Astronomie

Y a-t-il une différence nette entre les planètes rocheuses et gazeuses ?

Y a-t-il une différence nette entre les planètes rocheuses et gazeuses ?

Une planète géante gazeuse est suffisamment grande pour retenir beaucoup d'hydrogène et d'hélium. Une planète rocheuse est une planète avec une surface solide. C'est la règle de base pour faire la distinction entre les planètes rocheuses et gazeuses.

Mais les planètes gazeuses peuvent avoir un noyau solide et les planètes rocheuses peuvent avoir une atmosphère très épaisse. Y a-t-il donc une différence nette entre les deux catégories de planètes (peut-être liées à des histoires de formation différentes), ou y a-t-il un continuum de planètes qui va des plus rocheuses aux plus gazeuses ? S'il s'agit d'un continuum, quelle est la limite entre les deux types ?


Les planètes actuellement détectées ne montrent pas de distinction claire entre les planètes rocheuses et gazeuses. Bien qu'il semble y avoir en quelque sorte deux ensembles, les planètes rocheuses de la taille de la Terre et des "super-terres" et les planètes gazeuses (de la taille de Jupiter), il existe une large transition entre elles. La transition est à peu près là où nous trouvons Neptune et Uranus. Jouez avec le tracé de divers paramètres sur exoplanet.eu

Il est encore sujet à débat si cet appauvrissement apparent dans les «géantes de glace» (froides, gazeuses, mais avec des gaz plus lourds comme le méthane, etc. au lieu de l'hydrogène et de l'hélium comme constituants principaux) est réel ou dû à un biais d'observation.

En bref :

L'argument pour "est réel" est qu'il est plus probable que dans la nébuleuse intérieure, à l'intérieur de la zone de neige, vous ayez suffisamment de matière pour former des planètes terrestres, mais étant trop chaud et trop peu nombreux pour atteindre une taille qu'une atmosphère importante peut être. retenu. En dehors de la zone de neige, vous avez beaucoup plus de solides (toutes les glaces), de sorte que vous formez des noyaux qui deviennent assez gros pour également accumuler une atmosphère.

Cependant, le contre-argument est que vous trouvez des planètes de toutes tailles dans toutes sortes de distances stellaires, vous avez diverses conditions initiales avec différentes densités de solides dans les disques protoplanétaires, et donc tout résultat final est possible avec éventuellement différentes probabilités. Les observations réelles semblent le confirmer.

Généralement, dans la littérature actuelle et dans les conférences, les planètes sont souvent distinguées plus que juste rocheuses et gazeuses : vous avez des planètes terrestres, des super-terres, des semblables à Neptune et les géantes gazeuses, et souvent quelque peu séparées même les prétendues Jupiter chaudes et chaudes. neptunes, les géantes gazeuses qui ont migré vers l'intérieur après leur formation.

EDIT : une distinction possible qui pourrait être faite entre rocheux et gazeux est de regarder l'atmosphère : si l'atmosphère devient suffisamment dense aux niveaux inférieurs pour que la distinction entre gaz et liquide s'évanouisse (donc le point critique atteint), c'est une planète gazeuse, sinon une planète rocheuse avec atmosphère.


Les petites exoplanètes existent en deux tailles : les « terres » rocheuses et les mini-Neptunes

Les astronomes ont classé les planètes extrasolaires de la même manière que les biologistes identifient de nouvelles espèces et ont appris que la majorité des planètes trouvées à ce jour se répartissent en deux classes de taille distinctes : les planètes rocheuses de la taille de la Terre et les planètes gazeuses plus petites que Neptune.

La Voie lactée a une forte préférence pour deux types de planètes : les planètes rocheuses jusqu'à 1,75 fois la taille de la Terre et les mini-Neptunes enveloppées de gaz, qui sont de 2 à 3,5 fois la taille de la Terre. Notre Galaxie fabrique rarement des planètes dont la taille se situe entre ces deux groupes. Crédit image : NASA/JPL-Caltech.

"Nous aimons considérer cette étude comme une classification des planètes de la même manière que les biologistes identifient de nouvelles espèces d'animaux", a déclaré Benjamin J. Fulton, de Caltech et de l'Université d'Hawaï.

"Trouver deux groupes distincts d'exoplanètes, c'est comme découvrir que les mammifères et les lézards constituent des branches distinctes d'un arbre généalogique."

Depuis le lancement du télescope spatial Kepler de la NASA en 2009, il a identifié et confirmé plus de 2 300 exoplanètes.

Kepler est spécialisé dans la recherche de planètes proches de leurs étoiles, de sorte que la majorité de ces planètes orbitent plus près que Mercure.

La plupart de ces planètes proches se sont avérées être à peu près entre la taille de la Terre et Neptune, qui est environ 4 fois la taille de la Terre.

Mais, jusqu'à présent, les planètes se sont avérées avoir une variété de tailles couvrant cette gamme et n'étaient pas connues pour tomber dans deux groupes de taille.

"Dans le système solaire, il n'y a pas de planètes dont la taille se situe entre la Terre et Neptune", a déclaré le Dr Erik Petigura, boursier postdoctoral Hubble à Caltech.

"L'une des grandes surprises de Kepler est que presque toutes les étoiles ont au moins une planète plus grande que la Terre mais plus petite que Neptune."

"Nous aimerions vraiment savoir à quoi ressemblent ces planètes mystérieuses et pourquoi nous ne les avons pas dans notre propre système solaire."

Ce diagramme illustre comment les planètes sont assemblées et triées en deux classes de taille distinctes. Premièrement, les noyaux rocheux des planètes sont formés de morceaux plus petits. Ensuite, la gravité des planètes attire l'hydrogène et l'hélium gazeux. Enfin, les planètes sont « cuites » par la lumière des étoiles et perdent du gaz. A un certain seuil de masse, les planètes retiennent le gaz et deviennent des mini-Neptunes gazeuses en dessous de ce seuil, les planètes perdent tout leur gaz, devenant des super-Terres rocheuses. Crédit image : NASA / Ames Research Center / JPL-Caltech / R. Hurt.

À l'aide de l'observatoire W. M. Keck à Hawaï, les astronomes ont mesuré la taille de 1 305 étoiles dans le champ de vision de Kepler pour déterminer les rayons de 2 025 planètes avec une précision exquise.

