Alors que la Terre absorbe beaucoup d’énergie du Soleil, une grande partie est renvoyée dans l’espace. La lumière du soleil réfléchie par la Terre est appelée Earthshine. On peut le voir sur la partie sombre de la Lune lors d’un croissant de Lune. L’almanach du fermier dit qu’elle s’appelait autrefois “la nouvelle lune dans les bras de l’ancienne lune”.
Earthshine est un exemple de planetshine, et lorsque nous regardons la lumière d’exoplanètes éloignées, nous regardons directement leur planetshine sans qu’elle ne rebondisse sur un autre objet.
Si des astronomes lointains regardaient Earthshine comme nous regardons l’exoplanète briller, la lumière leur dirait-elle que notre planète ondule de vie ?
Au cours des prochaines années, un certain nombre de télescopes avancés seront mis en ligne. Avec le JWST, ils nous donneront les types d’images que les scientifiques attendent avec impatience depuis des décennies. Grâce au télescope européen extrêmement grand et au télescope géant de Magellan basés au sol, et au futur télescope spatial LUVOIR, nous entrerons dans une ère d’exoplanètes directement imagées. Les scientifiques doivent se préparer à toutes ces observations et données afin d’être prêts à les interpréter.
Ces futurs télescopes permettront aux astronomes de caractériser de plus en plus d’exoplanètes semblables à la Terre, espérons-nous. Mais la seule façon dont nos caractérisations de ces planètes peuvent être précises est si nos modèles sont précis. Puisque la Terre est la seule planète que nous connaissons qui héberge la vie et la seule planète habitable avec des propriétés connues, c’est notre seul cas de test et la seule ressource dont disposent les astronomes pour valider leurs modèles.
C’est là qu’intervient Earthshine.
Dans un nouvel article, une équipe de chercheurs a examiné comment Earthshine peut être utilisé pour construire des modèles précis de planetshine. L’article s’intitule “Signatures polarisées d’un monde habitable : comparaison des modèles d’une exoplanète terrestre avec des spectres d’éclat terrestre visibles et proches de l’infrarouge”. L’auteur principal est Kenneth Gordon, étudiant diplômé du Planetary Sciences Group de l’Université de Floride centrale. L’article a été accepté dans The Astrophysical Journal.
On découvre un nombre croissant de planètes rocheuses dans des zones potentiellement habitables autour d’exoplanètes. Mais pour mieux comprendre s’ils sont habitables, nous devons caractériser leurs surfaces. Les astronomes disposent d’outils limités pour le faire, principalement en étudiant la lumière des planètes lorsqu’elles transitent devant leur étoile ou en détectant le flux directement depuis la planète.
Ces méthodes fonctionnent pour les grandes planètes gazeuses. Mais ils sont difficiles pour les planètes rocheuses, et les planètes rocheuses sont ce qui nous intéresse. Les grandes planètes gazeuses ont des atmosphères gonflées qui facilitent l’étude spectroscopique. Et ils émettent ou réfléchissent plus de lumière en raison de leur taille, ce qui leur donne un flux plus élevé en imagerie directe. Mais les planètes rocheuses ont des atmosphères beaucoup plus petites qui sont plus difficiles à étudier par spectroscopie. Parce qu’ils sont plus petits, leur flux est également plus faible, ce qui les rend difficiles à imager directement.
Au fur et à mesure que nos télescopes deviendront plus puissants, ils surmonteront certains de ces obstacles à la caractérisation des exoplanètes rocheuses. Ce nouvel article fait partie de la préparation de la communauté astronomique.
Dans leur article, les auteurs soulignent comment même le puissant JWST est entravé dans ses efforts pour caractériser pleinement les exoplanètes semblables à la Terre. Caractériser les atmosphères de ces planètes autour d’étoiles naines froides nécessite de longues périodes d’observation. Dans un article précédent, une équipe de chercheurs distincte a montré que le JWST aurait besoin d’observer plus de 60 transits de l’une des exoplanètes rocheuses TRAPPIST-1 bien connues pour détecter des niveaux d’ozone semblables à ceux de la Terre.
