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Des mathématiques pour trouver des planètes océaniques

On voit une énorme planète bleu foncé et une étoile qui brille au loin.
Représentation d'une planète recouverte d'un océan Photo: NASA/JPL-Caltech
Renaud Manuguerra-Gagné

Trouver une autre planète avec de l'eau liquide à sa surface est le rêve d'un bon nombre de chercheurs. Or, selon les calculs d'une équipe de l'Université Harvard, notre galaxie pourrait non seulement être remplie de planètes couvertes d'eau, mais nous en aurions même déjà détecté plusieurs.

Depuis l’observation de la première exoplanète durant les années 1990, plus de 4000 de ces mondes lointains ont été catalogués par la communauté scientifique.

Ces corps célestes, qui ont été regroupés en fonction de leur taille ou de leur composition probable, vont de géants gazeux plus grands que Jupiter jusqu’aux fameuses « super-Terres », des planètes plus grandes que la nôtre, mais plus petites que des planètes gazeuses comme Neptune ou Uranus.

Cette catégorie intéresse particulièrement les scientifiques, qui espèrent y trouver des planètes semblables à la nôtre. Certaines de ces exoplanètes, dont la taille oscille entre deux et quatre fois celle de la Terre, ont toujours intrigué les chercheurs.

Certains de ces astres n’ont pas une densité assez élevée pour qu’il puisse s’agir de planètes entièrement rocheuses. Les scientifiques ont donc longtemps cru que c'étaient des planètes gazeuses miniatures, des mondes possédant un cœur rocheux solide, mais recouvert d’une immense atmosphère.

Or, les travaux de chercheurs de l’Université Harvard (Nouvelle fenêtre) montrent que l’existence de ces planètes gazeuses miniatures serait statistiquement improbable. Selon leur modèle, la seule explication possible de l’existence de ces grandes planètes à faible densité serait qu’elles soient couvertes d’eau; les profondeurs des océans sur ces planètes seraient telles que nos abysses sur Terre ressembleraient à des ruisseaux en comparaison.

De l’eau sous toutes ses formes

Aucun de ces mondes océaniques n’a été observé directement. Cette révélation est plutôt venue de calculs mathématiques et de simulations, combinant des informations comme la distance entre ces planètes et leur étoile ou leur évolution à travers le temps, avec des données de télescopes spatiaux comme Kepler, de la NASA, ou Gaia, de l’Agence spatiale européenne.

Les caractéristiques que pourraient avoir ces planètes liquides, telles que présentées par les chercheurs, sont démesurées.

Même si notre planète est couverte à 70 % d’eau, ce liquide ne représente que 0,02 % de sa masse totale. À l’inverse, l’eau présente sur ces hypothétiques mondes océaniques pourrait représenter entre 25 et même 50 % de leur masse totale. À ces niveaux, ces « planètes océans » ne ressembleraient en rien à ce qu’on retrouve sur Terre.

Il s’agirait de mondes où les océans atteindraient des profondeurs de centaines, voire de milliers de kilomètres, avec des pressions plus d’un million de fois supérieures à celles qu’on retrouve à la surface de la Terre. L’eau, dans de telles conditions, se comporterait bien différemment de celle à laquelle nous sommes habitués.

Même à des températures élevées, cette eau serait écrasée dans une glace solide, un état qui a déjà été observé en laboratoire ou au cœur de certains diamants, et qui est nommé « glace VII ». Pour les chercheurs, cette glace pourrait même avoir une dynamique similaire à celle de certaines roches que l’on retrouve dans le manteau terrestre.

D’un autre côté, si ces planètes se trouvent plus près de leur étoile, on aurait plutôt affaire à un monde couvert d’une épaisse atmosphère de vapeur brûlante.

Selon les estimations des chercheurs, il se pourrait que jusqu’à 35 % des exoplanètes déjà identifiées soient de tels mondes océaniques.

Le système solaire, une exception?

Face à l’abondance statistique de ces mondes océaniques, une question demeure : comment se fait-il que notre propre système solaire n’en contienne aucun? Pour les chercheurs, cela pourrait s’expliquer par la présence de nos géantes gazeuses locales, Jupiter et Saturne.

Selon eux, un système planétaire peut contenir soit des géantes gazeuses, soit des mondes océaniques, mais pas les deux. L’apparition de planètes comme Jupiter tôt dans la vie d’une étoile pourrait changer la distribution de matière nécessaire à la formation de planètes et ainsi interférer avec la formation de « super-Terres » et de mondes océaniques plus petits que Neptune.

En l’absence de ces géants, une distribution différente des gaz autour des jeunes étoiles favoriserait la création de ces mondes océaniques.

Ce qui est certain, c’est que plus on en apprend sur la composition des planètes qui peuplent notre galaxie, plus notre système solaire semble être une anomalie, un événement hors norme auquel on n’a toujours pas trouvé de semblable malgré les 4000 planètes découvertes jusqu’à maintenant.

La perspective pourrait changer au cours des prochaines années, lorsque de nouveaux télescopes spatiaux entreront en service, avec une précision permettant de découvrir des planètes d’une taille semblable à celle de la Terre, ou plus petite. Mais d’ici là, cette rareté rend notre planète bleue plus unique encore.

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