‘Oumouamoua, brève rencontre avec un objet extraterrestre

Le 19 octobre 2017 des astronomes terriens ont remarqué dans le ciel un objet étrange. L’astrophysicien Avi Loeb s’y est intéressé et a fait part dans un livre publié en Janvier 2021, de sa conviction : selon les indices recueillis durant notre brève rencontre, la meilleure explication de cet objet est qu’il soit artificiel. Le professeur Abraham (Avi) Loeb est directeur du département d’Astronomie de l’Université de Harvard, président du Conseil des académies de physique et d’astronomie des Etats-Unis et président du comité consultatif du programme Breakthrough Starshot Initiative.

Quand j’ai abordé la lecture de ce livre, étant a priori sceptique car critique et très peu enclin à croire que la vie, a fortiori une vie intelligente, ait pu se développer en dehors de la Terre, j’ai ressenti une sorte de malaise mêlé à une forte curiosité. En effet je me demandais à quels arguments un scientifique aussi reconnu par ses pairs que l’est le Professeur Loeb, pouvait recourir pour écrire ce qui pouvait apparaître comme une « énormité » (et qui est effectivement apparu comme telle à beaucoup de ses confrères).

L’observation n’a pu se faire que sur une période de onze jours parce que l’objet « 1I2017UI » que l’on affubla ensuite du nom d’Oumouamoua*, se déplaçait à grande vitesse (180.000 km/h avant son périhélie, puis 320.000 km/h après) et aussi parce qu’on ne l’avait tout simplement pas remarqué auparavant. Venant du Nord, de la direction de l’étoile Véga, il avait franchi le plan de l’écliptique après l’orbite de Mercure, infléchi sa course à l’intérieur de l’orbite de Mercure et était repassé au-dessus du plan de l’écliptique un peu après l’orbite de la Terre. Il nous y avait précédé en termes de longitude solaire de quelques dizaines de millions de km et il repartait vers l’extérieur de notre système.

*mot de la langue Hawaïenne que d’après Avi Loeb on peut traduire par « éclaireur ». En effet la première observation se fit dans le télescope Pann STARRS1 dans l’Ile de Maui. C’est aujourd’hui la mode d’aller chercher des noms qu’on aurait autrefois qualifiés d’« exotiques », ce que personnellement je trouve totalement ridicule.

Sa vitesse était telle qu’on l’a tout de suite identifié comme un objet provenant de l’extérieur du système solaire puisqu’aucun astéroïde ou aucune comète ayant décroché de son orbite dans les Nuages de Oort, n’aurait pu l’atteindre. Cela signifiait déjà qu’il ne ferait que passer, sans pouvoir être retenu par la force gravitationnelle du Soleil. C’était le premier objet interstellaire* ayant pu être observé et il était déjà, de ce fait, exceptionnel (il y en eu très vite un autre, nommé Borissov). On en aurait donc parlé de toute façon mais cela n’aurait pas bouleversé « les têtes les mieux faites » car il était logique qu’une telle observation se fit un jour.

*Le « 1I » en préfixe de l’identification UAI (Union Astronomique Internationale) indique précisément ce fait.

L’objet avait d’autres particularités : (1) Ce n’était pas une comète car aucun dégazage n’est apparu même lorsqu’il est passé à proximité du Soleil*. (2) Ce n’était pas un astéroïde car il réfléchissait beaucoup de lumière (un astéroïde est un objet sombre alors que la glace d’une comète peut théoriquement briller). Ce fut d’ailleurs le contraire dans le cas de Borissov, tout aussi « étranger » en raison de sa vitesse mais, lui, tout à fait « classique ». (3) Sa luminosité variait d’un facteur 10 toutes les 8 heures, très précisément. Cela signifiait que l’objet avait un rapport longueur/largeur de 10 à 1 et qu’il était en rotation sur lui-même. (4) L’objet était petit car en passant près du Soleil, il aurait dû chauffer ; or le télescope à infrarouge spatial Spitzer qui peut mesurer les variations de températures d’objets très petits à cette distance, n’a noté aucune variation. Cela implique que la variation, si elle avait eu lieu, était en dessous de son seuil de détection, c’est-à-dire que l’objet devait avoir une dimension inférieure à 100 mètres sur moins de 10 mètres, donc que sa forme était plus étirée ou aplatie que tous les autres objets observés à ce jour (aucun n’a un rapport supérieur à 3 sur 1). Cela implique également qu’il est extrêmement brillant puisqu’il réfléchissait beaucoup plus de lumière que ne le devrait un objet « ordinaire » d’une taille si petite. (5) Lorsque Oumouamoua a passé son périhélie, sa trajectoire a dévié de celle qu’il aurait dû suivre s’il avait simplement répondu à la force gravitationnelle du Soleil et c’est après cette constatation qu’Avi Loeb a commencé à être vraiment intrigué. La déviation correspondait à une force additionnelle, antisolaire, qui déclinait proportionnellement au carré de la distance au Soleil. Si l’accélération avait été due à l’éjection d’un gaz (comme d’un moteur-fusée ou d’une comète) le delta de vitesse aurait dû occasionner la perte de 1/10ème de la masse de l’objet. Ce n’était pas le cas car on ne constata aucun dégazage, aucune perte de matière tout comme on n’observa aucun changement dans la rotation.

*lorsqu’on identifie un objet astronomique, on peut rechercher sa position antérieure à celle de l’observation, par les prises de vue du ciel antérieures et aussi par le calcul. Je fais là-dessus, confiance totale aux astronomes (ils ont été nombreux à observer le phénomène et aucun n’a contesté la base chiffrée du raisonnement d’Avi Loeb).

Avi Loeb en déduit que pour réfléchir autant de lumière, et subir l’accélération qu’il a subi (vitesse donc direction), la forme de l’objet devait être beaucoup plus celle d’un « pancake » ou d’un disque que d’un cigare comme on l’a communément représenté. Cela évoqua immédiatement chez lui la « photovoile » (appelée aussi voile solaire quand l’on considère que la source de lumière est le Soleil). Il en connaissait parfaitement le principe pour l’avoir étudié pour le projet Breathrough Starshot à la demande de son ami Youri Milner. Ce projet fabuleux qui les passionne tous les deux (et auquel participait Stephen Hawking) consisterait à envoyer en seulement 20 ans des voiles solaires de très faible masse, observer Proxima Centauri sous l’impulsion initiale et brève de lasers ultrapuissants. En appliquant cette hypothèse, Avi Loeb et ses collègues ont estimé que la voile devait avoir une épaisseur de moins de 1 mm.

Cerise sur le gâteau, on s’aperçut ensuite, d’après sa trajectoire reconstituée (on peut en effet le faire avec une vitesse et une direction), qu’Oumoumoua était positionné avant son intrusion, à une vitesse tout à fait particulière dans sa rotation autour de la galaxie, qu’on appelle le « Local Standard of Rest » ou « LSR ». Ce référentiel est particulier en ce qu’il est la vitesse moyenne de déplacement dans notre petit coin d’univers. Dans le disque galactique, les étoiles tournent autour du centre galactique à des vitesses variables, certaines vont relativement vite, comme le Soleil, à 70.000 km/h, ce qui lui permet de faire le tour du centre galactique en quelques 230 millions d’années terrestres, d’autres vont plus lentement (et nous changeons ainsi de voisins au cours du temps…très long pour nous puisqu’il faut le compter en dizaines de milliers d’années). Mais les objets qui se déplacent exactement à cette LSR sont extrêmement rares (le propre des moyennes). Avi Loeb en propose l’explication que nous avons heurté une sorte de balise (c’est donc nous qui aurions perturbé l’objet plutôt que l’objet qui aurait pénétré dynamiquement notre sphère d’influence). Quoi qu’il en soit, la constatation ajoute à l’étrange et renforce la probabilité d’un objet non-naturel.

