Illustration d’un artiste d’un monde qui serait classé comme une super-Terre rocheuse Si tu as chaud [] assez pour faire bouillir l’atmosphère d’une grande planète, vous pouvez vous retrouver avec une Super-Terre rocheuse, mais les températures seront si élevées que vous allez rôtir votre planète Si votre rayon est plus d’environ 30% plus grand que la Terre, vous collecterez une grande enveloppe de gaz volatils et ressemblerez plus à Neptune qu’à la Terre.

Les mondes terrestres incluent la Terre et sont généralement considérés comme les meilleurs endroits pour rechercher la vie autour d’étoiles autres que la nôtre Les géantes gazeuses que nous avons dans notre système solaire, however, sont à la fois trop froides et enveloppées d’épaisses couches d’hydrogène et d’hélium, ce qui nuit fortement à la vie que nous connaissons pour y survivre et prospérer. Compte tenu du succès de la vie sur notre propre planète, mais nulle part ailleurs, nous n’avons cherché jusqu’à présent, il est logique de rechercher des mondes qui pourraient avoir des conditions similaires

However, lorsque nous examinons nos missions de chasse aux exoplanètes les plus réussiesKepler et TESSla classe de monde la plus abondante qu’ils ont trouvée est un type intermédiaire: communément appelé super-Terres Malgré l’attrait d’une planète qui pourrait ressembler à la Terre, mais plus grande et avec plus de place pour les formes de vie, les super-Terres ne ressemblent en rien à nos imaginations de science-fiction. Voici pourquoi vous ne devez jamais essayer d’en coloniser un

L’interprétation de cet artiste, d’un disque protoplanétaire tel que celui attendu autour de TW Hydrae, watch [] que même avec les meilleurs télescopes optiques et proche infrarouge dont nous disposons, nous ne pouvons qu’espérer déduire les emplacements des planètes massives les plus proéminentes qui se forment dans ces environnements protoplanétaires

Pour comprendre comment les planètes deviennent telles qu’elles sont aujourd’hui, nous devons revenir au début: aux disques protoplanétaires qui donnent naissance aux systèmes solaires modernes dans toute la galaxie. Generally, ce qui finit par se produire, c’est qu’un nuage de gaz s’effondrera sous sa propre gravité, avec des poches de ce gaz se fragmentant en amas individuels. Si un amas de gaz est à la fois assez massif et assez froid (ou assez efficace pour le refroidissement), il peut s’effondrer pour donner naissance à une ou plusieurs nouvelles étoiles, avec un grand disque de matériau englobant tout le système proto-étoiles.

With time, ce disque gagnera des instabilités, car de petites imperfections se développeront gravitationnellement Cela trace des chemins vides dans le disque, car ces premières masses peuvent engloutir la matière sur leur orbite et influencer gravitationnellement les autres masses autour d’elles. Cela conduit à un scénario chaotique, où une combinaison de fusions, de migration gravitationnelle, d’éjection et de chauffage supplémentaire de la ou des étoiles centrales finit par faire bouillir la matière restante. Après quelques dizaines de millions d’années, tout est fini, et un système solaire nouvellement formé émergera

Le système solaire s’est formé à partir d’un nuage de gaz, qui a donné naissance à une proto-étoile, une proto-planétaire [] disque, et éventuellement les graines de ce qui deviendrait des planètes Le couronnement de l’histoire de notre propre système solaire est la création et la formation de la Terre exactement comme nous l’avons aujourd’hui, ce qui n’a peut-être pas été une rareté cosmique aussi spéciale qu’on le pensait autrefois.

Generally, la plupart des systèmes solaires ont en commun quelques caractéristiques Ils finissent généralement par posséder:

Avant de commencer à trouver des planètes autour d’autres étoiles, nous avions émis l’hypothèse qu’il y avait une raison majeure pour laquelle les planètes de notre système solaire étaient distribuées telles quelles: avec des mondes rocheux proches de l’étoile centrale, des géantes gazeuses éloignées de l’étoile centrale. , et une ceinture d’astéroïdes entre eux Maintenant que nous avons identifié des milliers d’étoiles entourées de systèmes planétaires, et caractérisé bon nombre de ces planètes par leur masse, leur rayon et leur période orbitale, nous savons que les systèmes solaires ont une énorme variété de configurations, et le nôtre n’est qu’un exemple de ce qui est possible

Today, nous connaissons plus de 4 000 exoplanètes confirmées, including more than 2 500 de celles trouvées dans le Kepler [ ] Les données Ces planètes varient en taille de plus grande que Jupiter à plus petite que la Terre Pourtant, en raison des limites de la taille de Kepler et de la durée de la mission, la majorité des planètes sont très chaudes et proches de leur étoile, et sont biaisées vers des planètes plus grandes que la Terre et plus proches de leur Soleil que Mercure.