"Avant, trier les planètes par taille était comme essayer de trier des grains de sable à l'œil nu", a déclaré Fulton.

« Obtenir des données spectrales de Keck, c'est comme sortir et saisir une loupe. Nous pouvions voir des détails que nous ne pouvions pas voir auparavant.

Avec les nouvelles données de Keck, les auteurs ont pu mesurer les tailles des planètes Kepler avec 4 fois plus de précision que ce qui avait été réalisé auparavant.

Lorsqu'ils ont examiné la distribution des tailles des planètes, ils ont trouvé une surprise : un écart frappant entre les groupes de Terres rocheuses et de mini-Neptunes.

Ce croquis illustre un arbre généalogique d'exoplanètes. Les planètes sont nées de disques tourbillonnants de gaz et de poussière appelés disques protoplanétaires. Les disques donnent naissance à des planètes géantes comme Jupiter ainsi qu'à des planètes plus petites pour la plupart entre la taille de la Terre et Neptune. Crédit image : NASA / Ames Research Center / JPL-Caltech / Tim Pyle.

La cause de l'écart n'est pas claire, mais l'équipe a proposé deux explications possibles.

Le premier est basé sur l'idée que la nature aime faire beaucoup de planètes à peu près de la taille de la Terre. Certaines de ces planètes, pour des raisons qui ne sont pas entièrement comprises, finissent par acquérir suffisamment de gaz pour « sauter le fossé » et devenir des mini-Neptunes gazeuses.

« Un peu d'hydrogène et d'hélium gazeux fait un très long chemin. Donc, si une planète n'acquiert que 1% d'hydrogène et d'hélium en masse, cela suffit pour combler l'écart », a déclaré Andrew Howard, professeur d'astronomie à Caltech.

« Ces planètes sont comme des rochers entourés de gros ballons de gaz. L'hydrogène et l'hélium contenus dans le ballon ne contribuent pas vraiment à la masse du système dans son ensemble, mais ils contribuent énormément au volume, ce qui rend les planètes beaucoup plus grandes.

La deuxième raison possible pour laquelle les planètes n'atterrissent pas dans l'espace est liée au fait que les planètes perdent du gaz.

Si une planète acquiert juste un peu de gaz - la bonne quantité pour le placer dans l'espace - ce gaz peut être brûlé lorsqu'il est exposé au rayonnement de l'étoile hôte.

"Une planète devrait avoir de la chance pour atterrir dans l'espace, et si c'était le cas, elle n'y resterait probablement pas", a déclaré le professeur Howard.

"Il est peu probable qu'une planète ait juste la bonne quantité de gaz pour atterrir dans l'espace. Et ces planètes qui ont suffisamment de gaz peuvent voir leur atmosphère mince s'envoler. Les deux scénarios creusent probablement l'écart dans la taille des planètes que nous observons. »

La recherche a été acceptée pour publication dans le Journal astronomique (préimpression arXiv.org).

Benjamin J. Fulton et al. 2017. L'enquête Californie-Kepler. III. Une lacune dans la distribution du rayon des petites planètes. UN J, sous presse arXiv : 1703.10375


Les scientifiques prédisent que les planètes rocheuses se sont formées à partir de "cailloux"

Les scientifiques du Southwest Research Institute ont développé un nouveau processus de modélisation de la formation planétaire qui explique la différence de taille et de masse entre la Terre et Mars. Mars est beaucoup plus petite et n'a que 10 pour cent de la masse de la Terre. Les modèles conventionnels de formation du système solaire génèrent de bons analogues à la Terre et à Vénus, mais prédisent que Mars devrait être de taille similaire, voire plus grande que la Terre. Crédit image : NASA/JPL/MSSS. En utilisant un nouveau processus de modélisation de la formation planétaire, où les planètes se développent à partir de corps minuscules appelés "cailloux", les scientifiques du Southwest Research Institute peuvent expliquer pourquoi Mars est tellement plus petite que la Terre. Ce même processus explique également la formation rapide des géantes gazeuses Jupiter et Saturne, comme cela a été rapporté plus tôt cette année.

"Cette simulation numérique reproduit en fait la structure du système solaire interne, avec la Terre, Vénus et un Mars plus petit", a déclaré Hal Levison, scientifique de l'Institut à la Direction des sciences planétaires du SwRI. Il est le premier auteur d'un nouvel article publié dans les Actes de la National Academy of Sciences des États-Unis (PNAS) Early Edition.

Le fait que Mars n'ait que 10 % de la masse de la Terre est un casse-tête de longue date pour les théoriciens du système solaire. Dans le modèle standard de formation des planètes, des objets de taille similaire s'accumulent et s'assimilent à travers un processus appelé roches d'accrétion incorporées à d'autres roches, créant des montagnes puis des montagnes fusionnées pour former des objets de la taille d'une ville, etc. Alors que les modèles d'accrétion typiques génèrent de bons analogues à la Terre et à Vénus, ils prédisent que Mars devrait être de taille similaire, voire plus grande que la Terre. De plus, ces modèles surestiment également la masse globale de la ceinture d'astéroïdes.

"Comprendre pourquoi Mars est plus petite que prévu a été un problème majeur qui a frustré nos efforts de modélisation pendant plusieurs décennies", a déclaré Levison. “Ici, nous avons une solution qui découle directement du processus de formation de la planète lui-même.”

De nouveaux calculs de Levison et des co-auteurs Katherine Kretke, Kevin Walsh et Bill Bottke, tous de la Direction des sciences planétaires de SwRI, suivent la croissance et l'évolution d'un système de planètes. Ils démontrent que la structure du système solaire interne est en fait le résultat naturel d'un nouveau mode de croissance planétaire connu sous le nom de Viscously Stirred Pebble Accretion (VSPA). Avec le VSPA, la poussière se transforme facilement en « cailloux » & mdash d'objets de quelques centimètres de diamètre &mdash dont certains s'effondrent par gravité pour former des objets de la taille d'un astéroïde. Dans les bonnes conditions, ces astéroïdes primordiaux peuvent se nourrir efficacement des cailloux restants, car la traînée aérodynamique attire les cailloux en orbite, où ils descendent en spirale et fusionnent avec le corps planétaire en croissance. Cela permet à certains astéroïdes de devenir de la taille d'une planète sur des échelles de temps relativement courtes.

