le transit.

Le savais-tu?

2016 a été une grande année pour la recherche d’exoplanètes. Les découvertes annoncées au cours de l’année ont pratiquement permis de doubler le nombre d’exoplanètes connues.

Projet « Breakthrough Starshot »: Mettre le cap sur Proxima b

Un jour, la Terre pourrait ne plus être habitable. Si c’est le cas, les générations futures pourraient-elles s’envoler vers Proxima b? Les scientifiques doivent d’abord en apprendre davantage sur cette planète.

On pourrait penser qu’il est impossible d’aller si loin, mais certains scientifiques ne sont pas de cet avis. Le regretté scientifique Stephen Hawking en est un exemple. En 2016, Stephen Hawking et l’entrepreneur Yuri Milner ont annoncé le projet « Breakthrough Starshot » qui vise à mettre au point des sondes spatiales et à les envoyer vers Proxima du Centaure dans les vingt prochaines années. Chacune de ces petites sondes serait seulement de la taille d’un timbre. Elles voyageaient à un cinquième de la vitesse de la lumière grâce à d’énormes lasers et mettraient 20 ans pour se rendre jusqu’à Proxima du Centaure. Il s’agit d’un projet ambitieux. Pour atteindre le cinquième de la vitesse de la lumière, les sondes doivent s’éloigner du système solaire à une vitesse qui dépasse environ 600 fois celle de tout vaisseau spatial jamais construit!

Le projet « Breakthrough Starshot » est-il possible? Peut-être. Il doit relever d’énormes obstacles techniques, faire preuve d’invention et résoudre bien des problèmes. Mais avec de tels moyens technologiques, Proxima du Centaure ne serait pas la limite. Les scientifiques pourraient explorer les coins cachés du système solaire et de nombreux autres systèmes planétaires.

Le projet « Breakthrough Starshot » parviendra-t-il à trouver de la vie ailleurs? Y a-t-il de la vie ailleurs? Nous pourrions le savoir d’ici les 40 prochaines années. D’ici là, tu pourrais être « le » scientifique qui fait cette découverte.

Points de départ

Faire des liens

  • Aimerais-tu savoir si la vie est possible sur d’autres planètes? Pourquoi?
  • Qu’aimerais-tu savoir sur les exoplanètes?
  • Aimerais-tu visiter une autre planète ou y vivre?

Faire des liens

  • Aimerais-tu savoir si la vie est possible sur d’autres planètes? Pourquoi?
  • Qu’aimerais-tu savoir sur les exoplanètes?
  • Aimerais-tu visiter une autre planète ou y vivre?

Liens entre les sciences, la technologie, la société et l’environnement

  • Quels sont les différents types de ressources nécessaires pour réaliser le projet Breakthrough Starshot?
  • Pourquoi la découverte de planètes à l’extérieur de notre système solaire est-elle importante pour la société?
  • Quelle est l’incidence de la découverte d’un si grand nombre de planètes potentiellement habitables en dehors de notre système solaire sur nos croyances concernant la vie intelligente dans l’univers?

Liens entre les sciences, la technologie, la société et l’environnement

  • Quels sont les différents types de ressources nécessaires pour réaliser le projet Breakthrough Starshot?
  • Pourquoi la découverte de planètes à l’extérieur de notre système solaire est-elle importante pour la société?
  • Quelle est l’incidence de la découverte d’un si grand nombre de planètes potentiellement habitables en dehors de notre système solaire sur nos croyances concernant la vie intelligente dans l’univers?

Explorer les Concepts

  • Comment se sert-on de la méthode des transits pour détecter des exoplanètes?
  • Explique ce que signifie verrouillage gravitationnel. Quel est son incidence sur les conditions de vie potentielles sur une exoplanète dans la zone Boucle d’or?
  • Quel est l’effet des éruptions solaires sur une planète dans la zone Boucle d’or?
  • Quelle est la différence entre une naine rouge et le Soleil dans notre système solaire?

Explorer les Concepts

  • Comment se sert-on de la méthode des transits pour détecter des exoplanètes?
  • Explique ce que signifie verrouillage gravitationnel. Quel est son incidence sur les conditions de vie potentielles sur une exoplanète dans la zone Boucle d’or?
  • Quel est l’effet des éruptions solaires sur une planète dans la zone Boucle d’or?
  • Quelle est la différence entre une naine rouge et le Soleil dans notre système solaire?

La nature de la science et de la technologie

  • Quelles avancées technologiques ont aidé les scientifiques à repérer des planètes qu’ils ne peuvent pas voir?
  • Quelle est l’importance de la pensée créative dans l’étude des exoplanètes? Donne des explications.

La nature de la science et de la technologie

  • Quelles avancées technologiques ont aidé les scientifiques à repérer des planètes qu’ils ne peuvent pas voir?
  • Quelle est l’importance de la pensée créative dans l’étude des exoplanètes? Donne des explications.