Les planètes de n’importe quelle masse et rayon peuvent être situées à proximité de leurs étoiles parentes Nous avons découvert des planètes plus petites que Mercure avec des périodes orbitales très serrées, effectuant une révolution autour de leur étoile centrale en moins d’une journée Nous avons également découvert des planètes plusieurs fois la masse de Jupiter qui gravitent autour de leurs étoiles centrales en quelques jours, voire moins: the «Jupiters chauds» de la galaxie Et, of course, le type de monde le plus courant que nous ayons trouvé – notice, car ce sont les mondes auxquels nos techniques de recherche de planète sont les plus sensiblessont les soi-disant «super-Terres», qui vont d’environ deux à dix masses terrestres

Il est un peu malheureux que nous ayons été si prompts à leur donner un nom aussi ambitieux comme “super earth”, car il y a une hypothèse codée dans ce nom selon laquelle ils ressemblent un peu à la Terre Mais nous devons être très, très prudents avec cette hypothèse Bien qu’il puisse être tentant de considérer qu’il existe de nombreuses planètes un peu plus grandes que la Terre qui offrent des conditions similaires à notre monde, c’est quelque chose que nous devons examiner en détail: à la fois sur le plan d’observation et sur le plan théorique

Un schéma d’un disque protoplanétaire, montrant les lignes de suie et de givre Pour une étoile comme le soleil, [] les estimations placent la ligne de givre à environ trois fois la distance initiale Terre-Soleil, tandis que la ligne de suie est nettement plus Les emplacements exacts de ces lignes dans le passé de notre système solaire sont difficiles à cerner

In theory, le fonctionnement de la formation des planètes est qu’il commence par un processus graduel, puis subira une croissance galopante une fois que certaines conditions seront remplies Les planètes devraient commencer à se former à partir de ces imperfections gravitationnelles dans un disque protoplanétaire, se développant lentement en attirant la matière autour d’elles Au départ, il s’agira d’une combinaison de matériau métallique très dense, avec le matériau rocheux semblable à un manteau qui constitue la plupart des matériaux trouvés aujourd’hui dans la ceinture de Kuiper. Over time, le matériau plus dense (métallique) coulera vers le centre, formant un noyau, tandis que le matériau moins dense (rocheux) flottera dessus

Une fois qu’un certain seuil de masse est atteint, however, le troisième ingrédientles gaz volatils et les glaces dispersés dans tout le système solaire nouvellement formécommencera également à avoir de l’importance pour ces mondes. Tant que la masse reste en dessous d’un certain seuil, le rayonnement de la ou des étoiles proches frappera ces gaz facilement bouillants et les frappera avec suffisamment d’énergie pour qu’ils s’échappent de la planète en question. Mais monter au-dessus de ce seuil, et même le rayonnement ultraviolet et les particules du vent solaire émis par la ou les étoiles du système solaire ne pourront pas chasser ces atomes de lumière et ces molécules.

Une coupe de l’intérieur de Jupiter Si toutes les couches atmosphériques étaient enlevées, le noyau [] semble être une super-Terre rocheuse, mais serait en fait un noyau planétaire exposé Les planètes qui se sont formées avec moins d’éléments lourds peuvent être beaucoup plus grandes et moins denses que Jupiter, mais une fois que vous franchissez un certain seuil de masse, vous vous accrocherez inévitablement à une enveloppe d’hydrogène / hélium.

