Récemment un prix Nobel a été attribué à deux scientifiques pour la découverte des exoplanètes. Il se trouve que l’un d’entre eux, Michel Mayor, nous avait accueilli dans son laboratoire à travers une société scientifique dont je faisais partie. C’était environ trois ans avant qu’il n’annonce sa découverte vers 1992. Il ne faisait pas mystère de ses recherches, il parcourait le ciel pour trouver ce genre de planètes. Au moment de notre visite, il avait déjà de sérieux indices qui demandaient confirmation. Pour ceux qui ne savent pas ce que c’est une exoplanète, eh bien c’est simple nous sommes sur l’une d’entre elles. Parmi ce que vous voyez briller dans le ciel la nuit, il y a des soleils comparables au nôtre, ou plus grands, ou plus petits A l’instar du  nôtre, on supposait, du moins certains, qu’ils entraînaient avec eux un système planétaire, on en cherchait la preuve. Cela peut paraître simple à première vue, mais c’est très compliqué. Imaginons un scientifique sur une autre planète située dans notre banlieue cosmique, quelques années lumière tout au plus. Il recherche la même chose et pointe son beau télescope en direction de notre soleil. Il emploie une des méthodes possibles, celle de l’occultation de la lumière par une planète qui passe devant l’astre. Là ou cela se complique c’est que l’univers est forcément en trois dimensions et que tout est en mouvement sur des distances qui se peuvent se mesurer en milliards d’années lumière.

Je vais vous expliquer cette méthode, et toute la complexité qu’elle peut avoir avec quelques exemples avec un peu de vulgarisation scientifique. Mais faites travailler vos méninges.

Tout d’abord gardons à l’esprit que l’on pourrait observer une exoplanète via l’éclairage qu’elle recevrait de son soleil, comme nous pouvons voir Venus briller dans le ciel. Mais plus la planète est éloignée de son soleil, moins elle brille. Dans notre système planétaire, les planètes au-delà de Saturne ne sont pas visibles à l’oeil nu, même si elles sont pourtant relativement proches du Soleil.
Quelques chiffres.
Pour un soleil qui ferait un mètre de diamètre.
La Terre mesure 0,91 cm de diamètre, elle se trouve à plus de 107 m du soleil.
Jupiter, plus grosse planète de notre système, mesure 12 cm de diamètre et se trouve à 560 m du soleil.
La plus proche étoile du Soleil est Proxima Centauri, elle fait partie d’un système triple (3 étoiles qui orbitent l’une autour de l’autre). Ce système est notre plus proche voisin à 29650 km selon la même échelle.
On ne connaît pas la grandeur de notre système solaire, mais en sachant que notre semblable voisin est à plus de 29 km pour un Soleil d’un mètre, on est sans doute loin de le connaître en entier et il pourrait y a voir de très grosses planètes au-delà de Pluton mais qui sont dans le noir quasi complet. On fait justement des recherches sur la sujet.
Nous pouvons presque conclure que les exoplanètes qui brilleraient en renvoyant l’éclat de leur soleil, sont noyées par le halo de la lumière de ce soleil, bien plus brillant que la lumière renvoyée par la planète. En reprenant les chiffres ci-dessus, ce que nous connaissons du système solaire en tant que planètes se tient à une distance comprise entre 0 et 700 mètres (Pluton), sur une distance de plusieurs kilomètres, c’est assez près. Remarquons en passant, c’est extraordinaire, que cette boule de 1 mètre (Soleil) exerce une attraction à 700 mètres sur quelque chose qui a la grandeur d’un oeil de verre.

 

