Le télescope spatial JWST a pointé son objectif vers le monde rocheux incandescent 55 Cancri e, et a vu une enveloppe gazeuse dense. En revanche, la plus froide TRAPPIST-1 b, qui orbite autour d'une naine rouge sombre, n'a pas d'enveloppe : un rocher nu. Le tableau est inversé : les planètes chaudes retiennent leur atmosphère, les froides la perdent. L'ancien « rivage cosmique », une frontière unique séparant les mondes avec air des roches nues, ne pouvait pas expliquer cela.

Les astrophysiciens ont construit un modèle où l'intérieur et l'atmosphère de la planète échangent des gaz comme des vases communicants. Tant que la planète est jeune et chaude, sa croûte rocheuse est partiellement fondue, c'est un océan de magma. L'eau, le dioxyde de carbone et d'autres substances volatiles se cachent dans cette roche fondue, comme des objets de valeur dans un coffre-fort. L'étoile n'arrache que la fine couche de gaz en surface, tandis que la réserve principale reste dans les profondeurs. Ainsi, sur les planètes les plus chaudes, proches de leur étoile, apparaît un « haut-fond cosmique », une zone où les atmosphères survivent malgré l'irradiation.

Plus loin de l'étoile, la planète refroidit plus vite. Le magma se solidifie, le coffre-fort s'ouvre : les gaz sont poussés dans l'atmosphère. Mais le vent cosmique, le flux de particules et de rayonnement de l'étoile, est encore puissant. Il emporte tout ce qui est sorti. Une « vallée sans air » apparaît, une large bande où les atmosphères ne survivent pas. Les planètes y sont nues, alors que selon les anciennes conceptions, c'est précisément là qu'elles devraient retenir leur air.

Encore plus loin de l'étoile, l'irradiation est plus faible. Les gaz issus du magma solidifié restent autour de la planète. C'est le classique « rivage cosmique », la frontière au-delà de laquelle les atmosphères sont stables. Ainsi, au lieu d'une seule ligne, on en a deux : le haut-fond chaud et le rivage froid. Entre eux se trouve la vallée sans air, le cimetière des mondes nus.

Les frontières ne sont pas fixes. Avec le temps, elles se déplacent : le haut-fond se rétrécit à mesure que les planètes refroidissent, la vallée sans air s'élargit. La masse compte aussi : pour les corps plus légers que 0,5 à 0,8 masse terrestre, les atmosphères sont presque toujours emportées, tandis que les plus massifs peuvent conserver des restes d'oxygène ou de dioxyde de carbone. Désormais, les astronomes disposent d'une carte pour prédire où chercher de l'air sur les mondes rocheux. Et un premier coup d'œil à cette carte explique pourquoi 55 Cancri e respire, mais pas TRAPPIST-1 b.