Cependant, ces nouveaux modèles constatent que tous les astéroïdes primordiaux ne sont pas également bien placés pour accumuler des cailloux et grandir. Par exemple, un objet de la taille de Cérès (environ 600 miles de diamètre), qui est le plus gros astéroïde de la ceinture d'astéroïdes, aurait grandi très rapidement près de l'emplacement actuel de la Terre. Mais il n'aurait pas pu se développer efficacement près de l'emplacement actuel de Mars, ou au-delà, car la traînée aérodynamique est trop faible pour que la capture de cailloux se produise.

“Cela signifie que très peu de cailloux entrent en collision avec des objets proches de l'emplacement actuel de Mars. Cela fournit une explication naturelle pour laquelle il est si petit », a déclaré Kretke. “De même, encore moins d'objets touchés dans la ceinture d'astéroïdes, ce qui maintient également sa masse nette réduite. Le seul endroit où la croissance était efficace était près de l'emplacement actuel de la Terre et de Vénus.”

"Ce modèle a d'énormes implications pour l'histoire de la ceinture d'astéroïdes", a déclaré Bottke. Les modèles précédents ont prédit que la ceinture contenait à l'origine quelques masses terrestres de matière, ce qui signifie que les planètes ont commencé à s'y développer. Le nouveau modèle prédit que la ceinture d'astéroïdes n'a jamais contenu beaucoup de masse dans des corps comme les astéroïdes actuellement observés.

"Cela présente à la communauté scientifique planétaire une prédiction testable entre ce modèle et les modèles précédents qui peut être explorée à l'aide de données provenant de météorites, de télédétection et de missions spatiales", a déclaré Bottke.

Ce travail complète l'étude récente publiée dans Nature par Levison, Kretke et Martin Duncan (Université Queen's), qui a démontré que les cailloux peuvent former les noyaux des planètes géantes et expliquer la structure du système solaire externe. Ensemble, les deux œuvres présentent les moyens de produire l'ensemble du système solaire à partir d'un processus unique et unificateur.

Autant que je sache, c'est le premier modèle à reproduire la structure du système solaire &mdash Terre et Vénus, un petit Mars, une ceinture d'astéroïdes de faible masse, deux géantes gazeuses, deux géantes de glace (Uranus et Neptune), et une ceinture de Kuiper impeccable, a déclaré Levison.


Raisons pour lesquelles la Terre est différente des autres planètes :

L'atmosphère et la présence d'oxygène

La Terre est la seule planète de tout l'univers découverte à ce jour où nous pouvons respirer. Presque toutes les créatures ont besoin d'oxygène pour respirer. L'oxygène est présent dans l'atmosphère de la Terre sous forme gazeuse et sous forme d'eau liquide.

La présence d'oxygène est régulée en permanence par les plantes et les animaux. Les humains ont besoin d'oxygène pour inhaler puis expirer du carbone, tandis que les plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour effectuer le processus de photosynthèse (pour fabriquer de la nourriture) et libérer de l'oxygène.

Le dioxyde de carbone est un gaz toxique, ce qui est l'une des principales raisons pour lesquelles il n'y a pas de vie sur Vénus et Mars, car la quantité de CO2 est très élevée dans l'atmosphère de ces planètes. Cette présence de CO2 est une bénédiction pour la Terre, rendant la vie possible sur Terre, mais pas pour les autres planètes.

Le climat approprié

La distance à laquelle la Terre est située du soleil en elle-même est un facteur important qui rend Terre différente de toute autre planète. Si vous regardez Mercure et Vénus, vous verrez qu'elles sont très proches du soleil, ce qui se traduit par l'impossibilité de la vie sur elles. L'eau et un climat convenable sont à peine disponibles. Ce sont des planètes trop chaudes pour qu'il y ait de la vie.

De plus, la couche d'ozone (formée par l'ozone gazeux) dans l'atmosphère de la Terre nous protège des rayons ultraviolets du soleil. Ces rayons UV sont très dangereux pour l'homme et les autres êtres vivants.

L'eau : le liquide le plus essentiel

L'eau est présente sur Terre sous les trois formes de la matière : états solide, liquide et gazeux. Il est bien connu qu'aucun être vivant ne pourrait vivre sans ce composé liquide, c'est-à-dire l'eau. L'eau est un composé unique d'oxygène et d'hydrogène. La présence d'eau sous forme liquide nous donne une autre réponse à la différence entre la Terre et les autres planètes ?

Les scientifiques pensent que d'autres satellites naturels comme Europe (satellite naturel de Jupiter) et la lune ont de l'eau présente à leur surface. Cependant, nous avons besoin d'une technologie plus avancée à découvrir. Ils croient que toutes les découvertes en astronomie ne sont que la pointe de l'iceberg que nous avons vu jusqu'à présent. Nous devons en savoir beaucoup plus sur l'installation de la vie sur tout autre corps céleste. Nous avons donc des kilomètres à parcourir.

Lumière et chaleur

Dieu nous a donné des yeux pour voir ce beau monde qui nous entoure, mais pouvez-vous imaginer un monde sans lumière. Eh bien, il est même difficile d'imaginer un monde aussi froid et sombre. Non seulement les humains ont besoin de chaleur et de chaleur, mais aussi les plantes et les animaux.

C'est un fait bien connu que le soleil est la seule source de chaleur et de lumière. Les plantes ont besoin d'air, d'eau et de lumière du soleil pour se nourrir par le processus de photosynthèse. Vous devez avoir étudié dans vos manuels, et peut-être même effectué cette expérience où il est démontré que les plantes exposées au soleil poussent comparativement à des taux plus élevés que les plantes conservées dans l'obscurité.

Eh bien, la présence de chaleur et de lumière doit vous sembler nécessaire à l'existence de la vie. Mais il est bien dit que “l'excès de quoi que ce soit est mauvais” La présence excessive de lumière solaire sur les deux premières planètes, c'est-à-dire Mercure et Vénus, rend impossible l'existence de toute vie sur elles.

Rotation et révolution

Tous les corps célestes tournent autour du soleil. La Terre aussi. La rotation est la rotation de la Terre autour de son axe, tandis que la révolution est le mouvement complet de la Terre autour du soleil sur son orbite.

La rotation provoque le jour et la nuit par contre, elle est due à la révolution, on assiste à des saisons différentes dans une année.

