Les planètes doubles, possibilités et explications

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Cette mosaïque de la Terre et de la Lune a été prise par la sonde NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous Spacecraft) le 23 janvier 1998.

Retour sur l’actualité de 2014

L’actualité des planètes extrasolaire a été particulièrement riche depuis mon dernier article :

  • La première planète de masse terrestre dans la zone habitable : Kepler-186F
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Comparaison des deux planètes et leurs systèmes planétaires respectifs, à l’échelle.
  • Des étoiles comptant plusieurs planètes dans leur zone habitable pourraient être courantes.

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  • Un nombre incroyable de nouvelles planètes (1855) confirmées vers la fin Février.
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Histogramme des découvertes d’exoplanètes -La barre jaune montre les planètes découvertes par multiplicité (26 février 2014). Source Wikipédia.

Plusieurs système solaires multiples (473) et même ressemblant au nôtre ont été découverts, autour d’étoiles simple, doubles et même triples. Plusieurs de ses systèmes ont des configurations complètement différentes du nôtre.

Astronomers have analyzed the orbits of 365 observed systems of suspected, multiple exoplanets. This figure shows the relative placements and sizes of the planets in systems with three or more planets. The horizontal axis shows the orbital period in days for these systems, in all of which the planets are very to their stars and so complete their annual orbit in under about 100 days (a few suspected planets orbit in under one day!). The planetary radii are colored with the largest in each system being red; most of the planets in this study are between about one and four Earth-radii. NASA/Kepler; Fabrycky
Les astronomes ont analysé l’orbite de 365 systèmes planétaires présumés multiples. Le diagramme montre l’ordre relatif et les tailles des système comptant au moins 3 planètes. L’axe horizontal montre la période d’orbite (l’année) en jours terrestre de ces systèmes. Toute ces planète sont très proches de leur étoile et certaines ont une orbite de moins d’un jour. La plus grosse de chacun des système est colorée en rouge.La plupart des planètes ont une taille de 1 à 4 fois celle de la Terre. traduction libre de cet article. NASA/Kepler; Fabrycky Source

Une petite danse des systèmes solaires découverts par Kepler : le nôtre est celui en haut à gauche.

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En basse résolution

En haute résolution

  • Le pourcentage de Super-Terres et de planètes de masse identiques à la nôtre ne cesse de croître

 Perth engineer ‘TG’ Tan hunts planets with his backyard observatory in Mt Claremont. Credit: TG Tan Read more at: http://phys.org/news/2014-07-perth-planet-hunter-unusual-exoplanet.html#jCp
‘TG’ Tan, ingénieur vivant à Mt Claremont en banlieue de Perth chasse les planètes dans son observatoire situé dans sa cour arrière. Crédit: TG Tan
  • Des planètes gazeuses ont été situées à l’intérieur de la zone habitable de leur système, ouvrant la possibilité d’exo-lunes habitables comme Pandora du film Avatar. Dans le cas de Kepler 47, c’est en plus un soleil double!

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  • La variété des mondes ne semblent pas près de nous surprendre, plusieurs nouvelles catégories de planètes ont été proposées.
Une méga-terre, nouvelle espèce de planète rocheuse énorme.
Une méga-terre, nouvelle espèce de planète rocheuse énorme.

Les planètes doubles et leur habitabilité

Concernant le sujet de l’article, il n’y a pas de découverte encore à ce niveau mais deux exemples dans notre système solaire (Terre-Lune et Pluton-Charon) nous forcent à réfléchir sur la possibilité de l’existence de ce type de monde ailleurs et ce qu’il advient de son habitabilité potentielle.

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La Terre, Pluton-Charron et la Lune.

Les caractéristiques d’une planète double :

  1.  Un ratio de masse  planète-mère/fille important (Terre-Lune  1/81  Pluton-Charon 1/9)
  2.  Un ratio de diamètre important (Terre-Lune  1/4  Pluton-Charon 1/2)
  3.  Une composition chimique similaire car sa formation semble lié à des impacts géant
  4. Une faible distance provoquant des effets de marée importants entre les deux corps qui influe leur évolution.
  5. Le centre des orbites des deux corps est décentré du centre de la planète-mère, selon la définition officielle il doit être situé dans l’espace. Pour l’instant, la Terre et la Lune ne répondent pas à cette définition mais vu l’éloignement progressif de la Lune de 3.74 cm par an le centre de masse se retrouvera lui aussi dans l’espace dans un futur lointain. Isaac Asimov propose une évaluation selon d’autres critères soit celui de la masse, la distance et de l’influence du satellite sur la planète mère versus le Soleil, dans ce cas on peut considérer déjà considérer la Terre comme une planète double, les marées provenant de la Lune ayant une plus grande influence que celle du Soleil.

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Une des nombreux livres d’Isaac Asimov.
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Le livre ou Isaac Asimov parle de la Terre comme une planète double. L’édition originale paru au début des années 60 fut réactualisé après les premières sondes robotiques se soient posées sur la Lune.

Concernant le fait que Pluton soit une planète naine, pour moi c’est secondaire, cela reste un corps important car c’est celui qui s’approche le plus de cette définition pour cette démonstration. Il est possible que des ratio aussi importants n’existent pas pour des planètes de la taille de notre Terre, mais les effets et la mécanique reste la même.

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Orbite des 5 lunes orbitant Pluton et des taille relatives en km face à notre système double.

Formation des planètes doubles

Les impacts géants proposées pour expliquer la formations des deux systèmes.

