Nous avons de la chance d’avoir une voisine comme Vénus, même si elle est totalement inhospitalière, très différente des autres planètes rocheuses et difficile à étudier. Son atmosphère épaisse obscurcit sa surface, et seuls des radars puissants peuvent y pénétrer. Sa pression atmosphérique extrême et ses températures élevées sont des obstacles aux atterrisseurs ou aux rovers.
C’est comme avoir une exoplanète mystérieuse à côté.
Nous observons Vénus à l’œil nu depuis des millénaires et avec des télescopes depuis des siècles. À bien des égards, il est encore entouré de mystère. Nous sommes dans une situation similaire avec les exoplanètes ; seulement c’est leur distance qui les enveloppe.
La nature inhospitalière de Vénus signifie que nous avons du mal à l’explorer. Nous en savons beaucoup plus sur les autres mondes de notre système solaire – Mars, par exemple – car ils se prêtent mieux à l’observation par des orbiteurs. Et dans le cas de Mars, la visite de plusieurs atterrisseurs et rovers a révélé beaucoup de choses sur l’histoire de cette planète. Ainsi, même si nous avons envoyé des orbiteurs – et des atterrisseurs malheureux – sur Vénus, notre manque de compréhension signifie que, à certains égards, cela ressemble plus à une exoplanète qu’à une autre planète de notre système solaire.
Au cours des 30 dernières années, les scientifiques ont découvert des milliers d’exoplanètes. Chacune d’entre elles est intéressante en soi, mais une grande partie de notre intérêt pour les exoplanètes concerne leurs atmosphères et leur habitabilité potentielle. C’est là que Vénus et la science des exoplanètes se croisent.
En savoir plus sur Vénus peut nous en apprendre davantage sur les exoplanètes, et l’inverse est également vrai, selon les auteurs d’un nouvel article de recherche. L’article est “Synergies entre Vénus et observations exoplanétaires”. Il est publié dans Space Science Reviews, et l’auteur principal est le Dr Michael Way. Way est physicien au Goddard Institute for Space Studies de la NASA. L’étude examine comment les modèles de circulation générale (GCM) sont utilisés pour comprendre les exoplanètes et comment nous pouvons les exploiter pour démêler l’histoire de Vénus.
“Ici, nous examinons comment notre connaissance de Vénus actuelle peut informer la science exoplanétaire terrestre et comment la science exoplanétaire peut informer notre étude de Vénus”, expliquent les auteurs dans leur introduction. “De manière superficielle, les contrastes de connaissances semblent frappants.” Mais le sont-ils ?
Même si Vénus est difficile à étudier, les scientifiques ont fait des progrès. Les preuves suggèrent que la planète était autrefois habitable. Vénus a peut-être été chaude et humide dans le passé avant que le chauffage incontrôlé des serres ne cuise la planète. La planète a peut-être même abrité des océans de surface avant qu’elle ne devienne trop chaude. Si Vénus était habitable dans le passé, quels processus ont conduit à son climat extrêmement inhospitalier aujourd’hui ? Que peut nous dire sa transformation sur les exoplanètes ?
Pour tenter de répondre à cette question, les chercheurs se tournent vers l’un de leurs principaux outils : les modèles de circulation générale (MCG). Ils les utilisent pour modéliser la façon dont les atmosphères et les océans influencent le climat sur Terre, et ils sont également utiles dans l’étude d’autres planètes. . Les GCM sont des modèles mathématiques de la circulation des atmosphères, et les chercheurs les utilisent pour comprendre comment les taux d’insolation et de rotation affectent les climats planétaires.
La modélisation climatique des exoplanètes peut-elle aider à expliquer le climat de Vénus ?
“Il peut sembler absurde de proposer que les exoplanètes terrestres, qui sont loin d’être explorées in situ, et qui présentent des défis même pour la détection de leurs atmosphères, puissent en aucune façon informer l’histoire de l’évolution de Vénus”, écrivent les auteurs. “Pourtant, la science exoplanétaire a déjà fourni un moyen de placer l’ancienne Vénus il y a 4,2 milliards d’années dans la zone habitable.”
Les scientifiques savent quelques choses sur l’ancienne Vénus. Il y a 4,2 milliards d’années, elle recevait environ 40 % de rayonnement solaire en plus par rapport à la Terre actuelle. A priori, cela empêcherait toute habitabilité.