Le temps mis par la Terre pour la rotation est idéal, car, en 24 heures, la planète entière reçoit plus ou moins la lumière du soleil. Mais certaines planètes prennent plus de temps. L'étoile du matin Vénus met le plus de temps 243 jours pour effectuer une rotation. Imaginez avoir la lumière du soleil après si longtemps.

Conclusion

La Terre est aussi précieuse que toute vie sur Terre ! Quelqu'un a dit que nous avons emprunté la Terre à notre prochaine génération. Nous devons la Terre à la génération à venir car la vie ne se trouve qu'ici. Notre mère la Terre est unique et se distingue de toutes les autres planètes car elle soutient des vies intelligentes, c'est-à-dire des humains.

Les humains peuvent faire de cette Terre une planète meilleure et belle sur laquelle vivre. Mais s'ils ne la valorisent pas et continuent à exploiter les ressources et à endommager l'environnement, nous risquons de la perdre. Donc, nous ne devrions pas risquer nos vies et celles de ceux qui n'ont pas encore vu ce beau monde.


Les planètes et leur formation

On pense que les planètes de notre système solaire se sont formées à partir du même disque de poussière en rotation qui a formé le Soleil. Ce disque, appelé nébuleuse solaire, était composé principalement d'hydrogène et d'hélium, mais comportait également d'autres éléments dans des proportions plus faibles. La nébuleuse avait un certain moment angulaire en orbite autour du Soleil en formation. Les particules dans le disque en rotation ont commencé à s'agglutiner lorsque la gravité les a attirées les unes vers les autres. En quelques millions d'années, beaucoup de ces morceaux se sont fusionnés et il y avait environ 10 9 objets appelés planétésimaux, avec des diamètres d'environ 1000 m. Au fil du temps, les planétésimaux ont continué à entrer en collision et à se joindre, attirés par la gravité. Ces objets plus gros, de la taille et de la masse de notre Lune, sont appelés protoplanètes. L'accumulation de matière pour former des planètes de cette manière est appelée accrétion.

La température du système solaire primitif explique pourquoi les planètes intérieures sont rocheuses et les extérieures sont gazeuses. Au fur et à mesure que les gaz ont fusionné pour former un protosoleil, la température dans le système solaire a augmenté. Dans le système solaire interne, les températures atteignaient 2000 K, tandis que dans le système solaire externe, elles étaient aussi froides que 50 K. Dans le système solaire interne, seules les substances avec des points de fusion très élevés seraient restées solides. Tout le reste aurait été vaoprisé. Ainsi, les objets internes du système solaire sont constitués de fer, de silicium, de magnésium, de soufre, d'aluminium, de calcium et de nickel. Beaucoup d'entre eux étaient présents dans des composés contenant de l'oxygène. Il y avait relativement peu d'éléments de toute autre nature à l'état solide pour former les planètes intérieures. Les planètes intérieures sont beaucoup plus petites que les planètes extérieures et, à cause de cela, ont une gravité relativement faible et n'ont pas été en mesure d'attirer de grandes quantités de gaz dans leur atmosphère. Dans les régions extérieures du système solaire où il faisait plus frais, d'autres éléments comme l'eau et le méthane ne se sont pas vaporisés et ont pu former les planètes géantes. Ces planètes étaient plus massives que les planètes intérieures et étaient capables d'attirer de grandes quantités d'hydrogène et d'hélium, c'est pourquoi elles sont composées principalement d'hydrogène et d'hélium, les éléments les plus abondants dans le système solaire et dans l'univers.


Définition et classification :

Par définition, une géante gazeuse est une planète principalement composée d'hydrogène et d'hélium. Le nom a été inventé en 1952 par James Blish, un écrivain de science-fiction qui a utilisé le terme pour désigner toutes les planètes géantes. En vérité, le terme est quelque peu impropre, car ces éléments prennent en grande partie une forme liquide et solide au sein d'une géante gazeuse, en raison des conditions de pression extrêmes qui existent à l'intérieur.

Les quatre géantes gazeuses du système solaire (de droite à gauche) : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Crédit : NASA/JPL

De plus, on pense également que les géantes gazeuses ont de grandes concentrations de métal et de silicate dans leur cœur. Néanmoins, le terme est resté dans l'usage populaire pendant des décennies et fait référence à toutes les planètes - qu'elles soient de nature solaire ou extra-solaire - qui sont composées principalement de gaz. Il est également conforme à la pratique des planétologues, qui utilisent un raccourci – c'est-à-dire “rock”, “gas”, et “ice” – pour classer les planètes en fonction de l'élément le plus commun en eux.

D'où la différence entre Jupiter et Saturne d'un côté, et Uranus et Neptune de l'autre. En raison des fortes concentrations de substances volatiles (comme l'eau, le méthane et l'ammoniac) dans ces deux dernières - que les planétologues classent comme des "glaces" ces deux planètes géantes sont souvent appelées "géantes de glace". Mais comme elles sont composées principalement d'hydrogène et d'hélium, elles sont toujours considérées comme des géantes gazeuses aux côtés de Jupiter et de Saturne.


Il n'y a pas de différence chimique entre les étoiles avec ou sans planètes

Imaginez si une étoile pouvait vous dire qu'elle avait des planètes. Ce serait vraiment utile car trouver des planètes en orbite autour d'étoiles lointaines - des exoplanètes - est difficile. Nous avons trouvé Neptune, la planète la plus éloignée de notre propre système solaire, en 1846. Mais nous n'avons eu aucune preuve directe d'une planète autour d'UNE AUTRE étoile jusqu'en… 1995.� ans plus tard. Pensez-y. Toute science-fiction que vous avez regardée ou lue et écrite avant 1995 et décrivant un voyage vers des exoplanètes supposait même que d'autres planètes existaient. Star Trek : la prochaine génération a diffusé sa dernière saison en 1994. Nous ne savions même pas si Vulcan était là-bas. (Maintenant nous le faisons !… en quelque sorte)

Jupiter (point lumineux à droite) et Saturne (point lumineux à gauche) vus ici contre la Voie lactée étaient les planètes les plus éloignées que nous pouvions voir avant d'inventer les télescopes – C. Matthew Cimone

Depuis 1995, avec l'avènement des télescopes de chasse aux planètes comme Kepler et TESS, nous avons trouvé des MILLIERS de planètes en orbite autour d'autres étoiles. Ces missions trouvent littéralement des exoplanètes en cherchant leurs ombres. Parfois, l'orbite d'une exoplanète croise notre vision d'une étoile lointaine bloquant une partie de la lumière de l'étoile. Ce « transit » de la planète crée une ombre dans la lumière observée de l'étoile que nous pouvons ensuite utiliser pour déterminer la taille de la planète, qu'il s'agisse d'une planète rocheuse comme la Terre ou d'une géante gazeuse comme Jupiter, et la longueur de la planète année autour de son étoile mère.

