Les planètes à coquille d’œuf ont une fine croûte cassante sans tectonique – il est peu probable qu’elle soit habitable

Planète coquille d'oeuf

Les « planètes coquille d’œuf » sont des mondes rocheux qui ont une couche externe cassante ultra-mince et peu ou pas de topographie. Ici, une interprétation d’artiste d’une telle exoplanète. Crédit : NASA

Il est peu probable que les planètes sans tectonique des plaques soient habitables. Mais actuellement, nous n’avons jamais vu la surface d’un exoplanète pour déterminer si la tectonique des plaques est active. Les scientifiques reconstituent leurs structures de surface probables à partir d’autres preuves. Existe-t-il un moyen de déterminer quelles exoplanètes pourraient être des coquilles d’œufs et de les éliminer comme potentiellement habitables ?

Les auteurs d’un article récemment publié disent que oui.

La communauté astronomique ne s’est pas encore fixée sur une méthode unique de classification des exoplanètes. Nasa aime les regrouper en quatre classifications : les géantes gazeuses, les super-Terres, les Neptuniennes et les terrestres. Mais ce n’est qu’un début. Le Thésaurus unifié d’astronomie utilise 15 classifications différentes d’exoplanètes. D’autres termes sont également utilisés dans la littérature scientifique.

Le nombre de classifications pour les exoplanètes peut être aussi granulaire que nous le souhaiterions. En fin de compte, chacun est différent. Nous en sommes aux premiers stades de la compréhension de la variété des types d’exoplanètes et, éventuellement, un schéma de classification complet émergera.

Un type d’exoplanète qui n’est pas souvent mentionné est la planète coquille d’œuf. Ils ont attiré l’attention des chercheurs car ils ont des croûtes minces et cassantes, pas de montagnes et pas de tectonique des plaques.

Les planètes coquilles d’œufs sont rares, à la connaissance des astronomes. Seuls quelques-uns ont été identifiés, mais un biais de sélection pourrait y jouer un rôle. Selon un nouveau document intitulé «Les effets des paramètres planétaires et stellaires sur l’épaisseur lithosphérique fragile”, trois ont été trouvés dans des études d’exoplanètes. L’auteur principal est Paul Byrne, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes au Trinity College de Dublin. L’article est publié dans le Journal of Geophysical Research: Planets.

Les exoplanètes sont intéressantes en elles-mêmes, mais une grande partie de l’intérêt des scientifiques et du public est l’habitabilité. Nous voulons savoir s’il existe des planètes qui peuvent abriter la vie. Et tandis que rechercher spécifiquement des planètes qui pourraient être habitables est une approche, une autre est d’écarter les planètes qui, pour autant que nous le sachions, n’ont tout simplement aucune chance de soutenir la vie.

« Comprendre si vous avez la possibilité de la tectonique des plaques est une chose vraiment importante à savoir sur un monde… »

Paul Byrne, professeur agrégé de sciences de la Terre et des planètes, Trinity College, Dublin.

Il existe des preuves solides que la tectonique des plaques est une condition nécessaire à l’habitabilité. Et comme une partie de l’objectif des chasseurs d’exoplanètes est de trouver des mondes semblables à la Terre, la tectonique des plaques est une clé. Sans la tectonique des plaques, nous ne serions pas là.

“Comprendre si vous avez la possibilité de la tectonique des plaques est une chose vraiment importante à savoir sur un monde, car la tectonique des plaques peut être nécessaire pour qu’une grande planète rocheuse soit habitable”, a déclaré l’auteur principal Byrne. “C’est donc particulièrement important lorsque nous parlons de rechercher des mondes semblables à la Terre autour d’autres étoiles et lorsque nous caractérisons l’habitabilité planétaire en général.”

La tectonique des plaques se produit lorsque la lithosphère d’une planète est brisée en morceaux qui flottent sur le manteau. La tectonique des plaques peut aider à réguler la température d’une planète en recyclant la croûte dans le manteau sur de longues périodes géologiques. Il régule l’atmosphère et aide à éliminer le carbone, évitant un effet de serre incontrôlable qui pourrait rendre la surface inhabitable. Le terme «zone habitable», qui décrit la région autour d’une étoile où une planète peut avoir de l’eau liquide, est généralement calculé en tenant compte de la tectonique des plaques active.

TRAPPIST-1 de la surface de la planète

Personne n’a jamais vu la surface d’une exoplanète. Tout ce que nous avons, c’est le travail d’illustrateurs scientifiques pour enflammer notre imagination. Il s’agit d’une vue d’artiste de la vue depuis l’exoplanète la plus éloignée découverte autour de l’étoile naine rouge TRAPPIST-1. Crédit : ESO/M. Kornmesser

Une planète sans tectonique des plaques est parfois appelée « planète à couvercle stagnant ». Ils se produisent lorsque le manteau n’est pas assez énergique pour fracturer la croûte en morceaux. Au lieu de cela, la croûte est un seul morceau cassant qui couvre toute la surface de la planète. Dans notre propre système solaire, Mercure est une planète à couvercle stagnant depuis des milliards d’années. Certaines planètes peuvent présenter une activité tectonique épisodique, où la croûte est immobile pendant des périodes géologiques.