Nous n’en saurons pas plus. Oumaoumoua est reparti et ne reviendra jamais, nous ne pourrons donc jamais l’observer à nouveau, jamais en avoir d’image. Il faut « vivre avec » en espérant capter un peu plus d’informations lorsque nous bousculerons une autre « balise »…si nous en avons l’occasion car l’Univers est vaste, les balises probablement rares et le temps pendant lequel une civilisation nait, se développe et meurt, sans doute extrêmement limité relativement à son échelle. D’ailleurs Avi Loeb considère que la plus grande probabilité est qu’Oumoumoua soit une épave produite par une civilisation disparue et il propose de développer une recherche d’« astro-archéologie » pour être prêts en cas de nouvelle rencontre.

Je vais donc vous laisser avec ce résumé en vous invitant à lire le livre. Avi Loeb nous montre bien que toutes les explications que l’on peut donner d’Oumouamoua sont extraordinaires mais que la moins extraordinaire serait celle de la photovoile. Ce n’est pas pour autant que les extraterrestres « courraient les rues » mais cela ébranle autant que cela fait rêver.

Illustration de titre : la trajectoire d’Oumouamoua. L’objet a été observé quand il venait de passer l’orbite de la Terre, en route vers l’extérieur du système solaire. Crédit Nageldesign, Tom Ruen.

Lecture : Le premier signe d’une vie intelligente extraterrestre, par Avi Loeb, Editions du Seuil, janvier 2021. Excellente traduction en Français du géologue Franco-Américain, Charles Frankel (titre en Anglais: “The first sign of intelligent life beyond Earth”).

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 02 26

 

Congrats to the EDL NASA team for landing safely Perseverance on Mars!

Nous sommes le 18 février; il est 21h57, heure CET (la nôtre). Ça y est ! L’atterrissage a réussi. La NASA a encore une fois démontré son savoir-faire en exécutant de main de maître le fameux parcours des « 7 minutes de terreur »* entre la haute atmosphère de Mars où elle a positionné son atterrisseur à 5,3 km/s (19.000 km à l’heure) et le sol martien, 120 Km plus bas. Le vaisseau a effectué sans faute les différentes manœuvres nécessaires de façon totalement autonome (aucun contrôle n’est possible compte tenu du « time-lag » dû à la finitude de la lumière). Le rover Perseverance se trouve maintenant en sécurité sur le sol du cratère Jezero tout près de ce fabuleux delta dont les spécialistes admiraient les photos depuis si longtemps en pensant qu’il fallait absolument y aller. Nous y sommes et on peut maintenant voir les cailloux au sol par l’intermédiaire des yeux du robot (illustration de titre). C’est fantastique !

L’équipe « sécurité, santé » de la NASA a pris le relais des mains de l’équipe « EDL » (Entry, Descent, Landing) et va procéder aux différents “checkings” pour savoir dans quel état se trouve le rover et ses équipements mais il semble que le « touch-down » se soit passé en douceur. Donc, sauf mauvaise surprise, l’exploration de ce site magnifique va pouvoir commencer.

Tout le monde a bien vu depuis les photos prises par les satellites, le dessin de ce delta et du fleuve asséché en amont. L’eau a coulé abondamment dans ce fleuve en charriant toutes les alluvions possibles, de toutes les tailles possibles et créant des roches très riches en argiles, jusque-là où se trouve aujourd’hui notre “observateur” à roues. Toutes les conditions ont été remplies pour que cette eau imbibant suffisamment longtemps ce sol, permette dans l’environnement calme du lac, de faire évoluer longuement les molécules organiques qui pouvaient s’y trouver. « Jusqu’où ? » est LA question que tout le monde se pose. Mais il ne faut pas rêver. Le plus intéressant serait de trouver un degré de complexification organique sensiblement plus important que dans les astéroïdes. Ce qui nous intéresse, à mon avis, encore plus que le résultat d’une évolution concrétisée dans une cellule ayant été vivante, c’est l’évolution vers ce résultat qui nous permettrait de comprendre mieux les étapes intermédiaires et donc les contraintes environnementales qui les ont permises à comparer avec nos propres contraintes qui ont permis quelque chose de plus abouti dans la même ligne d’évolution.

Vous avez remarqué que le fond du lac est plus bas que le delta et que même le cours d’eau domine ce niveau d’assez haut. C’est que le relief est « inversé ». Plus dense, les sites d’écoulement et d’accumulation de matière n’ont pas été érodés avec le même succès que les dépôts plus « tendres » du fond du lac. Et sur plusieurs milliards d’années, ça se voit.

Le petit hélicoptère, « Ingenuity » fixé sous le ventre du rover, va être testé dans les 30 jours. Il pourra faire quatre vols. Il n’est pas prévu qu’il fasse d’observations scientifiques ; c’est une démonstration technologique. Mais ce serait formidable qu’il fonctionne. Le terrain martien est traitre, avec rochers acérés et surtout sables mouvants (le rover Spirit y a perdu la vie). Naturellement l’hélicoptère pourrait servir d’éclaireur. Il pourrait aussi aller prendre des photos ou analyser les roches situées dans des lieux inaccessibles aux véhicules à roues et il y en a évidemment beaucoup sur Mars. Le seul problème est que ces hélicoptères ont des pales qui tournent très vite (2400 tours minutes) et qu’ils consomment beaucoup d’énergie. Comme ils peuvent emporter peu de masse avec eux, leurs vols sont forcément courts. Disons que c’est mieux que rien (ou qu’un dirigeable mais la portance serait très faible).

La tache principale de ce rover outre l’examen à distance de la composition chimique des roches jugées intéressantes (notamment avec le spectrogramme laser SuperCam, une amélioration de ChemCam), sera de carotter le sol sur une dizaine de cm pour en extraire des échantillons qui seront ramassés « plus tard » par une autre mission, conjointe avec l’ESA, pour les envoyer sur Terre. La « mission de retour d’échantillons », comme on l’appelle, pourrait avoir lieu en 2030. Ça me semble très loin et j’aimerais qu’Elon Musk les rapporte à la main (de ses astronautes !) lors de sa seconde mission habitée qui aura lieu avant. Il pourrait aussi prendre d’autres échantillons sur un autre site, un peu plus gros et prélevés un peu plus profondément (donc moins dégradés par les radiations).

Enfin, le rover avec son instrument MOXIE va tester la faisabilité de produire de l’oxygène à partir du gaz carbonique de l’atmosphère (95%). C’est facile sur Terre en laboratoire, c’est moins facile sur Mars à cause de la faible pression atmosphérique (610 pascals en moyenne) et de la poussière mais c’est vital pour les futurs missions habitées. Et la NASA le dit et le répète. Donc, n’en déplaise à certains scientifiques, surtout européens, qui n’aiment pas ce qu’ils considèrent comme des enfantillages qui distraient beaucoup d’argent des budgets de la Recherche, la NASA persiste à vouloir envoyer l’homme sur Mars. Ça fait plaisir à entendre et la réussite de l’atterrissage de Perseverance est en soi un encouragement vers ce but.

*NB : qu’on arrête de dire comme beaucoup le mettent en avant pour souligner la dangerosité du vol, que seules 50% des missions sur Mars sont arrivées au sol sans dommage. C’est vrai si on prend tous les vols depuis le début de l’ère spatial mais ça n’a en réalité aucun sens car les premiers avions ont disparu souvent corps et biens et on ne les prend pas dans les statistiques des accidents d’avions contemporains. Ce qu’il faut voir, c’est que les Américains n’ont pas connu un seul échec d’atterrissage depuis 2001 et qu’ils ont posé 5 rovers sur Mars depuis le petit Pathfinder en 1997. Sur douze tentatives, y compris celles des Russes (trois) et des Européens (une) qui ont échoué, la NASA en a effectué huit dont un seul échec, Mars Polar Lander en 1999. Elle sait faire.

illustration de titre: première photo du sol du cratère Jezero prise par la caméra Hazcam embarquée à bord du rover Perseverance. Crédit NASA/JPL

Les Chinois ont réussi l’insertion de leur satellite en orbite autour de Mars

Le satellite chinois, Tianwen-1 (question au Ciel), lancé le 23 juillet dernier et arrivé dans l’environnement martien hier, a pu être inséré en orbite martienne, ce jour, 10 février. C’est la première fois que la Chine tentait d’accéder à la Planète-rouge et c’est donc un exploit qui place le pays au niveau de ses prédécesseurs, URSS, Etats-Unis, Europe (ESA), Inde et Emirats Arabes Unis.

