Astrophysique terrestre et planétaire astro-ph.EP

Les trois planètes du système Kepler-51 intriguent depuis longtemps les astronomes : par leur taille, elles rappellent Saturne, mais leur densité est inférieure à celle de l'eau. Ces mondes « super-gonflés », dont les masses ne dépassent pas dix fois celle de la Terre, sont comme des pissenlits cosmiques — massifs mais presque sans poids.

En août 2024, le coronographe MIRI du télescope James Webb observait Alpha du Centaure A, l'étoile de type solaire la plus proche du Soleil. À 1,5 seconde d'arc de l'étoile, une source ponctuelle S1 a clignoté. Flux de 3,5 mJy, contraste de 5,5×10⁻⁵. Quatre à six sigma. Un phare a brillé dans la brume.

Une toupie inclinée sur une table, autour de laquelle tourne une galette de poussière. Voilà à quoi ressemble un jeune système stellaire où l'axe de rotation de l'étoile et le plan du disque protoplanétaire ne coïncident pas.

L'eau, c'est l'étalon-or de la vie. On en cherche des traces sur Mars, dans les lunes glacées, dans les atmosphères de planètes lointaines. Mais et si la vie n'avait pas besoin d'eau ? Sur une exoplanète rocheuse chaude à atmosphère ténue, l'eau s'évaporerait en quelques heures.

Trois corps qui s'attirent selon la loi de la gravitation universelle : voilà un problème qui déroute les mathématiciens depuis trois siècles. Depuis Poincaré, on sait qu'il n'existe pas de solution générale et que les trajectoires sont chaotiques. Mais dans ce chaos, il y a des îlots d'ordre : les orbites périodiques, où le mouvement se répète.

Toutes les quelques heures, depuis le désert de Mojave, près de Madrid et de Canberra, d'étroits faisceaux d'ondes radio partent vers le ciel. C'est le Deep Space Network de la NASA, trois complexes d'antennes qui maintiennent le contact avec les sondes à travers tout le système solaire.

Au cœur même d'un nuage moléculaire, là où la température chute à 10–20 kelvins et où la densité du gaz atteint un million de particules par centimètre cube, règne une ombre glacée.

Quatre heures cinquante-huit minutes. À ce rythme, tel un métronome, quelque chose passe devant la naine blanche ZTF J1944+4557, assombrissant sa lumière d'un tiers, parfois de près de la moitié.

En 2022, le télescope Subaru a photographié un point lumineux à 100 unités astronomiques de l'étoile AB Aurigae. Ce point a été nommé planète AB Aur b, mais les débats n'ont pas cessé : qu'est-ce qui brille exactement, la planète elle-même ou la poussière qui l'entoure ?

Le côté diurne de la planète WASP-121b est chauffé à 2358 kelvins, soit plus chaud que la surface de nombreuses étoiles. Ici, dans une lumière éternelle, l’atmosphère ne bout pas seulement, elle fait fondre les roches et les transforme en gaz. Mais tout le gaz ne reste pas gazeux.

Un vent soufflant à contre-rotation de la planète attise la forge de carbone. Voilà à quoi ressemble l'atmosphère de l'objet PSR J2322-2650b, un compagnon de type jovien d'un pulsar milliseconde.

Pendant 36 jours, le cyclone tropical Freddy a fait rage au-dessus de l'océan Indien, le plus long de l'histoire des observations. Les météorologues le suivaient depuis des satellites, des avions et des stations au sol. Mais un détail échappait à tous les instruments : la densité exacte de l'air au cœur du vortex.

La Lune garde un secret qui a troublé les planétologues pendant des décennies : sa composition isotopique est presque identique à celle de la Terre. Selon le modèle canonique de l'impact géant, la Lune aurait dû hériter de la majeure partie de la matière de l'impacteur Théia, une planète de la taille de Mars qui a percuté la jeune Terre.

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.

En 2023, le télescope James Webb a braqué son regard sur une étoile lointaine de la constellation de la Vierge. Autour d'elle orbite la planète HAT-P-26 b, un Neptune tiède, un monde de 18,6 masses terrestres et de 6,33 rayons terrestres.

La super-Terre ultra-chaude TOI-561 b fait le tour de son étoile en 10,7 heures. C'est une boule de roche incandescente, si proche de son étoile que son côté diurne devrait chauffer jusqu'à 2950 K, une température à laquelle fondent de nombreux minéraux.

Les naines brunes sont des « étoiles ratées » qui n'ont jamais réussi à allumer leur fournaise nucléaire. Plus massives que des planètes mais plus légères que des étoiles, elles ressemblent à de gigantesques mixeurs atmosphériques : leurs entrailles sont brûlantes, leurs couches supérieures relativement fraîches, et de puissants courants secouent ce mélange.

Les astronomes ne comprenaient pas pourquoi, dans la « zone des Neptunes brûlants » — la région tout près des étoiles — il n'y a presque pas de planètes de la taille de Neptune. On pensait qu'elles y étaient condamnées : la proximité de l'étoile fait évaporer l'atmosphère, ne laissant qu'un noyau rocheux nu.

Grâce à James Webb, le télescope spatial le plus puissant jamais conçu, les astronomes ont jeté un coup d'œil dans la loge cosmique et ont observé les anneaux de l'astéroïde Chariclo en pleine métamorphose.