Transit de Vénus à travers notre propre Soleil imagé à différentes étapes du transit. Les télescopes de chasse aux planètes recherchent ces événements pour découvrir des exoplanètes en orbite autour d'autres étoiles. c NASA

Mais les planètes sont très petites par rapport à leurs étoiles hôtes. La quantité de lumière qu'ils bloquent est une fraction de la lumière globale de l'étoile, notre équipement doit donc être très sensible. Et si les planètes ne sont pas en orbite de telle sorte qu'elles traversent notre vue de l'étoile, disons si nous regardons le système solaire distant de haut en bas, nous aurons peut-être plus de mal à détecter leur présence. Ainsi, les scientifiques recherchent des moyens alternatifs de découvrir des planètes et l'un pourrait être d'étudier les étoiles mères elles-mêmes. Les étoiles sont grandes et brillantes et faciles à repérer. Si les étoiles qui donnent naissance à un système solaire sont en quelque sorte uniques aux étoiles qui ne le font pas, nous pourrions avoir une nouvelle façon puissante de chasser les planètes. Plus précisément, les astronomes prêtent une attention particulière à la composition chimique d'une étoile - la bonne substance stellaire.

Construire un système solaire

Les planètes et les étoiles partagent la même chose. Notre système solaire s'est formé à partir d'un énorme nuage rotatif de poussière et de gaz appelé disque protoplanétaire. 99,8% de la matière était concentrée au centre, rassemblée par gravité pour former le Soleil.

Une photo réelle d'un disque protoplanétaire de la jeune étoile HL Tauri à environ 450 années-lumière imagée par le télescope ALMA C. ESO/ALMA

Les 0,2% restants de tout ce qui ne s'est pas retrouvé dans le Soleil lui-même s'aplatissent pour former le disque - imaginez comme une boule de pâte s'aplatit en une pizza lorsqu'elle est tournée. Cet aplatissement est la raison pour laquelle toutes les planètes orbitent autour du Soleil le long d'un plan similaire appelé le plan de l'écliptique. Dans le disque en rotation, la matière commence à s'accumuler pour former des planétésimaux qui deviennent les graines des futures planètes. Mais c'est quoi ce truc ? C'est important! C'est de cela que les planètes et vous et moi sommes faits. Les astronomes l'appellent « métaux ». En astronomie, les « métaux » sont considérés comme n'importe quoi dans le tableau périodique au-dessus du numéro atomique 2, donc tout ce qui est plus lourd que l'hydrogène et l'hélium, comme le calcium dans vos os ou le fer dans votre sang. En fait, à la naissance de l'Univers, il n'y avait SEULEMENT que de l'hydrogène, de l'hélium et de petites quantités de lithium. Aucun des autres éléments n'existait. Ces éléments sont eux-mêmes créés par les étoiles, au plus profond de leur intérieur, car ils convertissent le carburant hydrogène par fusion nucléaire en éléments plus lourds et plus lourds – les métaux. Une fois que ces étoiles explosent à la fin de leur vie en tant que supernova, elles déversent leurs tripes dans le vide interstellaire en le semant avec ce qui fait d'autres étoiles ainsi que des PLANÈTES. Il est probable que la première génération d'étoiles dans l'univers primitif n'avait aucune planète. Il n'y avait pas encore la matière première pour les construire. Nous appelons ces étoiles de la population III.

La prochaine génération d'étoiles, Population II, a été la première à se former dans un univers enrichi d'éléments plus lourds. Nous ne savons pas tout à fait si ce groupe d'étoiles s'est formé avec suffisamment de métaux pour former des planètes. Nous voulons déterminer quand exactement les premières planètes se sont formées dans l'Univers pour estimer à quel point la vie a pu exister. Mais si des planètes se sont formées autour des étoiles de la population II, elles étaient probablement assez petites et orbitaient très près de leurs étoiles mères – bien plus près que Mercure ne le fait dans notre propre système solaire. Probablement pas idéal pour la vie à une température de surface étouffante de 1600K. Même si la vie s'est formée autour de ces étoiles, elle est probablement éteinte maintenant car ces étoiles ont vécu moins longtemps que notre Soleil et se sont déjà éteintes. (À moins bien sûr que la vie ait quitté son système solaire pour explorer l'Univers et existe toujours quelque part en tant qu'ancienne civilisation spatiale à partir d'une étoile morte depuis longtemps… on peut imaginer.)

Ce qui nous amène à la Population I, le groupe d'étoiles auquel appartient notre Soleil. Notre Soleil s'est formé dans un Univers où des milliards d'années de naissances et de morts d'étoiles s'étaient déjà produites. L'Univers avait été fertilisé avec plus de métaux. Non seulement les métaux d'un disque protoplanétaire créent la matière première pour la formation de la planète, mais ils protègent également le disque lui-même des radiations de l'étoile mère. Plus de métaux signifie plus de temps disponible pour que les planètes se forment avant que l'énergie de l'étoile ne finisse par évaporer le matériau restant qui n'a pas encore formé de planètes

Des comètes comme NEOWISE, qui ont récemment visité notre ciel, ne sont littéralement qu'une partie des restes du disque protoplanétaire qui a formé le système solaire c. Matthieu Cimone

"Où regarder"

Comprendre comment les planètes se forment nous donne notre premier indice quant à l'endroit où les chercher - des étoiles avec des métaux. Rappelez-vous, l'étoile hôte et leurs planètes se forment à partir du même nuage de choses, donc certains de ces métaux sont mélangés dans l'étoile. En regardant la lumière d'une étoile à l'aide de la spectroscopie, nous pouvons dire à quel point elle est hautement enrichie en métaux – la « métallicité » de l'étoile. En étudiant ces étoiles riches en métaux, nous savons que les planètes rocheuses terrestres comme la Terre sont 1,72 fois plus susceptibles de se former autour d'elles. Même les géantes gazeuses sont plus susceptibles de se former autour d'étoiles riches en métaux. Bien qu'elles soient constituées de gaz plutôt que de métaux, les géantes gazeuses comme Jupiter sont théorisées pour se former autour d'une graine rocheuse initiale ou à partir des perturbations des flux d'hydrogène gazeux en orbite dans le disque causées par l'introduction de métaux.