Mais les ambitions de la Chine vont bien au-delà de cette mise sur orbite. Il s’agit en effet de descendre un “atterrisseur” (“lander”) à la surface de la planète, d’en débarquer un véhicule robotique (“rover”) et de le faire évoluer pendant un minimum de 90 jours, tout en utilisant toute une batterie d’instruments scientifiques. Evidemment tous ces équipements sont “made in China”.

Sur le plan astronautique, c’est une confirmation des capacités de la fusée Chang-Zheng 5 (Longue-Marche 5) qui peut hisser 25 tonnes* en LEO (orbite basse terrestre) et bien sûr des équipes de l’agence spatiale chinoise, “CNSA”, acronyme de Chinese National Space Administration. La CNSA est rattachée à la SASTIND, agence gouvernementale pour la Science, la Technologie et l’Industrie de la Défense Nationale. Cette dernière qualification, précise bien le contexte dans lequel se déroulent ces missions. On peut remarquer que l’atterrisseur et le rover sont identiques à ce que les Chinois ont déposé récemment sur la face cachée de la Lune (Chang’e 4 et son rover Yutu 2).

*contre 130 tonnes, tout de même, pour la fusée Saturn 5 du programme lunaire Apollo. Mais l’Atlas V “541” utilisé par les Américains pour la mission Mars 2020 peut placer 17 tonnes en LEO. Sa version “HLV” pourrait y placer 29 tonnes. Le SuperHeavy de SpaceX (encore en développement) doit pouvoir y  placer 150 tonnes mais déjà le Falcon Heavy (opérationnel) peut y placer 63,8 tonnes.

Sur le plan scientifique, le programme est très ambitieux. L’orbiteur doit être opérationnel pendant au moins deux années terrestres (une année martienne). Il est équipé de deux caméras dont une à haute résolution, d’un radar à pénétration du sol, d’un spectromètre infrarouge, d’un magnétomètre et de deux détecteurs de particules. Il servira également de relai de télécommunication à l’atterrisseur et à son rover. Le rover est équipé d’une caméra stéréoscopique de navigation et d’une caméra multispectrale, d’un radar à pénétration du sol, d’un magnétomètre, d’un spectromètre imageur et d’une station météorologique. Tous ces équipements ont pour objet l’étude de l’environnement spatial et atmosphérique de la planète et surtout, à partir du rover mais aussi de l’orbiteur, celle de sa géologie, en particulier détecter la présence d’eau, aujourd’hui et dans le passé.

A cet effet il est intéressant de noter que les Chinois ont l’intention de faire atterrir leur “lander” dans l’Ouest d’Utopia Planitia, une vaste région des Basses terres du Nord, situées à l’Est d’Isidis Planitia. Dans cette région, Sylvain Piqueux du California Institute of Technology (CalTech) et un groupe de scientifiques, ont identifié des éléments de relief de type glaciaire permettant de déduire la présence toujours actuelle de banquises enterrées*. La couche superficielle de ces reliefs a été très certainement asséchée par sublimation de l’eau qu’elle contenait mais sa porosité, si elle est confirmée, sera le signe de la présence passée de l’eau. Sous cette couche, à seulement un ou deux mètres, on devrait pouvoir trouver de la glace en proportion très élevée sur une très vaste surface (plusieurs centaines de milliers de km2). Ce qui est encore plus intéressant c’est que ces banquises se situent à une altitude moyenne, bien qu’un peu élevée (40°N à 50°N), ce qui permettrait l’établissement d’une base habitée dans une région ou les conditions environnementales seraient encore acceptables (à la différence des pôles).

*lire l’article scientifique (lien ci-dessous) et mon article du 11 janvier 2020: “Mars de la glace d’eau facilement accessible, dans une région vivable“.

Il est également intéressant de noter que le rover Perseverance sera déposé par les Américains dans une région proche (plus à l’Ouest) qui, elle aussi, est très riche sur le plan géologique puisqu’il s’agit du delta d’un ancien fleuve à l’entrée d’un cratère (Jezero). Le site choisi par les Américains est nettement plus accidenté mais il ne faut pas oublier que les Chinois en sont encore à leur coup d’essai. D’ailleurs ils vont prendre le temps, plusieurs semaines, avant de se lancer dans la descente (“EDL” pour “Entry, Descent, Landing”), manœuvre très périlleuse que les Américains sont jusqu’à présent les seuls à avoir pu maîtriser. Les Chinois sont donc dans la position d’un étudiant qui vient de passer sa licence (mise en orbite) mais qui doit maintenant passer son master (fonctionnement de l’orbiteur) et presque simultanément, passer son doctorat (opération du rover au sol). A noter que le rover des Chinois à une masse de 240 kg contre une tonne pour Perseverance (comme d’ailleurs pour Curiosity).

Ce n’est pas gagné pour les Chinois mais disons que la concurrence pointe le bout de son nez!

illustration de titre: orbiteur de Tianwen-1, crédit image agence chinoise CNCA.

lien vers l’article scientifique cité :

“Widespread shallow water ice on Mars at high latitudes and mid latitudes” par Sylvain Piqueux et al. in Geophysical Research Letters, doi.org/2019GL083947.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1029/2019GL083947

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 01 26

La sonde emirati “espoir” a réussi son insertion en orbite de Mars

Les Emirats Arabes Unis ont réussi leur pari “fou” de mettre en orbite une sonde autour de Mars. La nouvelle est tombée ce 9 février à 17h15. Il y avait, dit-on, 50%* de chances de succès et le monde entier de l’astronautique et de la science planétologique se réjouit avec les Emirati qui en même temps célèbrent le 50ème anniversaire de leur fédération.

*en fait ce pourcentage prend en compte la totalité des vols effectués vers Mars, même les premiers, qui ont presque tous échoué, ce qui est bien normal. Il est plus exact de dire que les Américains sont les seuls à maitriser la dépose de masse en surface de Mars et que ceux-ci, avec les Européens, les Indiens (depuis le cycle synodiques précédent) et maintenant les Emirati sont les seuls à maitriser l’insertion en orbite martienne.

La sonde partie le 20 juillet de l’astroport de Tageshima, au Japon, est donc arrivée dans l’environnement de Mars ce jour après 7 mois de voyage. Sa vitesse de 120.000 km/h a été réduite en 27 minutes à 18.000 km/h. C’était avec le décollage puis l’injection interplanétaire la manoeuvre la plus difficile sur le plan astronautique (il y a eu, en plus, trois ajustements de trajectoires, ce qui est normal pour une telle mission).

Il est vrai que la sonde et le lanceur ne sont pas 100% production locale. Le lanceur a été japonais (Mitsubishi Heavy Industry H-IIA), la partie scientifique a été portée par l’Université du Colorado* aussi bien que par des spécialistes du monde entier dont le Français François Forget pour la météorologie. Le suivi du satellite a été effectué par le DSN, Deep Space Network de la NASA. Mais ce sont les Emirati qui sont au centre, comme organisateurs, fédérateurs et financiers. Le projet a été voulu par le “Leadership” de l’Etat (Sheikh Khalifa bin Zayed Al Nahyan, souverain d’Abu Dhabi. Il est le Président de la fédération des Emirats Arabes Unis, fils du fondateur Sheikh Zayed bin Sultan al Nahyan).

*University of Colorado Boulder’s Laboratory for Atmospheric and Space Physics

C’est une déclaration politique, progressiste et pacifique, à l’attention du monde arabe aussi bien que du monde entier et ce message est d’autant plus remarquable que l’équipe des quelques 200 ingénieurs et scientifiques du Centre spatial Mohammed Bin Rashid (MBRSC) est jeune (28 ans d’âge moyen) et composée à 80% de femmes.