En haut, vous avez la comparaison à l’échelle entre les diamètres du Soleil (jaune) Jupiter (bleu) Terre (petit point à droite de la flèche rouge. En bas, vous avez la grosse flèche rouge qui indique l’observateur, la direction depuis laquelle il regarde. La flèche verte indique la position de l’observateur par rapport à l’équateur de Soleil, c’est à dire qu’il a exactement les yeux à la hauteur de l’équateur, ni plus haut, ni plus bas. Par rapport à nous, si le Soleil était transparent, nous le verrions derrière à hauteur de l’équateur sur la droite. Je fais exprès de présenter la chose ainsi, car dans l’univers, l’idée de haut et de bas n’existe pas. Si vous regardez un avion qui vient vers vous à basse altitude, vous verrez d’abord l’avant, ensuite le dessous et après la queue. Quand la Lune traverse le ciel, qu’elle se lève à l’est, qu’elle soit en dessus de votre tête, qu’elle se couche à l’ouest, elle est toujours sur son plan orbital, ni en haut, ni en bas, même si on a l’impression qu’elle monte ou descend dans le ciel. Il en va de même pour tout objet céleste, il paraît haut ou bas par rapport à l’endroit où il est observé.
Le triangle orange représente la partie visible du Soleil pour l’observateur, la moitié, mais pas la même que nous qui sommes en face. A gauche sur le cercle noir, c’est Jupiter qui parcourt son orbite. Ca tombe bien Jupiter met un peu moins de 12 ans pour faire un tour complet autour du Soleil, on peut donc imaginer un cadran de montre, Jupiter est alors à 9 heures. Une de nos années terrestres plus tard, il sera alors à 10 heures. Si on regarde l’angle de vision de l’observateur, Jupiter deviendra pour lui visible 6 mois plus tard, vers 10 heures 30, début du triangle orange. Ceci pour autant que sa trajectoire soit proche de l’équateur du Soleil, on va le voir traverser le disque solaire dans sa partie la plus large. Ce n’est pas toujours le cas, il peut y avoir des planètes qui passent vers les pôles, tout dépend de l’excentricité de leur orbite, de la grosseur de leur soleil et surtout de la position de l’observateur. Dans le cas du système solaire, toutes les planètes sont alignées plus ou moins proche de l’équateur, sauf Pluton qui est très excentré. Si on regardait le système solaire de l’extérieur, à hauteur de l’équateur solaire, les planètes seraient en gros dans le prolongement de la ligne de l’équateur, sauf Pluton incliné de 17 degrés. Jupiter étant relativement gros, son passage devant le Soleil devrait un petit peu diminuer son éclat. A l’oeil nu c’est imperceptible, mais avec un appareil très sensible, cela devient possible. Le gros problème c’est de déterminer si cette diminution d’éclat est bien provoquée par un objet qui tourne autour de ce soleil, ou alors par un autre objet errant dans l’espace. On peut imaginer qu’une de nos comètes vienne s’intercaler entre l’observateur et l’observé, il faut s’en assurer. Un indice probant serait que, par exemple, cette diminution de luminosité commence  tous les 86 jours et finisse 23 jours plus tard, indiquant que quelque chose tourne régulièrement autour d’un soleil avec un régularité qui n’est plus du hasard.  On a pris Jupiter dans cette exemple, mais refaisons la même chose avec la Terre, la difficulté devient plus grande car son diamètre est bien plus petit, donc la diminution de l’éclat sera bien moindre. Les télescopes étant devenus de plus en plus performants, on peut limiter le champ d’observation à une partie du soleil observé, ce qui augmente les chances de voir une diminution d’éclat, mais nécessite de balayer la surface en répétant l’opération, ce qui peut prendre des années et il peut y avoir obscurcissement dans une autre partie que celle observée. Et quand l’on sait que certaines planètes comme Pluton mettent presque 250 ans pour accomplir une révolution complète, on imagine qu’une vie n’y suffit pas. Les moyens que nous possédons actuellement permettent de procéder par élimination. On photographie un coin du ciel et on répète l’opération plus tard. Par comparaison on voit si quelque chose a changé, cela donne une direction pour les recherches. A ce moment on peut chercher de quoi il s’agit et surtout s’il pourrait y avoir une exoplanète à la clé.
Pour monter toute la difficulté de trouver une exoplanète, reprenons le deuxième dessin. Le cas expliqué montrait l’observateur à hauteur de l’équateur (flèche verte), condition idéale. Inversons et mettons la flèche verte à la place de la rouge. Cela signifie que l’observateur voit, en simplifiant, le Soleil depuis un endroit situé en-dessus du Soleil sur la droite. La triangle orange vous suggère qu’il voit seulement un partie de l’équateur (ligne noire de l’équateur dans triangle orange). Si il chasse une planète, son champ de vision de l’équateur sera beaucoup plus restreint et donc ses chances minimisées. Mettons le flèche en haut, cette fois il est exactement à la verticale de l’axe de la planète, il ne verra aucune planète passer devant le disque du Soleil. Il peut regarder pendant dix ans et conclure que ce soleil n’a pas de système planétaire. Pour les objets lointains dans le ciel, nous ne savons pas depuis quel angle de vision nous les voyons, sauf si des indices probants nous l’indiquent. Reprenons des dessins et regardons-les depuis dessus. Sur le premier comme sur le second dessin précédent, vous avez la position de l’observateur (rond bleu) à 13 heures 30 et Jupiter à 9 heures Je vous expliquais avant que par rapport à son angle de vision, il ne voyait pas Jupiter mais le verrait quand il sera à 10 heures 30, c’est à dire dix-huit mois plus tard. Deuxième dessin, une année plus tard, Jupiter est effectivement à 10 heures. Mais comme rien n’est immuable et que tout bouge, lui aussi a bougé, suivant le mouvement propre à son système planétaire. Il voit le Soleil maintenant depuis un autre angle. Dans cette supposition purement imaginaire, il ne verrait Jupiter qu’à partir de 12 heures, donc encore deux ans d’attente s’il reste sur place. Mais comme notre observateur va continuer de bouger, la rencontre visuelle avec Jupiter pourra encore attendre des années, et si par hasard il est sur une planète qui tourne en 150 ans autour de son soleil, le mec devra s’armer de patience et vivre très longtemps.
Ce dont je vous parle ici, c’est la méthode visuelle, mais à cela viennent s’ajouter d’autres mesures qui relèvent de la physique, du calcul astronomique et autres plaisanteries qu’on apprend rarement à la maternelle. Ce qui est sûr, c’est que découvrir des exoplanètes n’a pas été de tout repos. Pendant des siècles, on a soupçonné qu’elles existaient, maintenant on le sait et en 25 ans on va vers les 4000 certifiées. Il y a 100 ans on ne connaissait pas l’existence de Pluton. Il y a 40 ans, on savait à peine que Pluton était en fait un couple planétaire entouré de satellites. Et sur ces exoplanètes, combien abritent la vie ? On ne le sait encore pas, mais comme pour les exoplanètes, on suppose que cela doit exister.