Comme nous n’avons aucun moyen d’observer les surfaces des exoplanètes, les astronomes souhaitent trouver un moyen de les détecter avec d’autres preuves. Comme le titre du nouvel article l’indique clairement, les paramètres d’une planète et de son étoile peuvent fournir la preuve qu’une planète est une planète coquille d’œuf.

“Ce que nous avons présenté ici est essentiellement un guide pratique ou un manuel pratique”, a déclaré l’auteur principal Byrne. “Si vous avez une planète d’une taille donnée, à une distance donnée de son étoile et d’une masse donnée, alors avec nos résultats, vous pouvez faire des estimations pour une variété d’autres caractéristiques – y compris si elle peut avoir une tectonique des plaques.”

L’article décrit comment la connaissance de la taille, de l’âge et de la distance d’une planète par rapport à son étoile pourrait non seulement identifier les planètes à coquille d’œuf, mais également d’autres types d’exoplanètes. Étant donné que les astronomes ne peuvent pas voir les surfaces des exoplanètes et commencent seulement maintenant à étudier leurs atmosphères, les autres paramètres d’une planète sont d’une importance soulignée.

« Nous avons photographié quelques exoplanètes, mais ce sont des taches de lumière en orbite autour d’une étoile. Nous n’avons pas encore la capacité technique de voir réellement la surface des exoplanètes », a déclaré Byrne. “Cet article fait partie d’un nombre restreint mais croissant d’études prenant une perspective géologique ou géophysique pour essayer de comprendre les mondes que nous ne pouvons pas mesurer directement pour le moment.”

Selon Byrne et ses collègues, l’épaisseur de la lithosphère fragile d’une planète est essentielle pour comprendre si elle a une tectonique des plaques. Et l’épaisseur de la lithosphère est dictée non seulement par les caractéristiques de la planète mais aussi par son étoile hôte. “Les facteurs inhérents à la planète, tels que la taille, la température intérieure, la composition et même le climat affectent l’épaisseur de cette couche externe, mais il en va de même des facteurs spécifiques à l’étoile hôte, y compris sa luminosité et sa distance”, écrivent-ils. dans leur papier.

Pour qu’une planète ait une tectonique active, il doit y avoir un équilibre entre un certain nombre de facteurs. Par exemple, si la croûte est trop épaisse, l’énergie du manteau pourrait ne pas être suffisante pour déclencher la tectonique.

L’équipe s’est tournée vers des modèles informatiques pour mieux comprendre quels facteurs conduisent à des croûtes d’exoplanètes plus épaisses.

L’équipe a commencé ses modèles avec un monde rocheux générique et est parti de là. “C’était un peu de la taille de la Terre – bien que nous ayons également pris en compte la taille là-dedans”, a déclaré Byrne. “Et puis nous avons tourné les cadrans”, a-t-il ajouté. « Nous avons littéralement exécuté des milliers de modèles. »

Le concept de BDT—transition fragile-ductile est au premier plan dans l’article. Le BDT est la zone de la lithosphère où le comportement principalement cassant change en une déformation principalement ductile. Dans ce terme, ductile signifie essentiellement pliable. La force de la lithosphère d’une planète dépend fortement de son épaisseur, donc plus le BDT est profond, plus la croûte est solide.

Plusieurs facteurs entrent en ligne de compte pour déterminer l’épaisseur de la lithosphère d’une planète. La distance par rapport à l’étoile, l’âge et la masse planétaire entrent en ligne de compte. Mais l’équipe a découvert que la température de surface jouait un rôle plus important. “Nos modèles prédisent que les mondes qui sont petits, vieux ou éloignés de leur étoile ont probablement des couches épaisses et rigides mais, dans certaines circonstances, les planètes peuvent avoir une couche externe fragile de seulement quelques kilomètres d’épaisseur.” Ce sont ces planètes que l’équipe appelle des planètes coquilles d’œufs, et qui pourraient ressembler aux basses terres de Vénus.

Vénus Surface Basses Terres

Cette image en fausses couleurs des basses terres à la surface de Vénus montre des lignes fines et claires qui sont probablement de nature tectonique. Les zones les plus sombres sont des plaines volcaniques lisses. L’image est une mosaïque constituée de données radar de la mission Magellan de la NASA. La zone sur l’image est d’environ 1 400 km (870 miles) de diamètre. Crédit : NASA

Les plaines vénusiennes sont de vastes plaines de lave. Et ils sont également en grande partie plats, avec seulement des crêtes ridées. Selon Byrne, la lithosphère dans ces régions est mince en raison des températures de surface extrêmement élevées de la planète.

Profondeur BDT et température de surface

Cette figure de l’étude montre la relation entre la profondeur du BDT et la température de surface. Chacun des points est un résultat de simulation. (g/ms2 est une mesure de l’accélération gravitationnelle de surface.) Crédit : Byrne et al 2021.