Mais un article publié en 1971 a montré que Vénus aurait pu avoir des conditions tempérées malgré un rayonnement solaire plus élevé si elle avait une couverture nuageuse à 100 %. Avec autant de nuages, l’albédo aurait été suffisamment élevé pour refléter une grande partie du rayonnement solaire. La couverture nuageuse aurait pu abaisser la température de surface de la planète à moins de 27 Celsius (80 F.) À cette température, Vénus aurait pu maintenir les eaux de surface et les océans.
Ce document ne fournissait aucune justification pour une couverture nuageuse à 100 %. Mais à mesure que notre connaissance des exoplanètes augmentait, les découvertes ont fourni une justification. Parmi les plus de 5 000 exoplanètes que nous connaissons, une bonne partie d’entre elles sont très proches de leurs étoiles et sont soit verrouillées par les marées, soit tournent très lentement. Une étude de 2014 a utilisé le GCMS pour montrer que des planètes en rotation lente proches de leurs étoiles pouvaient maintenir des températures de surface de 26 degrés Celsius (80 F) même lorsque la planète recevait 2,5 fois plus d’insolation solaire que la Terre. Mais seulement si la couverture nuageuse était épaisse et haute, tout comme l’article de 1971 le proposait.
La lente rotation des exoplanètes a permis la formation de ce type de couverture nuageuse. Cela correspond à Vénus, qui met 243 jours terrestres pour effectuer une rotation, la rotation la plus lente du système solaire.
D’autres études sur des exoplanètes à rotation lente proches de leurs étoiles ont utilisé différents GCM et ont montré des résultats similaires. Ces résultats ont façonné notre façon de penser à Vénus. Une réflexion antérieure a montré que Vénus avait peut-être eu une période habitable relativement brève avant de devenir inhospitalière. Mais si les exoplanètes à rotation lente avec une épaisse couverture nuageuse maintenaient une habitabilité à long terme même lorsqu’elles recevaient une insolation solaire abondante, peut-être que Vénus l’a fait aussi.
Nous souhaitons probablement tous que Vénus soit habitable pendant une longue période. C’est dans notre nature. Jusqu’à présent, plusieurs études basées sur cinq MCG différents ont largement confirmé ce que l’étude de 2014 a montré. Ils ont tous montré que les planètes à rotation lente peuvent produire le type de couverture nuageuse épaisse et élevée qui maintient la surface d’une exoplanète tempérée même à proximité de leurs étoiles. Mais tout en encourageant, ce n’est toujours pas concluant. Les scientifiques ont besoin de meilleures observations des exoplanètes avant de pouvoir en être certains.
Il y a beaucoup d’exoplanètes dans ce que les scientifiques des exoplanètes appellent la zone de Vénus (VZ). La zone de Vénus est une zone orbitale autour d’une étoile où une planète similaire à la Terre subirait un effet de serre incontrôlable comme Vénus. Les observations de ces planètes sont essentielles pour comprendre Vénus en raison des questions sous-jacentes qui s’appliquent à la fois aux exoplanètes de la zone de Vénus et à Vénus elle-même.
Combien de temps les phases océaniques de magma ont-elles duré et comment cela affecte-t-il le développement et l’évolution de l’atmosphère ? Comment cela affecte-t-il les types de nuages qui se forment ? Étant donné que les exoplanètes que nous trouvons dans les zones de Vénus ont des âges différents, les observations peuvent aider à répondre à ces questions en construisant une sorte de chronologie évolutive pour les planètes en rotation lente proches de leurs étoiles. Cela renforcera nos GCM et leurs résultats pour Vénus et les exoplanètes.
Vénus est comme une exoplanète dans notre jardin. Les auteurs de cet article soulignent que nous pouvons recueillir des observations détaillées de Vénus et, éventuellement, des observations in situ, qui éclaireront non seulement Vénus, mais également les exoplanètes de la zone de Vénus. Dans le même temps, les relevés des exoplanètes de la zone de Vénus à différents âges et à différentes proximités de différents types d’étoiles peuvent également nous aider à comprendre Vénus.
Ceci est conforme à ce que la récente enquête décennale sur les sciences planétaires et l’astrobiologie a déclaré. Cette enquête couvre un grand territoire et a montré les liens entre Vénus et les exoplanètes et comment l’étude de chacune peut informer l’autre. Les auteurs de l’article ont dressé un tableau des parties de l’enquête décennale qui relient Vénus et la science des exoplanètes.
Il n’y a pas de consensus fort sur Vénus et ses anciens océans et son habitabilité potentielle. Différentes études sont arrivées à des conclusions différentes. Certains ont montré que Vénus avait peut-être eu des océans pendant quelques centaines de millions d’années, d’autres pendant deux milliards d’années, et certains ont montré qu’il n’y avait jamais eu d’océans.