Sur le plan scientifique, la sonde qui va évoluer sur une orbite très elliptique, va étudier le temps (qu’il fait) et le climat sur Mars avec la possibilité d’avoir une vue globale aussi bien que détaillée de l’évolution, jour et nuit, heure par heure, et ce sur la durée d’une année martienne (deux années terrestres). Nous aurons donc une connaissance plus précise, des vents, des températures et de leurs évolution planétaire au fil des jours et des saisons.

Toutes nos félicitations au Leadership qui a rendu cette performance possible et à l’équipe de l’agence spatiale des Emirats qui a permis de la réaliser. Nous les retrouverons un jour sur Mars car leur ferme intention est de contribuer à ce que l’homme y parvienne physiquement et ils participeront à l’aventure. Pour commencer, nous souhaitons plein succès à la mission EMM (Emirati Mars Mission).

Illustration de titre: vue d’artiste de la sonde Amal (espoir) approchant Mars, crédit agence spatiale des Emirats Arabes Unis.

Parmi les planètes-orphelines, des sœurs de la Terre pour toujours dans la nuit

Dans le noir de l’espace, en dehors de tout système stellaire, on s’est rendu compte relativement récemment qu’il existe des astres solitaires qui ne sont ni des astéroïdes ni des étoiles, mais d’une masse suffisante pour être des planètes, les « planètes-orphelines ».

On les nomme également « Objets libres de masse planétaire » ou en Anglais, « rogue-planets ». Leur découverte remonte à la fin des années 1990 (Japonais) mais la première étude bien documentée, par David Bennett de l’Université de Notre-Dame (Etats-Unis, Indiana), date du 19 mai 2011 (voir lien ci-dessous).

Tout d’abord on n’a observé que des astres de type Jupiter et de masse comprise entre environ 13 et environ 3 masses joviennes. Le 13 est important parce qu’au-dessus, la masse de l’astre serait telle que la réaction de fusion nucléaire (Hydrogène => Deutérium) se déclencherait et qu’on serait en présence d’une étoile de premier niveau de puissance (« naine-brune »). Le 3 est également important puisque les effets discernables causés par ces astres et qui permettent de les identifier sont très faibles. Mais cette seconde limite est en train de s’abaisser grâce à nos progrès technologiques et à l’expérience, c’est-à-dire la pratique du type d’observation requis. En Septembre 2020, on a ainsi pu déclarer avoir observé (en 2016) une planète-orpheline d’une taille située entre celles de Mars et de la Terre, à qui l’on a donné le doux nom « OGLE-2016-BLG-1928 ».

Détecter ces planètes n’est donc pas facile. Ce qui l’a permis c’est l’effet de loupe des microlentilles gravitationnelles (« gravitational microlensing ») qu’elles-mêmes peuvent créer, comme toute masse par rapport à une source émettrice de lumière située derrière elle dans la ligne de l’observateur. L’effet de loupe est une application de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein* et on ne peut le vérifier et l’utiliser pour des masses aussi faibles qu’une planète, que si l’on dispose d’instruments suffisamment sensibles pour les détecter. Cette condition étant remplie, il s’agit donc de profiter de l’instant fugace (deux heures maximum) de l’alignement avec la Terre, d’une telle source observable (évidemment une étoile) avec la masse qui passe entre elle et nous (la lentille). C’est de ce bref passage (41,5 minutes pour OGLE-2016-BLG-1928) de la planète-orpheline qui apparaît sur le graphe (voir ci-dessous) comme un pic de lumière plus ou moins haut et plus ou moins large, que l’on peut déduire sa masse, son volume (donc la nature gazeuse ou rocheuse), sa distance. Il faut être très clair : nous n’avons pas d’image.

*microlentille gravitationnelle : la lumière est courbée lorsque ses rayons éclairent un objet massif, par cet objet lui-même. La gravité de la masse au premier plan déforme l’espace environnant et agit comme une loupe.

Bien entendu il faut que, sur la durée, le phénomène ne se répète pas périodiquement (cela signifierait que la planète appartient à un système stellaire) et ce dernier « détail » n’est pas facile à vérifier car l’expérience nous a appris que les géantes gazeuses peuvent se trouver à plusieurs UA (Unités astronomiques, distance Terre-Soleil, soit 150 millions de km) de leur étoile. De ce fait, les passages d’une planète éloignée devant son étoile sont rares. Neptune qui se trouve à 30 UA du Soleil a une période de révolution de 165 ans ; Jupiter, à 5,2 UA, a une période de révolution de 11,86 ans. Un indice à rechercher est de voir si lors du passage de la planète devant l’étoile, celle-ci modifie très légèrement sa position. Ce serait la preuve d’un lien gravitationnel. Faute d’arguments contraires, on présume que ces planètes sont orphelines si elles se trouvent à au moins 10 UA d’une étoile (la distance exacte dépendra du type d’étoile), distance à laquelle on considère qu’il y a peu de chances de trouver un Jupiter et encore moins une planète tellurique, et bien sûr on vérifie l’évolution de cette distance.

Dans le cas d’OGLE-2016-BLG-1928 il faut cependant ajouter un bémol. L’objet est si petit que la parallaxe de la lentille (la planète) à la source émettrice de la lumière (une géante rouge) n’a pu être mesurée. On a estimé, d’après la mesure par le télescope Gaia du mouvement-propre de la source, que celle-ci devait être située dans le bulbe de la Voie-lactée et que la lentille devait être plutôt située dans le disque que dans le bulbe. Cela impliquerait une masse de 0,3 masse terrestre. Si elle était dans le bulbe, sa masse maximum serait de l’ordre de 2 masses terrestres, ce qui serait quand même très petit. A noter que d’une façon générale l’on oriente les instruments vers le bulbe ou vers le Nuage de Magellan en raison de la richesse en étoiles de ces régions qui donne la possibilité de très nombreux transits astronomiques. C’est important car les circonstances qui permettent l’observation de ces planètes sans étoile sont quand mêmes difficiles à remplir.

Les premières observations de planètes-orphelines ont été faites par une collaboration nippo-néo-zélandaise (Microlensing Observations in Astrophysics, « MOA »). Dès la première campagne (2006/2007), elle a découvert une dizaine d’astres, ce qui signifiait que les planètes de ce type n’étaient pas exceptionnelles bien que difficiles à observer. Plusieurs équipes poursuivent les mêmes recherches, notamment l’Optical Gravitational Lensing Experiment (« OGLE ») de l’Université de Varsovie qui a plusieurs partenariats. OGLE-2016-BLG-1928 a été découverte, avec OGLE, par Korean Milcrolensing Telescope Network, « KMTNet » du Korea Astronomy and Space Science Institute (« KASI ») .