Quand il s’agit d’exoplanètes, les médias grand public aiment annoncer la découverte de deux catégories de planètes. planètes semblables à la Terre sont toujours couvertes, tout comme les planètes extrêmement étranges, comme celle qui pourrait fonte de pluie.

Mais c’est juste une sorte de cueillette. Dans l’ensemble scientifique, il est impératif de développer notre compréhension globale des exoplanètes. C’est là que s’inscrit cette étude, selon les auteurs.

“Notre objectif global est plus que de simplement comprendre les caprices des exoplanètes”, a déclaré Byrne. « En fin de compte, nous voulons contribuer à identifier les propriétés qui rendent un monde habitable. Et pas seulement temporairement, mais habitable pendant longtemps, car nous pensons que la vie a probablement besoin de temps pour démarrer et devenir durable. »

Le nombre de planètes qui maintiennent l’habitabilité est-il petit ? Plutôt probable. Et l’un des facteurs qui maintient l’habitabilité est la tectonique des plaques à long terme. Sans cela, il est peu probable que la vie développe une complexité.

Profondeur BDT et âge de la plaque

Cette figure de l’étude montre la profondeur du BDT et l’âge de la plaque, ou l’âge de la planète, avec la température de surface en bas. L’âge de la plaque est utilisé comme indicateur du flux de chaleur. Chacun des points est un résultat de simulation. Crédit : Byrne et al 2021.

Trouver la vie ailleurs est une force motrice primordiale en science. Et pour ces chercheurs, cela se concentre autour de la planète Terre et à quel point cela pourrait s’avérer unique.

“C’est la grande portée”, a déclaré Byrne. « En fin de compte, la plupart de ce travail est lié à cette destination finale, qui est « à quel point la Terre est-elle unique ou non ? » L’une des nombreuses choses que nous aurons besoin de savoir, c’est quels types de propriétés influencent un monde comme la Terre. Et cette étude aide à répondre à certaines de ces questions en montrant les types de façons dont ces paramètres interagissent, quels autres résultats pourraient être possibles et quels mondes nous devrions prioriser pour l’étude avec les télescopes de nouvelle génération.

Exoplanète TOI 1235 b

Illustration d’un artiste de l’exoplanète TOI 1235 b, une planète présumée coquille d’œuf. Crédit : NASA

Les auteurs reconnaissent la simplicité de leur modèle. Sans observations détaillées des caractéristiques de surface des exoplanètes, ce travail est nécessairement un point de départ. “Bien sûr, notre étude est nécessairement simpliste, car nous n’avons essentiellement aucune observation géologique d’exoplanètes avec laquelle contraindre notre espace de paramètres”, écrivent-ils.

Mais il sert toujours un objectif précieux. C’est une sorte de cadre pour comprendre les cibles pour une observation ultérieure. « Une prédiction clé que nous faisons ici est que les planètes dites coquilles d’œufs auront une topographie peu élevée. Cette prédiction peut être testée avec les futures générations de télescopes capables de rechercher la topographie de construction ou orogénique sur les exoplanètes », précisent-ils.

À mesure que des télescopes plus puissants seront mis en ligne, les astronomes pourront éventuellement observer les exoplanètes de beaucoup plus près. Mais nous connaissons des milliers d’exoplanètes, et de plus en plus sont découvertes tout le temps. Le temps d’observation dans les observatoires les plus puissants du monde est toujours très demandé. Des études de modélisation comme celle-ci sont un moyen de pré-trier les cibles d’observation potentielles.

Les auteurs disent que nous connaissons déjà trois de ces planètes coquilles d’œufs : TOI-1235 b, HD 136352b, et L 168-9b. Ils sont tous très proches de leurs étoiles et sont probablement beaucoup trop chauds pour être habitables, qu’ils aient ou non une tectonique des plaques, mais ce sont de bons cas de test pour la méthode globale de détection des coquilles d’œufs.planètes.

Graphique des planètes en coquille d'œuf

Cette figure de l’étude montre les trois planètes à coquille d’œuf suspectées ainsi que Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Ils sont tous représentés en fonction de leur âge, de leur accélération gravitationnelle de surface et de leur température de surface. LHS 1140 b est également indiqué car des estimations de la gravité de surface et de la température de surface sont disponibles pour eux, comme ils le sont pour les autres exoplanètes. Les quatre exoplanètes sont des super-Terres. Crédit : Byrne et al 2021.

Ces trois-là devraient-ils faire l’objet d’observations à l’avenir ? “Nous proposons que ces planètes soient examinées avec des télescopes spatiaux prévus et futurs pour tester si nos modèles sont corrects”, écrivent les auteurs.

Et si les modèles sont corrects, la recherche de planètes habitables fera un pas de plus.

Publié à l’origine le Univers aujourd’hui.

Pour en savoir plus sur cette recherche, lisez Tread Lightly: D’étranges « planètes coquille d’œuf » possibles autour d’autres étoiles.

Leave a Comment