Saisons planétaires : deux planètes similaires à la Terre ressemblent désormais encore plus à la Terre…

Le Georgia Institute of Technology (Georgia Tech/ Atlanta/ États-Unis) a publié une étude qui examine deux lointaines exoplanètes que l’on estime être semblable à la Terre. Elles s’appellent Kepler-62f, la première planète de la taille de la Terre en dehors du système solaire qui a été trouvée en orbite dans la zone habitable de son étoile, et Kepler-186f découverte un peu plus tard. Ces deux exoplanètes d’une taille similaire à la Terre orbitent donc leur étoile respective à une distance où de l’eau à l’état liquide pourrait être présente sur leur surface.

Image d’entête : Représentation artistique de Kepler-186f. (NASA Ames/ JPL-Caltech/ T. Pyle)

Les chercheurs ont utilisé des simulations pour analyser et identifier la dynamique de l’axe de rotation de ces planètes afin de déterminer leur inclinaison sur leur axe et l’évolution de cet angle dans le temps. L’inclinaison axiale (encore appelée obliquité) est importante parce qu’elle contribue aux saisons et au climat de la planète en influençant la façon dont la lumière du soleil atteint sa surface.

Pour les présentations, Kepler-62f est la planète la plus éloignée des cinq exoplanètes qui orbitent autour d’une seule étoile, Kepler-62, qui se trouve à environ 1 200 années-lumière en direction de la constellation de la Lyre. La planète orbite autour de son étoile tous les 267 jours, elle est 1,4 fois plus grande que la Terre et c’est probablement un monde terrestre ou océanique.

Représentation artistique de Kepler-62f. (NASA Ames/ JPL-Caltech/ T. Pyle)

Kepler-62f était l’exoplanète la plus semblable à la Terre jusqu’à ce que les astronomes remarquent Kepler-186f en 2014.

Kepler-186f (représentée en image d’entête) fait partie d’un système à 5 planètes. Elle fait environ 1,17 fois le rayon de la Terre, mais sa masse, sa composition et sa densité restent un mystère. Elle orbite autour de Kepler-186, une étoile naine de classe M1 située dans la constellation du Cygne, à environ 492 années-lumière, tous les 130 jours. La luminosité de l’étoile à midi, si vous étiez debout sur Kepler-186f, apparaîtrait aussi brillante que le Soleil juste avant son coucher sur Terre.

Selon M. Gongjie Li, du Georgia Institute of Technology et du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics :

Notre étude est l’une des premières à étudier la stabilité climatique des exoplanètes et contribue à la compréhension croissante de ces mondes voisins potentiellement habitables.

Li et son collègue, Yutong Shan, ont utilisé des simulations pour analyser et identifier la dynamique de l’axe de rotation des exoplanètes. Ces dynamiques déterminent l’inclinaison d’une planète sur son axe et l’évolution de cet angle dans le temps.

Les chercheurs suggèrent que l’inclinaison axiale de Kepler-186f est très stable, tout comme la Terre, ce qui laisse supposer qu’elle a des saisons régulières et un climat stable. Ils pensent que c’est la même chose pour Kepler-62f.

Les particularités de Kepler-186f. (NASA Ames/ SETI Institute/ JPL-CalTech)

Selon les chercheurs :

Quelle est l’importance de l’inclinaison axiale pour le climat ? La grande variabilité de l’inclinaison axiale pourrait être l’une des principales raisons pour lesquelles Mars s’est transformée d’un paysage aquatique il y a des milliards d’années, en désert aride d’aujourd’hui.

Mars se trouve dans la zone habitable de notre système solaire, mais son inclinaison axiale a été très instable, variant de zéro à 60 degrés.

Cette instabilité a probablement contribué à la décomposition de l’atmosphère martienne et à l’évaporation des eaux de surface.

A titre de comparaison, l’inclinaison axiale de la Terre oscille plus légèrement, entre 22,1 et 24,5 degrés, passant d’un extrême à l’autre tous les 10 000 ans environ.

Description de l’inclinaison de l’axe de la Terre (obliquité) et son rapport aux plans de l’écliptique, à l’équateur céleste et à l’axe de rotation. La Terre est présentée telle que vue depuis le Soleil et la direction de son orbite est dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (elle part donc vers la gauche). (Wikimédia)

Selon les astronomes :

L’angle d’orientation de l’orbite d’une planète autour de son étoile hôte peut varier par interaction gravitationnelle avec d’autres planètes du même système.

Si l’orbite devait osciller à la même vitesse que la précession de l’axe de rotation de la planète, celui-ci oscillerait aussi d’avant en arrière, parfois de façon spectaculaire.

Mars et la Terre interagissent fortement l’une avec l’autre, ainsi qu’avec Mercure et Vénus. En conséquence, par eux-mêmes, leurs axes de rotation se précessent à la même vitesse que l’oscillation orbitale, ce qui peut provoquer de grandes variations dans leur inclinaison axiale.

Heureusement, la Lune contrôle les variations de la Terre. La Lune augmente le taux de précession de l’axe de rotation de notre planète et le rend différent du taux d’oscillation orbitale. Mars, par contre, n’a pas de satellite assez grand pour stabiliser son inclinaison axiale.

Il semble que les deux exoplanètes sont très différentes de Mars et de la Terre parce qu’elles ont une connexion plus faible avec leurs autres planètes.

Nous ne savons pas si elles possèdent des lunes, mais nos calculs montrent que même sans satellites, les axes de rotation de Kepler-186f et Kepler-62f seraient restés constants pendant des dizaines de millions d’années.

Pour Yutong Shan, sur les probabilités d’une vie sur ces deux mondes :

Je ne pense pas que nous comprenions suffisamment l’origine de la vie pour exclure la possibilité de leur présence sur des planètes aux saisons irrégulières.

Même sur Terre, la vie est remarquablement diversifiée et a fait preuve d’une incroyable résilience dans des environnements extraordinairement hostiles, mais une planète climatiquement stable pourrait être un endroit plus confortable pour commencer.

L’étude publiée dans The Astronomical Journal : Obliquity Variations of Habitable Zone Planets Kepler-62f and Kepler-186f et présentée sur le site de la Georgia Tech : More Clues That Earth-Like Exoplanets Are Indeed Earth-Like.