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Formation proposé de Pluton et de son satellite géant Charon. KBO veut dire Objet de la ceinture de Kuiper (Kuiper Belt Object) ou se trouve Pluton.
Théorie de l'impact géant expliquant la formation de la Lune.
Théorie de l’impact géant expliquant la formation de la Lune.

La nouvelle théorie impliquant la formation et la collision de 2 lunes pour la Terre.

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Les six étapes de la formation de la lune avec la création initiale des deux plus petites lunes qui expliquent les différences entre la face visible et la face cachée.
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La deuxième mini-lune entrant en collision très lentement avec la plus grosse. C’est la face cachée maintenant.

Exemple des barycentre des deux systèmes

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Le barycentre de la Terre est à l’intérieur de celle-ci à 1700 km sous la croûte terrestre.
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Le barycentre est à l’extérieur de la surface de Pluton, conséquence de la masse proportionnellement plus élevé de Charon et de sa petite orbite 19 640 km versus 384 000 km pour la Lune.
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L’orbite et la taille de Pluton et Charon à l’échelle.

 Pourquoi elles sont importantes

Un des facteurs clé de l’apparition et l’évolution de la vie sur Terre  semble être la présence des changements dans l’environnement mais qu’elle peut avoir accès à un milieu de vie stable à court terme.

L’influence gravitationnelle d’un gros satellite semble permettre de stabiliser l’axe de rotation d’une planète et par ricochet les zones climatiques influencant sa biosphère. L’exemple de Mars qui a régulièrement des changements de climat à cause de ses grandes variations de son axe de rotation  est éloquent.

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Les différents climats liés aux variations de l’axe de rotation de Mars.

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Les marées sont un de ces moteurs de changement, il pourraient avoir contribué à l’émergence de la vie en minimisant les changements climatiques trop brusques par un mélange des eaux plus efficace, entraînant une meilleure redistribution de la chaleur dans l’océan et aussi dans l’atmosphère.

Si l’effet de marée est trop important, toute l’eau présente dans la planète semble être éjectée par l’activité volcanique intense. L’exemple des lunes de Jupiter est très évident sur ce point. Il ne faudrait pas que les effets de marée ne «surchauffe» le cœur des planètes.

Dans l'ordre de proximité et des effets de marée associées IO la volcanique, Europe, possible candidate à la présence d'un océan profond et finalement Ganymède et Callisto qui sont entourées d'une épaisse couche de glace.
Dans l’ordre de proximité et des effets de marée associées, Io la volcanique, Europe, possible candidate à la présence d’un océan profond et finalement Ganymède et Callisto qui sont entourées d’une plus épaisse couche de glace.

Échange d’éléments chimiques entre les deux mondes

Un concept qui devient de plus en plus plausible est celui de la panspermie i.e. (la diffusion de la vie dans l’espace) par l’intermédiaire de comètes, météores, etc. La découverte de plus en plus fréquentes de molécules prébiotique et même organiques dans l’espace depuis quelque années indique que la vie ou au moins ses briques chimiques de base peuvent passer la barrière de l’espace et «contaminer» une planète. Avoir une planète habitable double pourrait être une opportunité, la vie apparaissant sur un des monde et se transmettant ensuite à l’autre. Les traces qui ressemblent à des fossiles de bactéries (très contestées encore aujourd’hui) dans deux météorites martiennes en sont un exemple éloquent. Il est tous a fait plausible que la vie puisse se rendre d’une planète à l’autre et même plus loin de cette façon.

Une vue d’artiste de l’origine des météorites martiennes tombées sur Terre. Il y a des millions d’années, des impacts de petits corps célestes sur la Planète rouge ont éjecté des blocs de roches de sa surface. Ils ont ensuite erré dans l’espace interplanétaire avant d’être attirés par la Terre au hasard des perturbations gravitationnelles et des changements d’orbite. © DR, 2000 University of Virginia (Department of Astronomy), adapté de Don Davis, Nasa
Une vue d’artiste de l’origine des météorites martiennes tombées sur Terre. Il y a des millions d’années, des impacts de petits corps célestes sur la Planète rouge ont éjecté des blocs de roches de sa surface. Ils ont ensuite erré dans l’espace interplanétaire avant d’être attirés par la Terre au hasard des perturbations gravitationnelles et des changements d’orbite. © DR, 2000 University of Virginia (Department of Astronomy), adapté de Don Davis, Nasa

Une planète double, ça se peut?

Outre le fait qu’il semble que nous en ayons deux à portée de main, une vraie planète double, deux Terre qui tournent l’une autour de l’autre, ça se pourrait?

Un astrophysicien, Sean Raymond s’est amusé à faire l’exercice et à mettre le plus de planète habitables physiquement possible et c’est assez impressionnant. Il y a de tout; des planètes doubles, des lunes comme Pandora le tout entrant dans la zone habitable.

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Plusieurs systèmes planétaires sont très compacts.
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Trop proches sur cette image pour ne pas se briser par leurs effet de marée réciproque, ces deux planètes pourrait exister en étant plus éloignées.
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Un exemple plus réaliste de planète double, une planète océan à gauche et une planète de type terrestre à droite.

sources :

http://www.ifa.hawaii.edu/info/press-releases/GJ667C/

http://www.space.com/26757-twin-alien-planets-extraterrestrial-life.html

http://astro.uchicago.edu/~fabrycky/kepler/

https://www.astro.up.pt/investigacao/conferencias/toe2014/files/tcampante.pdf

http://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/multimedia/images/orbiting-in-habitable-zone-of-two-suns.html

http://www.newscientist.com/article/dn25653-ultimate-solar-system-could-contain-60-earths.html#.VJkkD0AAA

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