S’il était autrefois habitable, que s’est-il passé ? Qu’est-ce que cela peut dire aux scientifiques sur les exoplanètes ? “Si Vénus a évolué d’une période tempérée antérieure avec des réservoirs d’eau de surface à son état actuel de serre, comment cela s’est-il produit exactement et quels sont les processus clés impliqués?” demandent les auteurs. Les scientifiques ont lutté pendant des décennies pour comprendre comment Vénus a pu évoluer d’une période habitable précoce à un état aussi inhospitalier.
Heureusement, nous pourrions bientôt gagner en clarté. La NASA et d’autres agences spatiales prévoient des missions vers Vénus dans un proche avenir. La NASA planifie les missions VERITAS et DAVINCI+, et l’ESA planifie la mission EnVision. Tous trois sont des orbiteurs, et DAVINCI+ comprend également une sonde atmosphérique. Des missions de surface plus ambitieuses sont au stade conceptuel.
Avec trois missions Vénus à venir, certains appellent les années 2030 la décennie de Vénus. Et en ce qui concerne les exoplanètes, ce domaine d’étude est déjà en plein essor. Le JWST, CHEOPS, TESS et d’autres repoussent les frontières de la science des exoplanètes. TESS utilise la méthode de transit pour trouver des exoplanètes, et cette méthode est biaisée vers les planètes avec des périodes orbitales plus courtes. Il a découvert un grand nombre de planètes rocheuses dans la zone de Vénus. Bien que toutes les planètes de la VZ n’aient pas d’eau de surface liquide, certaines pourraient en avoir. Dans tous les cas, les planètes VZ de TESS peuvent servir de guide pour d’autres observations de suivi avec le JWST et d’autres missions.
Le JWST a déjà détecté la composition chimique d’une exoplanète nommée WASP 39-b. Bien que ce ne soit pas une planète tellurique, elle orbite très étroitement autour de son étoile.
“Nous nous attendions à ce que JWST soit un outil puissant pour étudier les atmosphères d’exoplanètes, et ces observations sont parmi les premières preuves réelles que cela est vrai”, a déclaré l’astrophysicienne JHUAPL Erin May, qui a participé aux résultats du JWST WASP 39-b. “La précision de ces mesures est inégalée par les télescopes précédents, et nous ne faisons qu’effleurer la surface de ce que nous pourrons apprendre sur les exoplanètes à l’avenir.”
Un sentiment d’optimisme similaire entoure les prochaines missions vers Vénus. “Aucune mission précédente dans l’atmosphère de Vénus n’a mesuré la chimie ou les environnements avec autant de détails que la sonde de DAVINCI peut faire”, a déclaré Jim Garvin, chercheur principal de DAVINCI. “DAVINCI s’appuiera sur ce que la sonde Huygens a fait à Titan et améliorera ce que les précédentes missions in situ de Vénus ont fait,mais avec des capacités et des capteurs du 21e siècle.
Vénus et la Terre ont commencé de manière assez similaire. Mais d’une manière ou d’une autre, Vénus a suivi une voie évolutive différente de celle de la Terre. Bien qu’il puisse sembler que sa proximité avec le Soleil en soit la raison évidente, cette étude montre comment il pourrait y avoir plus.
« Comment un monde qui recevait, il y a 4,2 milliards d’années, 1,4 fois le rayonnement solaire incident que la Terre reçoit aujourd’hui peut-il se trouver à l’intérieur de la zone habitable ? demandent les auteurs dans leur article. La réponse vient des GCM. “… une rétroaction efficace de l’albédo des nuages d’une Vénus en rotation lente peut avoir maintenu l’ancienne Vénus tempérée selon la modélisation GCM en supposant une quantité suffisante d’eau liquide de surface et une phase océanique de magma de courte durée”, expliquent-ils.
Il n’y a qu’une seule voie à suivre pour tester la précision de notre compréhension des exoplanètes Vénus et VZ. Parallèlement aux missions sur Vénus, nous devons trouver plus de planètes VZ et les étudier. Et comme le montre clairement cette étude, les deux efforts sont liés.
“… l’observation d’un échantillon statistiquement pertinent de mondes VZ dans différentes phases d’évolution pourrait nous aider à délimiter l’espace des paramètres d’une manière que nous ne comprenons peut-être qu’à peine aujourd’hui”, écrivent les auteurs. Cela nous aidera également à comprendre Vénus, notre exoplanète voisine.
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