Le satellite Transiting Exoplanet Survey de la NASA en cours de préparation pour le lancement C NASA

Mais alors que la chimie d'une star peut nous dire probabilité que les planètes sont là - la chimie peut-elle nous dire que les exoplanètes SONT là !? Existe-t-il une empreinte chimique clé pour qu'une étoile nous dise d'une voix stellaire en plein essor « Oui en effet, j'héberge des planètes ! Regardez mes enfants !

La recherche jusqu'à présent SAAAYYYYYSS……non. Je connais. Genre d'anticlimat.

MAIS il y a encore de l'espoir. La semaine dernière, le Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a publié une étude du National Center of Competence in Research PlanetS. Le NCCR PlanetS a recherché 84 étoiles observées par le télescope 10M Keck à Hawaï. L'équipe de chercheurs essayait de déterminer si la formation d'une planète laisse un signe chimique unique sur une étoile - une balise pour nous de savoir qu'en effet l'étoile avait donné naissance à des planètes – mais un indicateur unique n'a pas pu être trouvé. En comparant 16 étoiles avec des planètes et 68 sans, l'équipe a découvert que les planètes orbitent autour d'étoiles chimiquement diverses. Mais les résultats sont toujours utiles. L'équipe a émis un avertissement selon lequel étant donné la prépondérance des découvertes de planètes, la plupart des étoiles de l'étude "ont probablement des planètes" (page 8/3698 de l'étude) qui n'ont tout simplement pas encore été trouvées. Ainsi, l'étude pourrait ne pas être tout à fait exacte. Cependant, cette recherche pourrait donner lieu à de futures découvertes sur le TYPE de planètes, en termes de taille ou de composition, qui se forment autour d'une étoile avec une certaine signature chimique, en particulier si/quand des planètes sont découvertes autour d'un plus grand nombre d'étoiles utilisées dans l'étude. Ainsi, même si nous ne pourrons peut-être pas savoir SI des planètes existent à cause de la chimie d'une étoile, à l'avenir, nous pourrons peut-être déduire avec plus de précision quels types d'exoplanètes orbitent autour d'une étoile étant donné une certaine métallicité. Par exemple, nous savons que les étoiles riches en métaux donnent en moyenne naissance à plus de planètes - peut-être que les types et les quantités de chaque métal entraînent un certain arrangement du système solaire, ou les quantités de géantes terrestres par rapport aux géantes gazeuses, ou si le les planètes sont habitables. Plus de recherche est nécessaire.

En attendant, nous continuons à chercher des planètes à l'aide de transits. TESS a terminé sa mission principale, imagerie 75 % du ciel lors d'un relevé de deux ans, le 20 août dernier. Nous ne savons pas encore quelles découvertes seront trouvées dans les données, y compris peut-être de nouvelles façons de comprendre les relations entre une étoile hôte et ses planètes. Tout ce que nous trouverons informera certainement les deux futures missions de chasse aux planètes et inspirera les histoires fictives allant hardiment dans les nouveaux mondes étranges que nos recherches ont découverts. Engager!


Les simulations révèlent que les super-Terres rocheuses avec des atmosphères minces sont souvent protégées par une planète semblable à Jupiter

Impression artistique d'un système planétaire avec deux super-Terres et un Jupiter en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil. Les simulations montrent que des disques protoplanétaires massifs en plus des Super-Terres rocheuses avec de petites quantités de glace et de gaz forment souvent un Jupiter froid dans les régions externes des systèmes planétaires. Credit: MPIA graphics department

An international group of astronomers, led by Martin Schlecker of the Max Planck Institute for Astronomy, has found that the arrangement of rocky, gaseous and icy planets in planetary systems is apparently not random and depends on only a few initial conditions. The study, which will appear in the scientific journal Astronomy & Astrophysics, is based on a new simulation that tracks the evolution of planetary systems over several billion years. Planetary systems around sun-like stars, which produce in their inner regions super-Earths with low water and gas content, very often form a planet comparable to our Jupiter on an outer orbit. Such planets help to keep potentially dangerous objects away from the inner regions.

Scientists suspect that the planet Jupiter played an important role in the development of life on Earth, because its gravity often deflects potentially dangerous asteroids and comets on their orbits into the zone of rocky planets in a way that reduces the number of catastrophic collisions. This circumstance therefore repeatedly raises the question whether such a combination of planets is rather random, or whether it is a common result of the formation of planetary systems.

Dry Super-Earths and Cold Jupiters

Scientists from the Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) in Heidelberg, the University of Bern and the University of Arizona have now found strong evidence that rocky planets similar to Earth occur conspicuously often together with a Jupiter-like planet that is in a wide orbit.

"We call such gas giants cold Jupiters. They grow at a distance from the central star, where water exists in the form of ice," explains Martin Schlecker, a doctoral student at the Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) in Heidelberg, who led the study. The Earth-like planets studied are so-called dry super-Earths, i.e., rocky planets larger and more massive than the Earth, which have only a thin atmosphere and hardly any water or ice. They populate the inner, i.e., temperate zone of the planetary systems and are very similar to the Earth except for their size. "Also, the Earth is, despite the enormous oceans and the polar regions, with a volume fraction for water of only 0.12% altogether a dry planet," Schlecker points out.

To find a cold Jupiter together with an ice-rich super-Earth in the inner region is therefore almost impossible. Furthermore, dense, extended gas envelopes are mainly found in massive super-Earths.

Simulations Provide Insights into Processes That Are Difficult to Measure

These conclusions are based on a statistical evaluation of new simulations of 1000 planetary systems that are evolving in a protoplanetary disk around a sun-like star. These simulations are the latest achievement in a long-standing collaboration between the University of Bern and MPIA to study the origins of planets from a theoretical perspective. Starting from random initial conditions, e.g., for the masses of gas and solid matter, the size of the disk and the positions of the seed cells of new planets, the scientists tracked the life cycle of these systems over several billion years. "During the simulations, the planetary embryos collected material, grew into planets, changed their orbits, collided or were ejected from the system," Christoph Mordasini from the University of Bern and co-author of the research paper describes the simulated processes. The simulated planetary systems eventually had planets of different sizes, masses and compositions on different orbits around the central star.