L’origine de ces astres est toujours débattue. Deux possibilités se présentent. Soit, ils se sont formés directement par contraction d’un nuage de gaz, comme les systèmes stellaires, soit ils se sont fait éjecter de systèmes qui avaient commencé leur formation. C’est la seconde hypothèse la plus probable (ou du moins la plus fréquente) car pour que la contraction d’un nuage interstellaire soit suffisante pour créer des planètes, il faut sans doute que sa densité soit suffisamment élevée, donc que ses éléments soient tenus et resserrés par un centre gravitationnel fort qui non seulement les concentre mais aussi les entraine autour de lui à une vitesse suffisante pour créer des tourbillons de matière et de gaz. Cela ne peut résulter que d’une masse importante, suffisante pour créer une étoile. En fait, dans un nuage protoplanétaire les planètes ne peuvent pas se former avant les étoiles. Autrement dit, il est sans doute nécessaire qu’une étoile se soit déjà formée (allumée) pour que les éléments qui vont former les planètes disposent de suffisamment de vitesse orbitale pour devenir des planètes (sous réserve de cas limites). Mais on peut aussi envisager qu’un nuage protoplanétaire commence à se contracter autour d’une étoile et que, pour une raison quelconque (proximité d’un phénomène analogue en cours qui déchire le nuage ?), il se détache un fragment contenant une partie déjà suffisamment concentrée en planète (on a crû d’ailleurs, observer une planète-orpheline au centre d’un disque de poussière). Quoi qu’il en soit, le plus probable est l’éjection d’un système à la fin de sa période d’accrétion. C’est ce qui aurait pu arriver à notre fameuse et toujours hypothétiques « Planète-9 » (cinquième des géantes gazeuses, entre Saturne et Neptune) dont j’ai déjà parlé. Les auteurs d’une étude publiée le 29 Octobre 2020 dans l’Astrophysical Journal Letter concernant OGLE-2016-BLG-1928* nous disent (1) qu’au moins 75% des systèmes comprenant des planètes géantes (type Jupiter) doivent avoir connu des dispersions planétaires, (2) que les interactions entre planètes géantes (du type Jupiter + Saturne avec les autres géantes gazeuses) conduisent fréquemment à la perturbation des orbites des planètes de la partie interne des systèmes (en dessous de la ligne de glace), en principe telluriques, et parfois à leur éjection du système, aussi bien qu’à la perturbation des orbites des planètes gazeuses, (3) que les planètes peuvent aussi être éjectées à la suite d’interactions entre étoiles d’un système multiple ou parties d’un essaim d’étoiles, du survol d’une étoile voisine, ou de l’évolution de l’étoile après qu’elle soit sortie de la Séquence-principale du diagramme de Hertzprung-Russel (en fin de vie).

Il devrait donc y avoir beaucoup de tels astres dans notre Galaxie. En fait dans l’étude de Nature publiée en mai 2011, les chercheurs estimaient qu’ils pourraient y en avoir deux fois plus que des étoiles (au moins 400 milliards selon David Bennett). On en saura plus avec le télescope « WFIRST* » de la NASA. Ce télescope qui s’appelle maintenant « Nancy-Grace-Roman Telescope » ou « Roman telescope » (Nancy Roman est une astronome américaine de la NASA, mère du télescope Hubble, décédée en 2018), est un télescope à infrarouge, donc permettant de déceler les astres peu ou non lumineux. Outre des preuves de l’énergie noire où la capture d’images et de spectres de quelques grosses exoplanètes proches, il va rechercher les exoplanètes de petites tailles en utilisant le phénomène susmentionné des microlentilles gravitationnelles. Il doit être lancé en 2025.

Mais n’exagérons pas ce qu’on peut déduire de cette recherche. Certains scientifiques (un peu exaltés, à mon avis) comme Neil DeGrasse Tyson après David Stevenson du CalTech (1999), ont imaginé que si ces planètes avaient une atmosphère d’hydrogène épaisse au moment de leur éjection (c’est effectivement possible compte tenu de l’abondance de l’hydrogène et compte tenu de ce que les planètes telluriques dans leur jeune âge ont une atmosphère dense), cette atmosphère pourrait servir de « couverture isolante » planétaire si elle a été préservée lors de l’éjection. Les planètes-orphelines pourraient ainsi maintenir une certaine chaleur en surface (la chaleur interne de la planète étant ainsi conservée) jusqu’à permettre la présence d’eau liquide et donc de vie à condition que la planète ait une taille minimum, c’est-à-dire au moins celle de la Terre (hypothèse pression atmosphérique 1000 bars à l’origine). Comme vous voyez, on retombe toujours sur les mêmes rêves mais ici sans aucun fait pour les étayer. C’est un peu tôt pour s’y laisser entrainer compte tenu des moyens d’observation dont on dispose, aujourd’hui.

Illustration de titre: vue d’artiste d’une planète-orpheline approchant une étoile (qui n’est bien sûr pas la sienne puisqu’elle n’en a pas !). Crédit Christine Pulliam, Center for Astrophysics (Harvard & Smithonian).

Illustration ci-dessous : les différents cas de figure pour une observation par microlentille gravitationnelle.

Le pic lumineux d’une planète-orpheline (rectangle de droite) est petit et étroit, dissocié de toute autre masse. Crédit : Nature. Joachim Wambsganss, Bound and unbound Planets abound. Nature 473,289-291 (2011). https://doi.org/10.1038/473289a.

liens:

https://www.nature.com/articles/21811

https://science.nd.edu/news/astronomer-david-bennetts-team-discovers-new-class-of-planets/

https://www.nature.com/articles/nature10092

https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/18may_orphanplanets#:~:text=The%20team%20estimates%20there%20are,our%20Milky%20Way%20galaxy%20alone.

Microlensing, vidéo descriptive de la NASA : https://www.youtube.com/watch?v=6vVetE5cEMA

https://www.nationalgeographic.com/science/phenomena/2014/03/13/a-guide-to-lonely-planets-in-the-galaxy/

https://www.lefigaro.fr/sciences/2011/05/19/01008-20110519ARTFIG00590-des-planetes-sans-etoile-derivent-dans-le-vide-sideral.php

Nature 18 mai 2011 : file:///C:/Users/pierr/Downloads/473289a.pdf

*Prezemek Mróz et al 2020 ApJL 903 L11 : https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/abbfad

https://www.universetoday.com/148097/a-rogue-earth-mass-planet-has-been-discovered-freely-floating-in-the-milky-way-without-a-star/

https://fr.wikipedia.org/wiki/Objet_libre_de_masse_plan%C3%A9taire

*WFIRST : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nancy-Grace-Roman_(t%C3%A9lescope_spatial)

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 01 26

Les météores, porteurs de menaces ou de rêves et in fine…de données scientifiques

De tout temps les météores ont beaucoup impressionné les hommes. Ils les ont vus, soit s’il s’agissait de « bolides », comme des manifestations de la colère des dieux, soit s’il s’agissait de comètes, comme des messagers porteurs de bonnes ou de mauvaises nouvelles. Ils étaient et sont toujours des passeurs, une sorte de vecteur de communication du « lointain » jusqu’à nous mais évidemment, à notre regard rationnel, ils portent de nos jours un autre message, celui de la géographie et même de l’histoire de notre système solaire.

Un astéroïde ou éventuellement une comète devient un météore s’il pénètre dans l’atmosphère terrestre. On dit aussi que ce sont de « petites-planètes » puisqu’ils orbitent autour du Soleil et non d’une autre planète. Mais ce qui les distingue des « vraies » planètes et des planètes-naines (du type de Pluton ou de Cérès) ou encore des plus grosses lunes (Ganymède ou Titan) c’est leur taille. Les astéroïdes ou comètes sont tout simplement plus petits (en volume et en masse). Je préfère donc les appeler des « petits corps » pour mieux les caractériser. La différence fondamentale avec les planètes et les plus grosses lunes est que leur masse, trop petite, ne leur a pas permis d’acquérir du fait de leur gravité, de leur pression et de leur échauffement internes (qui en résultent), une forme approximativement sphérique (on parle d’« équilibre hydrostatique »). Si on va plus loin, tout se complique mais on sait (aujourd’hui) très bien ordonner ou classifier leur complexité.

Il faut d’abord distinguer les astéroïdes et les comètes. Les secondes sont beaucoup plus riches en gaz (à l’origine gelés) et en eau, on dit en « éléments volatiles ». Elles génèrent de ce fait une chevelure et une « queue » opposée au Soleil quand ils entrent dans la région du système solaire où l’irradiance est suffisamment élevée pour que ces éléments, à l’origine solides, passent en phase gazeuse. La chevelure et la queue étant une diffusion dans l’espace d’une partie de la masse de la comète, elle va s’épuiser par perte de matière et désagrégation au cours de ses passages successifs à proximité du Soleil (pour être plus précis, dans une région plus proche du Soleil que celle de leur origine où l’irradiance solaire est telle que les éléments volatiles puissent se sublimer). Les autres caractéristiques de la comète sont la longueur de leur période par rapport à celle des astéroïdes, leur vitesse et la diversité de l’inclinaison de leur trajectoire sur le plan de l’écliptique. Ce sont ces caractéristiques qui ont fait penser à l’existence d’une source lointaine (Ceinture de Kuiper et Nuages de Oort). La première, la longueur de la période (le temps mis pour passer et revenir) est évidemment le signe de la distance du lieu d’origine ; la vitesse permet de savoir si l’astre a pu l’acquérir du fait de la distance et si in fine il va être renvoyé par le Soleil vers son aphélie après avoir passé son périhélie (certains astéroïdes récemment observés ont été considérés de ce fait comme provenant d’un autre système stellaire); l’inclinaison sur l’écliptique va nous dire s’il vient d’une zone suffisamment lointaine pour que l’attraction du Soleil soit suffisamment faible et la vitesse suffisamment faible pour qu’elles ne contraignent pas les astres de cette région à se concentrer dans un disque mais à subsister comme une sphère (ou une « coque »).