The big question, of course, est de savoir à quel point vous devez être massif avant de pouvoir vous accrocher à une enveloppe de gaz faciles à faire bouillir, et cela dépend principalement de quatre facteurs:

Plus votre planète est massive et compacte, plus il est difficile d’atteindre la vitesse de fuite Plus l’étoile la plus proche est chaude, plus la quantité d’énergie que les photons entrants et les particules du vent solaire ont pour chasser ces volatiles est grande. Et plus une planète est proche de l’étoile, plus le flux de rayonnement et de vent solaire qu’elle reçoit est important, ce qui rend plus difficile de s’accrocher à ces particules atmosphériques volatiles.

We know, grâce à notre propre système solaire, que si votre masse est trop faible et trop proche du Soleil, vous perdrez l’intégralité de votre atmosphère; c’est arrivé à Mercure Nous savons que si votre masse est faible et que vous n’avez pas de protection, comme Mars, vous perdrez également votre atmosphère, mais cela prendra du temps. Basé sur la géologie de Mars, il a eu un passé aqueux pendant au moins un milliard d’années avant de perdre l’écrasante majorité de son atmosphère.

Le Mars Opportunity Rover a découvert les «myrtilles martiennes» présentées ici: des sphères d’hématite qui [] sont parfois trouvés fusionnés Cela devrait être impossible à moins qu’ils ne se forment dans un environnement aqueux Les lits de rivières asséchés, les réservoirs de glace souterraine, les calottes polaires, les nuages ​​et les roches sédimentaires indiquent tous un passé aqueux sur Mars

On another side, vous pouvez imaginer que si vous ameniez une planète suffisamment proche du Soleilcomme Neptune, Saturne ou même Jupitercette source implacable de chaleur et de particules pourrait être suffisamment efficace pour dépouiller même ces planètes géantes de leur gaz

Ce que nous attendons alors, théoriquement, c’est que la plupart des planètes resteront rocheuses tant que leur masse reste en dessous d’une certaine valeur Élevez leur masse au-delà d’un certain seuil et ils pourront commencer à s’accrocher aux volatiles: des gaz très légers comme l’hydrogène et l’hélium Rassemblez suffisamment de masse totale en un seul endroit, et cette planète commencera à croître beaucoup plus rapidement que les autres autour d’elle, comme un aspirateur cosmique nettoyant le matériau de n’importe où à proximité de son orbite. Avec autant de masse en un seul endroit, les atomes mêmes à l’intérieur de cette planète commenceront à se comprimer; cette auto-compression gravitationnelle devrait créer une nouvelle population de planètes géantes gazeuses Et si cette masse devient trop grande, dépassant un autre seuil critique, elle déclenchera la fusion nucléaire dans son noyau, passant d’une planète à une étoile à part entière.

Of course, il y aura des valeurs aberrantes: des planètes de très haute ou basse densité, des planètes très proches de leur étoile parente, des planètes qui ont des atmosphères épaisses qui ont ensuite bouilli et des planètes qui ont migré vers de nouvelles positions sur leur orbite Mais lorsque nous mesurons les masses et les rayons des planètes là-bas, nous nous attendons à ce qu’il n’y ait que quelques classes majeures

La relation masse-rayon entre les objets que nous avons découverts autour d’autres étoiles montre une population [] de quatre catégories distinctes: mondes terrestres comme la Terre, mondes avec de grandes enveloppes de gaz comme Neptune, mondes avec auto-compression comme Jupiter et étoiles à part entière Notez que l’idée d’une “ super earth ” n’est pas prise en charge par les données

Cette catégorisation a été réalisée pour la première fois il y a seulement quelques années par le duo de recherche Chen et Kipping, qui a publié son travail révolutionnaire en 2016 Dans l’une des études les plus influentes de l’histoire de la science des exoplanètes, ils ont montré qu’il existe, in fact, quatre populations de «planets»:

La prise de conscience importante que nous avons eue à la suite de ce travail, qui était l’étude observationnelle décisive qui a apporté des données réelles aux conjectures théoriques qui dominaient le domaine, est que nous observons une véritable transition entre des mondes de type terrestre (like the earth ) et des mondes gazeux (comme Neptune) à des masses beaucoup plus faibles que ce que la plupart des gens attendaient: à peu près le double de la masse de la Terre