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.

La planète WASP-121b est si proche de son étoile que la chaleur fait évaporer son atmosphère, qui s'échappe comme les queues d'une comète. Grâce au télescope James Webb, les astronomes ont pour la première fois observé ce processus en continu.

Le télescope TESS, qui cherche habituellement des planètes autour d'autres étoiles, a remarqué 24 baisses de luminosité autour de RZ Psc. C'étaient des comètes — des blocs de 1 à 7 km, passant devant le disque de l'étoile.

La Lune pourrait avoir sa propre minuscule lune, comme une poupée russe, mais dans l'espace. La poupée extérieure est la planète, celle du milieu est la lune, et la plus petite est une mini-lune, ou sub-lune. Newton a montré que tous les corps s'attirent, et la gravité les maintient ensemble.

Ce n'est qu'en passant devant une étoile que Chiron a révélé son secret. Trois anneaux de glace ceignent ce corps de 200 kilomètres, hybride de comète et d'astéroïde.

La queue de la comète 3I/ATLAS, qui s'étend sur des millions de kilomètres, est faite de gaz raréfié et de fines poussières. Fin octobre 2025, deux engins terrestres, Europa Clipper et Hera, vont s'y plonger. Aucun des deux n'a été conçu pour rencontrer une comète : Clipper se rend vers une lune de Jupiter, Hera vers un astéroïde.

L'objectif de la caméra n'est pas plus grand qu'une pièce de monnaie. On en trouve dans les smartphones, mais ici il était installé sur la sonde Hayabusa-2 pour les atterrissages sur astéroïde.

Dès le XVIIIe siècle, William Herschel cherchait la vie sur Mars. Aujourd'hui, les astronomes ne visent plus les planètes mais les artefacts — par exemple, des sondes extraterrestres cachées dans le système solaire. Le problème : repérer un objet minuscule à côté du Soleil éblouissant est presque impossible.

Dans l'obscurité infinie de l'espace interstellaire, la planète vagabonde WISE 0855 scintille d'une lueur thermique à peine perceptible, comme une braise qui se refroidit.

La composition chimique d'un échantillon, c'est comme un paysage sonore. Une forêt vivante résonne de multiples voix : gazouillis, bruissements, bourdonnements d'insectes. Un désert stérile n'offre que le sifflement du vent.

Après la naissance de la Lune, la Terre ressemblait à une pâte brûlante : un océan de magma liquide sous un épais voile de gaz. La Lune agissait comme une immense cuillère, pétrissant sans cesse cette pâte par sa gravité. Les frottements généraient de la chaleur, retardant le refroidissement.

Le type de planète le plus courant dans notre Galaxie est celui des mondes rocheux autour d'autres étoiles, ou exoplanètes, enveloppés du gaz le plus simple, l'hydrogène. Leur contenu est resté un mystère jusqu'à ce que des scientifiques reproduisent en laboratoire les conditions de leurs entrailles.

La gravité de la planète comprime et pétrit rythmiquement la lune, comme une pâte : ce « malaxage » constant échauffe l'intérieur, et des océans d'eau peuvent subsister longtemps sous la croûte de glace. Dans la galaxie, il y a une multitude de planètes errantes, éjectées par une…

La Lune n'est pas qu'une boule de pierre, c'est une cloche géante. Lorsque les ondes gravitationnelles la traversent, elle se met à vibrer imperceptiblement.

Parmi les exoplanètes, on trouve souvent des sub-Neptunes – des mondes un peu plus petits que Neptune. On les détecte par la méthode du transit (l'occultation de l'étoile), dont le pionnier fut William Borucki.

La vie a commencé avec des molécules semblables à de la crème solaire naturelle — à base de carbone, elles absorbaient les ultraviolets doux du jeune Soleil et les transformaient en chaleur.

Les horaires de bus dérivent : si on ne les vérifie pas, on rate le bus. Les planètes d'autres étoiles ont le même problème : leurs passages devant le disque se décalent progressivement. Le projet ExoClock a combiné 30 000 observations depuis la Terre et l'espace pour affiner l'horaire de 620 mondes lointains.

La chasse aux exolunes — la recherche de satellites autour de planètes d'autres étoiles — évoque l'observation d'ombres au théâtre, où le projecteur tantôt s'éteint, tantôt s'embrase.

Les naines brunes sont plus lourdes que les planètes, mais plus légères que les étoiles. Leur atmosphère ressemble à une marmite en ébullition : des nuages de sable brûlant et de gouttelettes de fer montent et descendent sans cesse.

Deuxième visiteur interstellaire, la comète 3I/ATLAS brille d'une manière inhabituelle à cause de grains de métal rouillés dans son noyau glacé. En s'approchant du Soleil, elle se comporte comme une vieille boîte de conserve jetée dans un feu de camp : la chaleur fait fondre la glace, l'eau s'infiltre dans le métal, et une corrosion intense s'ensuit.

Les roches lunaires ont rapporté une énigme : leur âge est de 4,35 milliards d'années, mais la Lune elle-même aurait dû apparaître 150 millions d'années plus tôt. Le temps manquant est caché dans le réchauffement par les marées.