Le site de la NASA qui regorge de  photos en libre utilisation , bravo les Ricains, est une merveille d’exploration et de découvertes.

Un coin de Pluton en 2015.

Le compagnon de Pluton, Charon.

La découverte du couple Pluton et son satellite Charon a été faite par un hasard qui ressemble un peu à la découverte d’une exoplanète. Avec les moyens de l’époque en 1978, des photos prises avec un télescope à des époques différentes (images du haut), montrent un renflement sur la première, ce qui fit supposer qu’un très gros objet était proche de Pluton. C’est ainsi que l’on révisa notre connaissance de cette planète naine. A l’instar de la Lune on retrouve deux spécificités, Charon présente toujours la même face à Pluton, et est aussi un très gros satellite par rapport à la planète. Pluton possède encore 4 autres satellites de bien plus petites dimensions. En bas le couple tel qu’on pourrait le voir à proximité.

Cette représentation du système solaire donne une idée de lui lorsqu’on le regarde depuis l’extérieur à hauteur de Pluton. Le point blanc en-dessus du centre de la photo, c’est le Soleil. La Terre n’est pas visible, rappelons-nous cette boule de 1 mètre de diamètre alors que la Terre ne fait même pas 1 centimètre et qu’elle serait très proche de lui sur cette image. La luminosité du Soleil vu de Pluton en ferait un disque à peine plus grand sur l’image. Néanmoins, le Soleil envoie assez de lumière pour éclairer faiblement la surface de Pluton, mais ne réchauffe pas, la température en surface oscille entre -213 et moins 233 degrés, on est à plus de 100 degrés en-dessous de la plus basse température mesurée sur la Terre -89 degrés. Ce qui est très visible sur l’illustration, c’est l’excentricité et l’inclinaison de l’orbite de Pluton. Aucune planète de notre système ne fait un cercle parfait autour du Soleil, ni n’est parfaitement alignée sur le même plan que l’équateur solaire, mais Pluton a un comportement très spécial de ce point de vue. A certaines périodes, elle est plus proche du Soleil que Neptune et nettement plus haut ou plus bas que l’orbite de Neptune. Autre particularité entre Neptune et Pluton, pendant que le premier fait trois révolutions autour du Soleil, le second en fait exactement deux.

Titan, le deuxième plus gros satellite connu du système solaire et le seul à posséder une atmosphère dense. En-dessus Pandore, petit satellite difforme qui semble mettre un accent grave sur Titan. A droite les anneaux de Saturne.

 

Actualité toute récente, Mercure la planète la plus proche du Soleil, est un petit point qui passe sur le disque solaire. Si nous autres, sur notre planète, nous étions dans un autre système solaire et que nous observions notre Soleil, cette photo voudrait dire que nous avons découvert une exoplanète, Mais nous connaissons Mercure depuis toujours, on la remarque comme un étoile assez brillante, un peu avant le lever du Soleil, ou alors après son coucher. En fait c’est quand elle passe devant le Soleil que l’on ne la voit pas briller.

Source photos NASA