intérieur planétaire

Dans les profondeurs d'une sub-Neptune, où la pression atteint cent mille bars et la température quatre mille degrés, la roche se comporte comme une soupe bouillante. Les vapeurs lourdes de silicium et de magnésium s'élèvent, refroidissent et retombent en pluie de particules solides.

Une planète dans la zone habitable n'est pas une garantie de vie. Comme un chef d'orchestre dirige son orchestre, l'étoile dicte, sur des milliards d'années, le tempo et le caractère de l'évolution des atmosphères planétaires.

Lorsque le télescope James Webb décompose la lumière d'une exoplanète lointaine en spectre, il lit une chronique chimique. Mais cette chronique n'est pas une vérité monolithique : c'est une atmosphère sans cesse réécrite par le rayonnement de l'étoile.

Depuis près d'un siècle, la sismologie reste le principal « rayon X » de la planète, sondant les profondeurs par le biais des ondes élastiques. Mais les neutrinos — ces particules fantômes prédites par Wolfgang Pauli — offrent un autre regard.

Le champ magnétique terrestre ressemble à un bouclier invisible qui nous protège des radiations cosmiques. Mais si l'on observe son motif moyen sur une longue période, on remarque que ce bouclier n'est pas parfaitement lisse — il a ses propres « coutures » et « rapiéçages ».

Une planète rocheuse incandescente ressemble à une casserole de soupe bouillante, sauf que son couvercle est l'atmosphère. Les gaz s'échappent du magma, enveloppent le monde d'une couverture dense et influencent eux-mêmes la vitesse à laquelle le corps céleste se refroidit.

Dans les profondeurs de l'océan, là où la lumière ne parvient pas, naît un plan pour capturer des particules qui n'interagissent presque avec rien. Les géoneutrinos, de minuscules messagers venus du manteau incandescent, sont émis lors de la désintégration de l'uranium et du thorium.

Une étoile à neutrons est une sphère de la taille d'une ville, mais avec une masse comparable à celle du Soleil. Son champ magnétique peut déchirer les atomes à des milliers de kilomètres de distance.

Encelade est une minuscule lune de Saturne, recouverte d'une épaisse croûte de glace. En dessous, un océan salé s'agite, et dans les profondeurs, un noyau chaud et poreux fonctionne peut-être, telle une éponge imbibée d'eau et de chaleur. Mais comment voir à travers des dizaines de kilomètres de glace ? Pas besoin de forer : on peut utiliser un « écho » électromagnétique.

Si l'on ne remue pas un cocktail en couches, le sirop lourd descend au fond. Une jeune planète est un océan bouillonnant de roche en fusion. En refroidissant, des minéraux s'y cristallisent : certains, comme le fer, deviennent plus lourds et coulent, d'autres flottent. On pourrait penser qu'une couche dense s'accumule près du noyau.

Le champ magnétique d'une planète ressemble à un bouclier invisible : il capture les particules chargées du vent solaire et s'étire derrière la planète en une longue traîne, comme une écharpe qui flotte.

Les champs magnétiques à la surface du Soleil se manifestent par des taches sombres et des facules brillantes. Mais ils naissent profondément à l'intérieur, où les flux de gaz incandescent fonctionnent comme une gigantesque dynamo. La question est de savoir si l'on peut, à partir des taches en surface, prédire ce qui se passera à l'intérieur de l'étoile dans quelques années.

Dans un grand nuage de gaz où naissent les étoiles, les lignes de champ magnétique sont alignées à peu près dans la même direction, comme les fibres d'un morceau de feutre.

Autour d'étoiles rouges et sombres tournent des planètes rocheuses. Pour certaines, l'année dure moins d'une journée terrestre — on les appelle des exoplanètes à période ultra-courte. Leur surface est torride et leur ciel est baigné d'une lumière cramoisie.

Sur le Soleil, il arrive que d'immenses nuages de plasma tentent de s'échapper dans l'espace. Mais souvent, ils n'y parviennent pas : une cage magnétique invisible les retient près de la surface. Ces éruptions ratées sont dites « confinées ». Les scientifiques ont construit un modèle informatique pour comprendre comment fonctionne cette cage.

Quand un boulanger pétrit sa pâte, chaque grain de farine peut révéler de quel moulin il vient. Il en va de même pour la Terre : la composition du fer dans ses profondeurs garde la mémoire de l'origine des fragments qui ont formé la planète.

Bien sous nos pieds, au centre même de la Terre, se trouve un noyau solide de fer. Mais il n'est pas fait de fer pur — il contient aussi des éléments plus légers, comme l'hydrogène. Comment l'hydrogène se répartit exactement à l'intérieur du noyau est resté longtemps une énigme.

À l'intérieur des planètes géantes, comme Jupiter et Saturne, la chaleur ne monte pas toujours librement. Les éléments lourds, plus abondants dans certaines couches que dans d'autres, empêchent le fluide chaud de remonter. Il se produit alors une semi-convection : un mélange où la chaleur et la composition se propagent à des vitesses différentes.

Versez une poignée de sable sec : il s'étale en un cône régulier. Maintenant, prenez un paquet de pâtes en forme d'étoiles : le tas restera presque vertical. Pourquoi ? Tout est une question de forme des particules. Des physiciens ont construit des tas cylindriques avec des particules de géométries variées — des billes lisses aux « polypodes » à plusieurs excroissances, comme une étoile de mer.

Beaucoup de planètes autour d'autres étoiles — exoplanètes — ont des orbites allongées. À chaque rapprochement, la gravité de l'étoile les comprime et les étire, comme si elle pétrissait une pâte. Les frottements réchauffent l'intérieur au point de faire fondre la roche, créant des océans de magma souterrains.

Une jeune sub-Neptune est une cocotte-minute où l'hydrogène et la roche mijotent dans le même chaudron. Six masses terrestres, trois pour cent d'hydrogène en masse, une température interne supérieure à 4000 K.