Littératie Médiatique

As-tu un livre ou un film favori sur les voyages dans l’espace? Selon toi, pourquoi la culture populaire aime-t-elle autant le sujet? De quelle façon les films et les livres sur les voyages spatiaux ont-ils évolué au fil du temps? Qu’est-ce qui influence ces films et livres de fiction?

Littératie Médiatique

As-tu un livre ou un film favori sur les voyages dans l’espace? Selon toi, pourquoi la culture populaire aime-t-elle autant le sujet? De quelle façon les films et les livres sur les voyages spatiaux ont-ils évolué au fil du temps? Qu’est-ce qui influence ces films et livres de fiction?

Suggestions d'enseignement

  • Cet article appuie l’enseignement et l’apprentissage de notions en mathématiques et physique, en sciences de l’espace ainsi qu’en ingénierie et technologie se rapportant à la distance astronomique, aux sondes spatiales, à la science planétaire et aux étoiles. Les concepts abordés comprennent les planètes, les planètes extrasolaires, les exoplanètes, Vénus, la méthode des transits, l’éclipse solaire, les télescopes, la Voie lactée, la zone Boucle d’or, les éruptions solaires, Proxima b, l’étoile naine rouge et le verrouillage gravitationnel.
  • Avant la lecture de l’article, afin de favoriser la participation des élèves, les enseignants pourraient leur demander de lire la Document d’information Où trouve-t-on des astéroïdes et des comètes?
  • Avant la lecture de l’article, les enseignants pourraient aussi demander aux élèves d’utiliser une stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire, qui les aidera à accéder à leurs connaissances préalables et à se familiariser avec de nouveaux termes. Une fiche reproductible Aperçu du vocabulaire prête à être utilisée est accessible en format [Document Google] et [PDF].
  • Après la lecture de l’article, les enseignants pourraient demander aux élèves de remplir une stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour les exoplanètes. Une fiche reproductible prête à utiliser Toile de définition du concept est accessible en format [Document Google] et [PDF].
  • Pour accroître et renforcer les connaissances des élèves sur la recherche des exoplanètes, les élèves peuvent regarder la vidéo ESA Euronews: Voyage au coeur du mystère des exoplanètes.

Suggestions d'enseignement

  • Cet article appuie l’enseignement et l’apprentissage de notions en mathématiques et physique, en sciences de l’espace ainsi qu’en ingénierie et technologie se rapportant à la distance astronomique, aux sondes spatiales, à la science planétaire et aux étoiles. Les concepts abordés comprennent les planètes, les planètes extrasolaires, les exoplanètes, Vénus, la méthode des transits, l’éclipse solaire, les télescopes, la Voie lactée, la zone Boucle d’or, les éruptions solaires, Proxima b, l’étoile naine rouge et le verrouillage gravitationnel.
  • Avant la lecture de l’article, afin de favoriser la participation des élèves, les enseignants pourraient leur demander de lire la Document d’information Où trouve-t-on des astéroïdes et des comètes?
  • Avant la lecture de l’article, les enseignants pourraient aussi demander aux élèves d’utiliser une stratégie d’apprentissage Aperçu du vocabulaire, qui les aidera à accéder à leurs connaissances préalables et à se familiariser avec de nouveaux termes. Une fiche reproductible Aperçu du vocabulaire prête à être utilisée est accessible en format [Document Google] et [PDF].
  • Après la lecture de l’article, les enseignants pourraient demander aux élèves de remplir une stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour les exoplanètes. Une fiche reproductible prête à utiliser Toile de définition du concept est accessible en format [Document Google] et [PDF].
  • Pour accroître et renforcer les connaissances des élèves sur la recherche des exoplanètes, les élèves peuvent regarder la vidéo ESA Euronews: Voyage au coeur du mystère des exoplanètes.

En savoir plus

Exoplanète -- Un ensemble d’articles sur les exoplanètes mis à jour régulièrement et compilé par la chaîne d’information française BFMTV

Il y a vingt ans, la première exoplanète était découverte (2016) FranceInfo -- le journaliste Nicolas Chateauneuf fait état des progrès accomplis à ce jour dans la recherche des exoplanètes propices à la vie au moyen d’animations par ordinateur (04:38 min)

Les exoplanètes défient l’imagination (2017) -- La rédaction du Mag de la science décrit certaines des étranges et extraordinaires exoplanètes découvertes à ce jour (vidéo, 5 min 50 sec)

Références

Institut de recherche sur les exoplanète. (2020). Retour sur la première année de TESS.

Howell, E. (2018, mars 30). Exoplanets: Worlds beyond our solar system. Space.com.

Lissauer, J. J. (2018, septembre 10). Habitable zone. Encyclopaedia Britannica.

Sanders, R. (2013, novembre 4). Astronomers answer key question: How common are habitable planets. Berkeley University of California.

Stromberg, J. (2014, mars 19). How do astronomers actually find exoplanets? Smithsonian Magazine.