Les astéroïdes, astres « secs » , proviennent d’une région beaucoup plus proche du Soleil, en principe la nôtre, c’est-à-dire celle qui s’étend de Mercure (en fait plutôt de Vénus) jusqu’à la Ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. C’est une zone de laquelle l’irradiance du jeune Soleil, au rayonnement très actif, a rejeté la « plus grande partie » des éléments volatiles. A l’origine cette zone s’étendait jusqu’à la « ligne de glace » (d’eau évidemment ; il y a d’autres distances en fonction des différents matières susceptibles de s’évaporer ou de se sublimer) qui se situait au milieu de la Ceinture d’astéroïdes (à environ 3 UA, correspondant à une température de 130 K) mais les « chamboulements » occasionnés par les changements d’orbite de Jupiter et de Saturne, ont perturbé fortement la Ceinture d’Astéroïdes au point de mélanger les astres riches en eau avec les astres secs, même si les premiers sont plus nombreux au-delà de la ligne de glace.

Sur ces bases, on va avoir une véritable géographie de la répartition de ces petits corps, avec des régions maintenant clairement identifiées. Outre la Ceinture d’Astéroïdes et les Nuages de Oort déjà mentionnés et situés, on a ainsi diverses populations occupant divers territoires qui peuvent éventuellement (et c’est le problème) interagir les uns avec les autres. Je citerai d’abord (en commençant par les plus proches) les « géocroiseurs » (qui évoluent à un moment ou un autre de leur trajectoire à proximité de la Terre avec une période relativement courte). Nous avons ensuite les astéroïdes « Troyens ». A l’origine (les premiers observés) ce furent ceux de Jupiter, sur l’orbite de cette planète, à ses points de Lagrange L4 (troyens proprement dits) et L5 (grecs), soit à 60° en avance et en retard de la planète. Par extension ce furent les astéroïdes qui se trouvent dans des positions similaires sur l’orbite des autres planètes. La Terre et Mars comme les autres géantes gazeuses ont, elles aussi des Troyens (mais ni Vénus ni Mercure). Plus loin, les « Centaures » gravitent entre les planètes géantes gazeuses. Maintenant, en dehors de toute ces populations, il reste les blocs de matière qui résultent d’impacts d’autres astéroïdes sur le sol de Mars (« SNC* ») ou des planètes naines de la Ceinture de Kuiper (il faut une surface solide pour les créer et ils ne peuvent provenir des planètes gazeuses, ni des planètes situées en-dessous de la Terre vers le Soleil, quoiqu’on ait maintenant un doute pour Vénus**). Ces astéroïdes d’origine planétaire qui mettent un « certain temps » à parvenir jusqu’à nous n’ont évidemment pas la même composition que les autres puisqu’ils proviennent d’astres qui ont eu une histoire géologique particulière liée à leur masse et à leur position dans le système solaire.

*Shergottites, Nakhlites, Chassignites, selon le lieu où elles ont été trouvées (1865/1911/1815).

**Lunar exploration as a probe of ancient Venus” par Samuel Cabot & Gregory Laughlin in “The Planetary Science Journal”, draft 07/10/2020. 

On dit que le premier astéroïde de la Ceinture d’astéroïdes a été observé en 1801 par Giuseppe Piazzi, directeur de l’observatoire de Palerme. En fait, ce qu’il avait vu était la planète naine Cérès, un astre considéré aujourd’hui comme en dehors de cette catégorie (il est approximativement sphérique compte tenu de sa masse). C’est dans la dizaine d’années suivantes qu’on découvrira les premiers véritables astéroïdes. Le premier des Troyens fut découvert en 1906, le premier des Centaures, en 1977, le premier des objets de la Ceinture de Kuiper (objets transneptuniens ou « TNO ») en 1992 seulement (« 1992QB1 » ou « Albion »), indépendamment des planètes naines de cette zone comme Pluton ou Sedna. Aucun objet des nuages de Oort n’a encore été observé in situ. Il est vrai que c’est très difficile puisqu’ils n’émettent aucune lumière propre et réfléchissent très peu la lumière solaire du fait de leur distance et de leur taille. Mais bien sûr on a déjà vu dans notre environnement des comètes qui doivent en provenir.

Les astéroïdes géocroiseurs comme les comètes sont des objets très particuliers et très intéressants puisqu’ils sont accessibles à notre observation, non seulement par des moyens astronomiques, donc astrophysiques mais aussi par des moyens astronautiques. Ils sont aussi intéressants par les craintes qu’ils suscitent d’une collision avec la Terre (justifiée évidemment sur le long terme). Les Japonais comme les Européens sont les plus en pointe dans les technologies permettant l’observation in situ. Pour mémoire rappelons les missions Rosetta et Hayabusa 1 et 2.

Mais pourquoi aller voir de près ces astéroïdes et en recueillir des échantillons ? Parce qu’ils sont les témoins de l’histoire de notre système solaire et en portent les traces dans les roches qui les constituent. De ce point de vue les petits astres sont plus intéressants que les plus gros (planètes-naines) puisqu’ils ont été les moins transformés par l’évolution résultant de leur masse (force de gravité, pression, chaleur). C’est par eux que l’on pourra le mieux savoir quel était l’état du nuage protoplanétaire dans les premières étapes de sa contraction. Des nuances importantes seront apportées par la distance au Soleil de leur zone de formation. Il est évident que les moins transformés seront trouvés le plus loin du Soleil (comme Arrokhot, le TNO observé par la Sonde New Horizon au-delà de Pluton) et que ceux qui comporteraient le moins de matières volatiles, seront ceux situés en dessous de la Ligne de glace. Dans notre environnement on trouve des météorites différenciées qui proviennent d’un corps-parent plus massif et aussi des météorites indifférenciées qui sont justement le reste des éléments de la nébuleuse protoplanétaire. Ces dernières sont ce qu’on appelle des « chondrites » et il y a, bien sûr, différents types de chondrites (« ordinaires », « carbonées », « à enstatite »).

Donc si les chondrites nous parlent d’un monde très ancien, les achondrites nous parlent d’un monde plus récent et de nos voisins planétaires. Les chondrites contiennent des « chondres », petites billes surtout formées de silicates (la matière dominante de nos planètes telluriques et première phase de la condensation du nuage protoplanétaire). Avec les microscopes dont nous disposons aujourd’hui, on peut voir des détails extrêmement fins qui nous disent « presque tout ». C’est tout l’intérêt des missions de retour d’échantillons qui permettent d’utiliser les laboratoires terrestres quand même beaucoup plus performants que les spectrographes embarqués à bord des sondes. C’est ainsi qu’au cours du siècle passé les météorites sont devenus non plus des objets mystérieux mais des livres de notre histoire.

Illustration de titre : passage de la comète Siding Spring dans le ciel de Mars le 19 octobre 2014, vue d’artiste, crédit NASA.

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 01 22

 

 

Les mondes lointains de la Ceinture de Kuiper et des Nuages de Oort nous donnent une idée des dimensions de l’Univers

Bien au-delà de la Ceinture-d’astéroïdes qui délimite le système solaire interne et encore au-delà de l’orbite de Neptune où s’arrête le « royaume » de nos huit planètes, s’étendent les régions très lointaines de la Ceinture de Kuiper et des Nuages de Oort. C’est dans ces confins que je voudrais vous conduire aujourd’hui.