Hubert Klahr, head of the working group on the theory of planet formation at MPIA, explains: "Such simulations support the investigation of exoplanetary systems, since planets like cold Jupiters require a lot of time to orbit their mother star on their wide orbits." This makes it difficult to find them through observation, so the search for exoplanets does not realistically reflect the actual composition of planetary systems. Astronomers are more likely to find high-mass planets in close orbits around low-mass stars. "Simulations, on the other hand, are in principle independent of such limitations," adds Klahr.

Schematic diagram of the scenarios of how according to the analysed simulations icy super-Earths (a) or rocky (ice-poor) super-Earths form together with a cold Jupiter (b). The mass of the protoplanetary disk determines the result. Credit: Schlecker et al./MPIA

Observations and Simulations Do Not Match

"We wanted to verify a surprising finding following observations made in recent years that planetary systems with a cold Jupiter almost always contain a super-Earth," says Schlecker. Conversely, about 30% of all planetary systems in which super-Earths are formed also appear to have a cold Jupiter. It would be plausible to expect that massive planets are more likely to disrupt planetary systems during their formation in such a way that the formation of other planets is hindered. However, these cold Jupiters seem to be sufficiently far away from the interiors, so that their influence on the development seems to be rather small.

However, the evaluation of the simulated planetary systems could not confirm this trend. Only one-third of all cold Jupiters was accompanied by at least one super-Earth. Furthermore, astronomers found a cold Jupiter in only 10% of all synthetic planetary systems with super-Earths. Thus, the simulations show that both super-Earths and cold Jupiters are only slightly more likely to occur together in a planetary system than if they appeared alone. The scientists attribute this result to several reasons.

One explanation has to do with the rate at which gas planets gradually migrate inward. Planet formation theory seems to predict higher rates than observed, leading to an increased accumulation of gas giants on orbits of intermediate distance. In the simulations, these "warm Jupiters" interfere with the inner orbits and cause more super-Earths to be ejected or even collide in gigantic collisions. With a slightly lower tendency of the simulated gas planets to migrate, more of the super-Earths would remain, which would be more compatible with the observations.

Simulations Predict Future Discoveries

Now, the observations only roughly distinguish between different types of super-Earths, because their exact characterisation would require precise measurements that are hardly possible with today's instruments. In the simulations of the Bern-Heidelberg group, however, this is achieved by tracing the path of a planet within the protoplanetary disk and its encounters with other planets. "We found a significant excess of planetary systems containing both a cold Jupiter and at least one dry super-Earth, i.e., with little water or ice, and a thin atmosphere at most," Schlecker notes. A comparison with observational data is difficult, because of the approximately 3200 planetary systems known to date, only 24 have been proven to be comparable with such a constellation. Nevertheless, the available results are in good agreement. On the other hand, there are hardly any planetary systems in which super-Earths with a high proportion of ice and a cold Jupiter exist simultaneously.

Based on these findings, the astronomers of this study have developed a scenario that could explain the formation of these quite different types of planetary systems. As the simulations show, the final constellation is mainly determined by the mass of the protoplanetary disk, i.e., the amount of material available for the accretion of planets.

In disks with medium mass there is not enough material in the inner, warm region to produce super-Earths. At the same time, the amount is also too small in the outer parts beyond the snowline, where water is present in frozen form and the proportion of ice chunks is quite large, to form massive planets like Jupiter. Instead, the material there condenses into super-Earths with a high proportion of ice with a possibly extended gas envelope. These super-Earths gradually migrate inwards. In contrast, there is enough material in massive disks to form both Earth-like rocky planets at moderate distances from the central star and cold giant planets beyond the snowline. These rocky planets are poor in ice and gas. Outside the orbit of the cold Jupiter, ice-rich super-Earths can form, but their migration in the radial direction is limited by the influence of the giant planet. Therefore, they cannot enter the inner, warm zone.

Verifying the Prediction is Only Possible in A Few Years' Time

However, it will only be possible to verify this concept with powerful telescopes such as the Extremely Large Telescope (ELT) of the European Southern Observatory or the James Webb Space Telescope (JWST). Both are expected to be operational within this decade. "Theoretical predictions must be able to fail in the face of empirical experience," Schlecker demands. "With the next-generation instruments that are about to be deployed, we will be able to test whether our model will hold up or whether we have to go back to the drawing boards."

In principle, this result could also apply to such dry rocky planets, which have roughly the size and the mass of the Earth. So, it might not be a coincidence that the solar system contains a planet like Jupiter as well as Earth. However, the measuring devices available today are not sensitive enough to reliably detect such Earth twins in large numbers by means of observations. For this reason, astronomers must currently still largely confine themselves to studying the Earth's massive counterparts. Only with the ELT and the JWST can we expect progress in this direction.


With Jupiter being a gaseous planet, what is happening at the poles, both magnetically, and thermally? What would a compass do, and is there ice?

Jupiter isn't entirely 'gaseous' in the typical, earthly sense that air is a gas, that's airy and transparent and light and fluid.

There are no surfaces—you couldn't land a lander (NASA dropped a probe attached to the Galileo spacecraft into Jupiter, and it died within an hour) and anything you drop will just keep falling forever until it's either crushed, burnt, melted, corroded or otherwise obliterated. The atmosphere is thoroughly mixed, so there is no significant temperature difference between the equator and poles of Jupiter. There are trace water vapour/ice clouds, but no pack ice, which is simply impossible on planets without a solid surface.

Jupiter is described as a 'gas giant' because of its internal composition (not to be confused with atmospheric composition, a mistake which is easy to make when talking about gas giants), which is mostly hydrogen and helium surrounding a (probably) dense, rocky core, versus terrestrial planets like Mercury, Venus, Earth, or Mars, which are composed primarily of silicates (i.e. rock) and metal, or 'ice giants' like Uranus and Neptune, which are composed mainly of what astronomer call 'ices': water, methane and ammonia. If you want to be vraiment pedantic, you could call the surface of Jupiter's silicate core its 'surface', and that it just has an extremely huge, thick, dense atmosphere, but most astrophysicists would dismiss you as overly facetious.