De nombreuses illustrations montrent une comparaison entre la Terre (L) et les super-Terres (R) comme si elles étaient similaires [] Ils ne peuvent pas l’être, car un monde qui est plus d’environ 30% plus grand que la Terre ressemblera davantage à un mini-Neptune, avec une grande enveloppe volatile de gaz, à moins qu’il ne soit suffisamment proche de son étoile mère pour faire la transition pour devenir un noyau planétaire à la place

Pour une densité comparable à celle de notre planète (un peu plus de ~ 6 g / cm3), cela signifie qu’une planète ne peut avoir qu’un rayon d’environ 30% plus grand que le nôtre et être toujours rocheuse Au-delà de cela, il aura une enveloppe substantielle de gaz volatils autour de lui, avec des milliers à des millions de fois la pression atmosphérique de la Terre à sa surface rocheuse. Il y a une petite variation attendue ici, car les planètes plus denses peuvent atteindre des masses plus élevées (et les planètes moins denses peuvent atteindre des rayons plus grands) tout en étant rocheuses, mais les seules valeurs aberrantes attendues sont des planètes si proches de leur étoile parente que leurs volatiles ont bouilli.

Dans une première passionnante, une planète à très courte période a été découverte avec le TESS de la NASA, et non seulement elle est très ancienne – at 10 billion years, soit plus du double de l’âge de notre système solairemais la planète la plus intérieure est précisément cohérente avec l’une de ces «planètes volatiles bouillies» auxquelles nous nous attendions Avec 32 fois la masse de la Terre et 145 fois le rayon de notre planète, il effectue une révolution autour de son étoile en seulement 105 heures Les autres mondes sont définitivement dans la catégorie Neptune, mais ce monde terrestre, nettement plus grand que la Terre, ne devrait exister que très près de son étoile mère

L’exoplanète TOI-561b, la planète la plus proche de l’étoile TOI-561 observée par le TESS de la NASA, a au moins [] deux autres compagnons planétaires plus éloignés Alors que ces autres mondes sont cohérents avec le fait d’être des mini-Neptunes, avec de grandes enveloppes volatiles, ce monde est probablement un noyau planétaire exposé, complétant une orbite en seulement 105 hours

Bien qu’il soit fascinant de savoir que les planètes rocheuseset donc peut-être la vieexistaient il y a si longtemps, il serait tout à fait imprudent de chercher la vie sur les mondes que nous appelons les «super-Terres»”Une fois que vous êtes environ deux fois plus massif que la Terre, ou à peu près 25 at 30% plus grand en rayon que notre planète, vous n’êtes plus rocheux avec seulement une atmosphère mince, mais il est extrêmement probable que vous ressembliez à Neptune, avec une grande enveloppe à part entière d’hydrogène, d’hélium et d’autres gaz légers

À moins que vous ne soyez suffisamment proche d’une étoile pour faire bouillir toute votre atmosphère, ne laissant qu’un noyau planétaire exposé, ces mondes que nous appelons «super-Terres» depuis des années ressemblent davantage à des mini-Neptunes, ou en tant qu’astronome Jessie Christiansen les appelle poétiquement: «Neptinis«Si vous voulez coloniser une autre planète, cherchez-en une avec une surface sur laquelle vous pourrez atterrir Cela signifie, à moins que vous ne vous concentriez sur un noyau planétaire bouilli, pour éviter les super-Terres Même si vous atteignez la surface, vous ne durerez pas longtemps dans ces conditions atmosphériques écrasantes!

Je suis Phré astrophysicien, auteur et communicateur scientifique, qui enseigne la physique et l’astronomie dans divers collèges J’ai remporté de nombreux prix pour la rédaction scientifique

Je suis Phré astrophysicien, auteur et communicateur scientifique, qui enseigne la physique et l’astronomie dans divers collèges J’ai remporté de nombreux prix d’écriture scientifique depuis 2008 pour mon blog, Starts With A Bang, y compris le prix du meilleur blog scientifique de l’Institut de physique. Mes deux livres, Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive, Beyond the Galaxy: How human look at Beyond our Milky Way and Discover the whole Universe, sont disponibles à l’achat sur Amazon Suivez-moi sur Twitter @startswithabang

Exoplanet, star, terre, solar system

News – FR – This is why you should never try to colonize a super-terrestrial planet

Source: https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2021/01/27/this-is-why-you-must-never-try-and-colonize-a-super-earth-planet/

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