La Ceinture de Kuiper, imaginée en 1940 par Kenneth Edgeworth et théorisée en 1951 par Gerard Kuiper, est le tore d’astres assez hétérogènes mais d’une manière générale glacés qui existaient dans la nébuleuse primitive lorsque le processus d’accrétion planétaire s’est amorcé autour du jeune Soleil mais qui ont été « chamboulés » très vite par la progression de Neptune, suivie par Uranus, vers l’extérieur du système sous la pression gravitationnelle de Jupiter et de Saturne. Elle se trouve entre Neptune (à 30 unités astronomique, « UA »*) et le Nuage de Oort (« intérieur », de 2000 à 5000 UA ; « extérieur », de 10.000 UA à « plus de » 100.000 UA). A noter que Proxima-Centauri, notre plus proche voisine, se trouve à 4,244 années-lumière, soit 270.000 UA. Dans le cadre du « Grand-Tack » (« Grand-rebroussement »**), l’astrophysicien Alessandro Morbidelli et ses collègues ont montré que Neptune qui se trouvait lors de sa formation entre Saturne et Uranus, aurait été éjectée au-delà de cette dernière par la pression gravitationnelle de Saturne. La perturbation résultant de cette intrusion dans ce qui allait devenir la Ceinture de Kuiper fut aussi grave pour cette dernière que celle qui intervint dans la Ceinture d’Astéroïdes un peu plus tôt quand Jupiter y fit irruption peu après qu’elle eut commencé à se former. Les astéroïdes qui s’y trouvaient dans un processus d’accrétion très lent (froid, faible vitesse de rotation autour du Soleil et faibles masses) se trouvèrent dans leur majorité, soit expulsés vers l’extérieur (Nuage intérieur de Oort) soit propulsés vers le centre du système, en passant par les orbites des planètes inférieures, soit tout simplement absorbés par la planète géante.

*une UA est égale à la distance moyenne Terre/Soleil soit 150 millions de km.

**terme qui doit parler aux Neuchâtelois qui prennent le train entre Neuchâtel et La Chaux-de-fonds !

Les astres de la Ceinture de Kuiper, nommés communément « KBO » (pour « Kuiper Belt Object ») sont donc soit de petits astéroïdes dont l’évolution n’a pu être trop poussée, soit des planétoïdes plus importants qui se trouvaient en formation dans la partie la plus interne de la Ceinture. Cette Ceinture comprend des millions de KBO dont des centaines de milliers d’objets de 100 km ou plus et quelques-uns comme Pluton qui sont beaucoup plus gros (1000 km et plus) mais, en tout, ils ne doivent pas représenter plus de 10% de la masse terrestre (contre 7 à 10 masses terrestres avant l’intrusion de Neptune). Ils sont composés de roches silicatées, avec du méthane, de l’ammoniac, et surtout de beaucoup de glace d’eau. Le tout est relativement instable car les collisions ne sont pas exceptionnelles. On les connait par les comètes qui s’en détachent ou se décrochent de leur orbite de ce fait et, depuis peu, par l’observation sur place, grâce à la sonde New-Horizons de la NASA qui a pu prendre in situ des photos remarquablement précises de Pluton, de Charron puis d’Arrokoth (initialement Ultima Thulé), KBO classique sans doute représentatif. A noter que les comètes sont identifiées par leur périodicité qui compte tenu de leur vitesse observée, donne forcément la distance de leur aphélie (la périodicité des comètes provenant de la Ceinture de Kuiper est autour d’une vingtaine d’année).

Dans la situation actuelle, on distingue la Ceinture « classique » soit celle que l’on s’attendait à trouver à cette distance quand on l’a théorisée et qui s’étend entre 40 et 50 UA du Soleil, la Ceinture des astres « épars » qui s’étend jusqu’à quelques 1000 UA (en débordant un peu sur la classique) et enfin les objets « détachés » qui se sont formés en-dehors de l’influence de Neptune car ils évoluent beaucoup plus loin que les autres, ne s’approchant des 40 UA à leur périhélie, que peu de temps dans le parcours de leur orbite. A l’intérieur de la Ceinture-classique il faut encore distinguer les astres « froids » qui ont une orbite circulaire dans le plan de l’écliptique solaire, des astres « chauds » qui ont été perturbés par Neptune et qui ont une orbite plus ou moins excentrique et en dehors de l’écliptique, et parmi les astres froids on peut encore faire des distinctions en fonction de l’influence que Neptune a sur eux (c’est-à-dire de la résonnance de déplacement sur orbite qui existe entre eux et Neptune). Parmi les astres épars, on doit mentionner Eris, le plus gros d’entre eux (2326 km de diamètre contre 2370 pour Pluton mais ce dernier est un peu moins massif). Pluton qui est en résonnance 2:3 avec Neptune n’est pas un astre épars mais, de par sa situation, un astre classique « chaud ». Sedna est l’un des astres détachés avec un périhélie de 76 UA et un aphélie de 1200 UA. Parmi les astres épars on en a détecté plusieurs d’une taille importante, ce qui nous conduit à classer comme « planètes naines » tout comme Pluton, outre Eris, Haumea, Makémaké, Gonggong, Quaoar (quel choix de noms absurde !) et bien sûr Charon le compagnon de Pluton, qui ont des diamètres allant de 1000 à 1500 km. Sedna et Orcus sont un peu plus petits (diamètre légèrement inférieur à 1000 km). Une caractéristique intrigante de ces astres épars (et même de Pluton) est l’excentricité de leur orbite. Leurs périhélies sont très éloignés du Soleil et, comme leurs aphélies, déportés très nettement d’un même côté du système solaire. Cela a conduit à penser que, « de l’autre côté », un objet très massif les équilibre, la fameuse « Planète-9 » dont on cherche la preuve par l’observation depuis 2016 où on l’a théorisée (Constantin Batyguine et Michael Brown du CalTech). La masse de cet astre doit être importante (actuellement estimée à 3 ou 4 masses terrestres) et il doit être très éloigné pour justifier l’équilibre. Mais la Planète-9 n’est pas facile à détecter parce que, relativement aux autres, son périhélie devrait être extrêmement éloigné du Soleil, qu’elle se déplace de ce fait extrêmement lentement et que, comme tous les objets transneptuniens, elle doit avoir une luminosité, par réflexion, très faible. Depuis juillet 2019, « on » (Jacub Scholtz de l’Université de Durham et James Unwin de l’Université d’Illinois) envisage qu’elle puisse être un mini trou-noir, ce qui la rendrait encore plus difficile à « voir » (pour une telle masse, son diamètre serait celui d’une balle de tennis et elle ne serait visible que lors de l’absorption de matière !).

L’intérêt de ces astres KBO c’est qu’ils se sont formés très loin du Soleil donc qu’ils ont été peu modifiés par les radiations (en particulier la chaleur) qui en émanent. Dans cet esprit ce sont surtout les plus petits qui sont évidemment les moins modifiés, qui peuvent donner le meilleur témoignage du matériel de la nébuleuse protoplanétaire, à partir duquel se sont constitués les astres les plus massifs, les planètes et le Soleil.