As already mentioned, Jupiter is 89–90% hydrogen. However, this isn't a giant ball of diffuse gas. The pressure steadily increases as you go down so that at some point, the hydrogen is distinctly liquid. This transition isn't abrupt like the divide between the ocean and the sky it simply gets more and more dense that at a point, it is clearly liquid. Even deeper, the hydrogen becomes metallic: the macro-molecular structure would be an irregular arrangement of protons surrounded by a 'sea' of delocalised electrons (it is worth noting that this is fairly difficult to achieve on Earth in labs). This effectively means that the pressure is sufficiently high to have overcome the repulsive forces between individual hydrogen (H₂) molecules, and the electron clouds of the molecules have all been forced together to form one giant electron orbital (the more technically correct term is that the wavefunctions of individual hydrogen molecular orbitals have all been superposed).

This liquid metallic hydrogen is thought to be superconductive and magnetic, but that doesn't really matter, because all we need is that it behaves like a liquid metal. Heat from Jupiter's core (arising from the sheer pressure, called gravitational collapse) drive convection currents in the metallic hydrogen, which set up a dipole magnetic field just like a bar magnet's, or even Earth's own. More proof: there are aurorae around Jupiter's poles, just like our own.

This magnetic field is extrêmement strong, and traps enough charged particles from the Sun that someone on Europa's surface—which passes well inside Jupiter's magnetic field and is constantly blasted by these high-speed particles—would rapidly get sick from the radiation, and very likely die in a matter of weeks without sufficient protection (that a typical spacesuit does ne pas provide). This 'radiation' isn't gamma radiation, but simply extremely fast, charged particles that literally work like tiny bullets. They rip through organic tissue damaging structures on a molecular level, in turn causing mutations, inflammations, tumours and such. This is called ionising radiation.

Long story short, a compass on Jupiter would behave exactly as it does on Earth: align with the magnetic field that points North-South.


Is there a clear-cut difference between rocky and gaseous planets? - Astronomie

A few friends and I are currently in debate about space. They say that there is no sound in space and that it is because there is no air in space. For instance if someone were talking to you, you couldn't hear what they were saying. I found it hard to believe either of those claims. I argued that there has to be air out there and that even if there was no air, there would still be sound because things like radio waves and light waves travel through space. Could you please clear us up on this argument.

Answer by Dave: I'm afraid that your friends are right. In empty space, there is no air, and what we call "sound" is actually vibrations in the air. Now, like you've said, there are indeed light waves and radio waves in space, but these waves are not sound, but light. Light does not need air to travel, but then you don't hear it you see it, or it is interpreted by your radio set and then translated into sound.

Astronauts in space do talk to each other. In the spacecraft, there is plenty of air, so they just talk normally. When they are spacewalking, they talk by means of radios in their helmets. The radio waves, again, have no problem in space, but they're not sound. They're radio, which has to be converted into sound by the astronauts' headsets.

But can't there be vibrations in matter that isn't air? And if there are gases in space, then why can't sounds move through them?

Answer by Lynn: You're right that there are gases in space, and it's true that these gasses can propagate sound waves just like Earth's air allows sound to travel. The difference is that interstellar gas clouds are much less dense than the Earth's atmosphere. (They have fewer atoms per cubic foot.) So if a sound wave was traveling through a big gas cloud in space and we were out there listening, only a few atoms per second would impact our eardrum, and we wouldn't be able to hear the sound because our ears aren't sensitive enough. Maybe if we had an amazingly large and sensitive microphone we could detect these sounds, but to our human ear it would be silent.

There can also be vibrations in matter that's not gaseous: for example, the solid Earth or even the Sun (see the related link below). But although sound can travel through Earth, it can't travel from Earth to Mars because there's essentially no matter (gases, liquids, solids) in between the two planets for it to travel through.

So it's not strictly true that no sound vibrations can travel through space at all, but it is true that humans would not be able to hear any sounds in space.

But in movies when they show a large space ship exploding and another spaceship nearby they often play a large exploding sound. I'm wondering in large explosions (maybe not as small as a spaceship exploding, but say in a supernova) could a person hear the sound because possibly the explosion releases gases in which the acoustic energy is transported through the vacuum between the explosion and some observer in a spaceship (or possibly on earth) if the supernova or spaceship explosion was relatively nearby?

Answer by Lynn: I know in movies a lot of times they play sounds when things explode, but I don't know of any cases where this would actually be realistic. Because space is a vacuum, gases released into space expand very quickly, and as they expand their density decreases.

So say you were in a spaceship in the middle of a big space battle and a nearby ship exploded. The exploding ship would release gases and technically sound could travel along with them. However, since space is a vacuum, these gases will spread out very rapidly and the density will drop off very fast with distance from the explosion. (If you think about it, the amount of air in the ship is probably not very large compared to the volume of space between two ships.) So by the time the explosion reached your ship nearby, any sounds carried by the gas would still be too faint to hear. It seems more likely to me that what you would hear would be the shrapnel from the explosion banging into the hull of your ship. As you point out, it depends on distance. If the your ship was directly next to the exploding ship, you would be more likely to hear something, but it would also be bad news for your ship and crew!

It's pretty much the same for a supernova. The gases from a supernova explosion expand rapidly, and the density will drop off fast. I'm not sure how close you would have to be to hear a supernova, because I'm not sure where you would have to be to get densities close to Earth atmospheric values, and you might need a computer simulation to tell exactly. But to get some idea of how the density of gas would drop off as you expand the material of a star, I did a really simple calculation. If you took a star 50 times the mass of the sun and distributed its mass over a sphere of space with a radius equal to the planet Mercury's orbital distance, the density would already be 10 times less than atmospheric density at sea level on Earth. Mercury is pretty close to the sun, and you wouldn't be able to hear sounds even at that distance! In reality, not all the star's mass is ejected into space, and the gas that is expelled has shock waves, which are compressed. But the basic idea is that you would have to be extremely close to get densities high enough to hear anything. So we won't ever hear a supernova explosion on Earth, for example. It's a little sad, but space really is silent.

Page last updated on June 22, 2015.

A propos de l'auteur

Dave Kornreich

Dave était le fondateur de Ask an Astronomer. Il a obtenu son doctorat à Cornell en 2001 et est maintenant professeur adjoint au Département de physique et de sciences physiques de l'Université d'État de Humboldt en Californie. Là, il dirige sa propre version de Ask the Astronomer. Il nous aide également avec l'étrange question de cosmologie.


Voir la vidéo: les planetes rocheuses et gazeuses (Juillet 2021).