Une nouvelle technique pour appréhender la topographie des exoplanètes

Par Gaëlle Degrez / Publié le 28 janvier 2019

A quoi ressemble une exoplanète ? Pour l’instant, aucun instrument n’a réussi à imager des exoplanètes rocheuses, tant elles sont petites et lointaines. Pour la première fois, une équipe de chercheur de GEOPS (CNRS, Univ. Paris-Sud, Univ. Paris-Saclay) et du Département de Physique de l’Université McGill (Montréal, Canada) a proposé une technique pour synthétiser numériquement des topographies réalistes des exoplanètes telluriques. Muni de votre navigateur web, vous pourrez vous approcher et vous poser sur ces objets célestes synthétiques. Cette avancée permettra de mieux préparer l’analyse des données réelles issues des futures campagnes d’observation directe des exoplanètes.

Les exoplanètes sont des corps qui gravitent autour d’autres étoiles que le soleil. Elles sont extrêmement lointaines, peu lumineuses et petites. Pour l’instant, aucun instrument n’a réussi acquérir une image d’une exoplanète rocheuse, tant le défi est considérable. Une équipe de chercheur a proposé une technique pour synthétiser numériquement des topographies réalistes des exoplanètes telluriques pour visualiser ces mondes lointains et préparer l’analyse des futures données.

Une étude statistique des corps du Système Solaire (la Terre, la Lune, Mercure et Mars), a démontré que les topographies des corps telluriques partagent des caractéristiques similaires. Le modèle dit « multifractal » permet de rendre compte de la complexité de ces corps, tantôt lisses, tantôt rugueux, à toutes les échelles. Ce modèle est une extension du modèle bien connu des fractales, popularisé par Benoît Mandelbrot.

Dans une étude publiée au journal « Monthly Notice of Royal Astronomical Society », le groupe de chercheurs a pour la première fois pu générer des surfaces « multifractales » en géométrie sphériques. Celles-ci comportent des zones lisses et rugueuses à toutes les échelles, comme dans la réalité. L’outil étant basé sur un germe aléatoire, il est capable de générer autant d'exemples que nécessaire. Ces topographies synthétiques permettront de résoudre plusieurs énigmes sur les exoplanètes mais aussi sur les corps du Système Solaire et la Terre primitive.

Devenez un voyageur planétaire sans vous déplacer de votre salon 

En guise d’illustration, cette première étude propose d’étudier la statistique des terres émergés (îles, continent, …) et des mers (lacs, océans, …) en fonction du niveau de remplissage d’eau liquide. Les résultats montrent que la taille du plus grand océan est très variable : dans le cas où il y a peu d’eau, 90% de la surface est recouverte de continent et 10% de mers, le plus grand océan a une taille moyenne de 75% des mers mais peut varier entre 25% et 95%. Dans le cas similaire à la Terre, 70% de la surface de la planète est recouverte d’océan et 30% de continent mais le plus grand continent fait en moyenne 75% des terres émergés (entre 25% et 90%), contre 55% sur notre Terre. Cette étude montre que la configuration de la Terre est plus probable avec des continents connectés plus grands. Cette situation a eu lieu il y a 300 millions d’année : la Terre sous la forme d’un unique supercontinent appelé « la Pangée ».

Pour mieux appréhender ces topographies synthétiques, un outil de visualisation 3D en ligne (utilisable sur toutes les plateformes, y compris tablettes et téléphones) a été mis en place avec plusieurs exemples d’exoplanètes. Vous pouvez donc devenir un voyageur planétaire sans vous déplacer de votre salon  !

https://data.ipsl.fr/exotopo/

Ces topographies synthétiques ont permis d’étudier la géométrie des potentiels océans en dehors du Système Solaire, un point important pour l’habitabilité. En effet, les interfaces entre surfaces continentales et océans ont été suggérées comme essentielles pour l’apparition de la vie. D’autre part, cette étude ouvre la voie vers la caractérisation fine des exoplanètes qui seront prochainement observables grâce à une nouvelle génération d’instruments spatiaux et au sol, comme le James Webb Space Telescope en 2021, et l’European Extremely Large Telescope à l’horizon 2024.

Référence :

Landais., F. Schmidt, F., Lovejoy, S. Topography of (exo)planet, Monthly Notice of Royal Academy of Science, 2019, 484, 787-793, http://dx.doi.org/10.1093/mnras/sty3253

Landais, F.; Schmidt, F. & Lovejoy, S. Multifractal topography of several planetary bodies in the Solar System, Icarus, 2019, 319, 14-20, http://dx.doi.org/10.1016/j.icarus.2018.07.005

Contacts :

François Landais :francois.landais @ u-psud.fr, UMR 8148 GEOPS, Université Paris-Sud, CNRS, Orsay

Frédéric Schmidt :frederic.schmidt @ u-psud.fr, UMR 8148 GEOPS, Université Paris-Sud, CNRS, Orsay

Shaun Lovejoy :lovejoy @ physics.mcgill.ca, Physics Department, McGill University, Montréal

Dernière modification le 28 janvier 2019