“En utilisant le spectrographe dans le proche infrarouge (NIRSpec) et l’instrument dans l’infrarouge moyen (MIRI) de JWST, ils ont découvert que > 60 transits pour 1b et > 30 transits pour 1c et 1d seraient nécessaires pour détecter la Terre actuelle.
niveaux d’ozone (O3) sur ces planètes », écrivent les auteurs. C’est une dépense importante de temps d’observation.
Le JWST luttera également contre ce que les astronomes appellent les dégénérescences. “… un certain nombre de dégénérescences existeront toujours dans les caractérisations des mondes habitables par JWST, telles que la différenciation entre les épaisseurs optiques et les distributions granulométriques des nuages”, écrivent-ils.
Les chercheurs se concentrent sur la polarimétrie dans leurs travaux. En un mot, la polarimétrie est la mesure de la lumière polarisée qui a été affectée d’une manière ou d’une autre par le matériau qu’elle traverse, qu’elle réfléchit ou qui est réfractée ou diffractée. La polarimétrie est aussi l’interprétation des mesures.
La polarimétrie pourrait être la clé pour sortir de l’impasse entre nos télescopes avancés et les petites planètes rocheuses que nous voulons étudier. Cela pourrait également réduire le temps d’observation nécessaire. “La polarimétrie est une technique puissante qui a la capacité de briser ces dégénérescences car elle évalue les aspects physiques de la lumière non mesurés par photométrie ou spectroscopie non polarimétrique.”
La polarimétrie est puissante car elle est très sensible aux propriétés des atmosphères des exoplanètes. Il a prouvé son efficacité dans l’étude de notre propre système solaire, y compris Vénus enveloppée de nuages. “La polarimétrie a aidé à caractériser les corps du système solaire, y compris les nuages de Vénus et les géantes gazeuses, ainsi que les différentes conditions de glace des lunes galiléennes”, expliquent les auteurs. La polarimétrie a été si efficace dans l’étude de Vénus que certains veulent construire un radar polarimétrique pour étudier la planète plus en détail.
Le problème est que les astronomes ne disposent pas de modèles polarimétriques d’exoplanètes affinés pour les aider à comprendre ce qu’ils voient lorsqu’ils étudient l’éclat polarimétrique des planètes. Des modèles existent, mais ils doivent être testés et validés par rapport à de vraies planètes, et c’est là qu’intervient la Terre. biosignatures de la vie telle que nous la connaissons aujourd’hui », déclarent les auteurs.
Earthshine est la clé de cela, selon les chercheurs. “Les études des spectres de flux de rayonnement terrestre optique et proche infrarouge (NIR) révèlent des biosignatures diagnostiques de la Terre, y compris le bord rouge de la végétation (VRE), le reflet océanique et les caractéristiques spectrales de l’O2 et du H2O atmosphériques.” D’autres études ont également montré quel apport efficace la polarimétrie peut apporter à ces observations.
La lumière qui se réfléchit sur la Terre est polarisée, mais après avoir rebondi sur la Lune, elle est dépolarisée. Les auteurs ont corrigé cela dans leur travail. Ils ont considéré cinq types différents de surfaces planétaires sous un ciel sans nuages et un ciel nuageux. Ils ont également considéré différents types de nuages avec différentes tailles de particules.
Le point principal de l’étude était de comparer deux modèles existants différents que les astronomes peuvent utiliser pour interpréter la polarimétrie et évaluer leur précision. L’un s’appelle DAP et l’autre VSTAR. L’équipe a utilisé les deux pour interpréter leurs données polarimétriques, puis les a comparées.
Ce type de recherche illustre la quantité de travail investie dans les efforts scientifiques. Bien que les gros titres sur l’astronomie puissent sembler simples, c’est compliqué. Il y a bien plus à faire que simplement pointer de puissants télescopes vers des objets distants et ensuite regarder les images. Il faut un effort dévoué de la part de milliers de personnes pendant des décennies pour que l’astronomie fonctionne. Il y a beaucoup en jeu, et si un jour une équipe d’astronomes arrive à dire : « Nous l’avons fait ! Nous avons découvert une planète pleine de vie ! ce sera à cause d’un travail détaillé et complexe comme celui-ci qui ne génère pas beaucoup de gros titres.
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