Encore plus loin que la Ceinture de Kuiper, les Nuages de Oort, ne sont pour l’instant qu’une hypothèse (car on n’a rien pu observer en direct de cette région) toutefois solide car confortée par quelques expériences de comètes. Le premier à avoir envisagé ces « nuages » est l’astronome estonien Ernst Öpik, en 1932, puis l’idée a été reprise par le Hollandais, Jan Oort en 1950. Ils seraient aussi composés d’astres glacés mais ces astres auraient été très peu influencés par ce qui se passe « en-dessous » d’eux ; l’un, le nuage « extérieur » encore moins que l’autre, le nuage « intérieur » qui a dû recevoir quelques « projections » à l’époque de l’intrusion de Neptune dans la Ceinture de Kuiper. Ils font indubitablement parti du système solaire mais ne lui appartiennent que par l’effet d’une force de gravitation très éloignée donc très faible. Cette force est tellement faible que de nombreux éléments de ces nuages n’ont pu être entrainés par leur vitesse à descendre dans le disque de l’écliptique. Ils restent en quelques sortes « en suspension » (mais de ce fait à la merci d’une déstabilisation quelconque, même faible, y compris du passage d’une étoile voisine*). Physiquement ils sont composés de « tout ce qui reste » de matière ou d’éléments volatiles au-delà de la Ceinture de Kuiper et qui n’a pas été emporté/arraché par la force de gravité des étoiles voisines (mais dans cette zone le système solaire peut aussi saisir quelques opportunités pour s’enrichir du « matériel » enveloppant les autres étoiles !). De temps en temps une comète à longue période arrive jusque dans notre voisinage et nous en déduisons, en fonction aussi de sa vitesse, qu’elle vient de cette région très lointaine. On en déduit aussi que certains d’entre eux doivent être assez massifs (sans atteindre la taille de planétoïdes).

*Il y a 7,3 millions d’années l’étoile Algol est passée à 9,8 al du Soleil, Gliese 710, naine-orangée voisine, pourrait pénétrer le Nuage jusqu’à 13000 à 19000 UA du Soleil, dans 1,3 million d’années (d’après projections Gaia faites en 2016). Nos voisins n’ont pas toujours été les mêmes !

Aucun des astres qui composent les nuages de Oort n’a pu être observé in situ (trop faible luminosité) et nul instrument créé par la main de l’homme n’est jamais parvenu jusqu’à ce « nuage ». « Voyager 1 », la sonde de la NASA qui a quitté la Terre en 1977 et la machine créée par l’homme qui s’est éloignée le plus de nous, vogue actuellement à 22 milliards de km, c’est-à-dire à seulement 151 UA de la Terre, toujours dans la Ceinture de Kuiper, un peu au-delà de l’héliopause (vers 120 UA dans cette direction) mais toujours bien loin du Nuage de Oort intérieur. A la vitesse de 17 km/s (60.000 km/h), elle ne l’atteindra que dans 300 ans et elle atteindra le nuage extérieur dans 3000 ans ! A noter que le milieu défini par le vent solaire, l’héliosphère qui se termine par l’héliopause, s’arrête bien avant la limite jusqu’où s’exerce la force de gravité de notre étoile.

Le système solaire est donc une énorme sphère définie par un disque à son équateur dont le diamètre est d’environ 2 années-lumière alors que nous ne sommes même pas à une demi-heure lumière de Mars quand elle est au plus loin. La Ceinture d’astéroïdes est à une heure-lumière (entre 2,2 et 3,2 UA), Neptune est à 04:30 heures-lumière mais le Nuage de Kuiper s’étend de 04h30 à 6 jours-lumière et le nuage de Oort, de 6 jours-lumière à deux années-lumière (plus ou moins). Tous ces astres semblent très éloignés de nous et cependant à l’échelle de notre galaxie dont le diamètre est de 100.000 années-lumière, nous voyageons de concert, tout près les uns des autres. Notre bulle commune tourne autour du centre de la Voie Lactée, à 26.000 années-lumière, tout comme la Terre tourne autour du Soleil à seulement 8 minutes et quelques secondes-lumière, et tandis que notre système a fêté son 4567 millionième anniversaire à l’échelle de notre année terrestre actuelle, nous sommes peut-être au début de notre 20ème année galactique (en réalité probablement moins, compte tenu de la variation de la distance au centre galactique) qui devrait durer quelques 240 millions d’années terrestres, entrainés à la vitesse de 220 km/s (800.000 km/h) par le Soleil. Ces chiffres donnent le tournis et la mesure de notre insignifiance ! Et pourtant nous devons à notre corps extraordinaire et à notre esprit partie sublime de ce corps, nous devons à tous nos prédécesseurs dans la chaine de la vie, nous devons à tous les penseurs, à tous les chercheurs qui nous ont précédés, nous devons à tous ceux qui ont travaillé pour produire les ressources nécessaires pour qu’ils aient pu penser et chercher et que nous puissions continuer, le merveilleux niveau de connaissances et de compréhension que nous avons acquis de ce monde. En sommes-nous bien conscients et apprécions-nous à sa juste valeur cette chance et le fruit de cette évolution et de ce travail tout au long des siècles et des millénaires qui nous ont précédés ? Sommes-nous désireux, serons-nous capables de continuer, c’est-à-dire de transmettre nos connaissances et nos capacités pour qu’une conscience issue de nous soit toujours présente dans cet Univers lorsque nous aurons accompli notre vingtième année galactique, peut-être celle de l’accès à notre maturité ? Je l’espère de tout cœur, c’est-à-dire que plus précisément j’espère que nous saurons dominer la crise d’adolescence tardive qui nous éprouve en ce 21ème siècle de notre ère chrétienne, pour donner toutes les fleurs que nous avons le potentiel de faire éclore, y compris celles que l’on peut imaginer au-delà de notre chétive espèce humaine.

Illustration de titre : la coque des nuages de Oort enveloppe le système solaire.

Illustration ci-dessous : la comète Siding Spring passe à proximité de Mars. Photos du télescope spatial Hubble. La comète se trouve à 140.000 km de Mars le 19 octobre 2014. Avec une période de 740.000 ans, elle provient du Nuage de Oort. Crédit NASA, ESA, J.-Y. Li (PSI), C.M. Lisse (JHU/APL) et Hubble Heritage (STScl/AURA).

Lectures:

The structure of the clouds of comets surrounding the solar system, and an hypothesis concerning its origin, by J.H. Oort, in Bulletin of the Astronomical Institutes of the Netherlands, Jan 13th 1950:

http://adsabs.harvard.edu/full/1950BAN….11…91O

What if Planet 9 is a Primordial Black-hole?

https://arxiv.org/abs/1909.11090

Pour retrouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 01 22

 

Ajustement concernant le livre de Mme Ekström

A mes lecteurs,

Je viens de recevoir, ce midi, le livre de Mme Ekström et M. Nombela. Je l’ai parcouru et je constate qu’effectivement ma réaction à l’annonce de la publication de leur livre a été un peu trop brutale. Je prie les auteurs et mes lecteurs de m’en excuser. Je reviendrai sur le sujet à l’occasion d’un autre article que j’y consacrerai. Pour le moment disons que je considère que les auteurs, s’ils ont fait leur travail honnêtement, sont quand même trop pessimistes.

Je vois comme eux des difficultés dans le premier et sans doute le second voyages, principalement du fait de l’absence de comité d’accueil sur Mars. Mais je reste confiant sur (1) l’acceptabilité des conditions du voyage ; (2) la faiblesse du risque de manquer l’objectif et l’atterrissage sur Mars ; (3) la possibilité de survie en surface de Mars ; (4) la possibilité de « faire avec » la poussière martienne.

Je crois à la très forte interdépendance de l’homme et du milieu dans lequel il est apparu (j’ai écrit plusieurs articles dans ce blog sur le sujet de la coévolution, non reproductible, avec l’environnement terrestre) mais je pense que le développement de nos technologies peut lui permettre aujourd’hui de s’en distancer pour pouvoir vivre dans un autre environnement planétaire, celui de Mars, parce que les différences avec le nôtre ne sont pas insurmontables (et sous réserve bien entendu d’un approvisionnement en produits essentiels tous les 26 mois tant que l’on ne sera pas capable de les produire sur Mars).

Je ne crois pas que l’apport de microbes terrestres sur Mars empêcherait l’identification de possibles microbes martiens (au moins une partie de leur génome garderait la trace de leur origine différente).

Comme je l’ai toujours dit, je pense que l’installation de l’homme sur Mars sera difficile mais qu’on peut la tenter. Je ne crois pas à la faisabilité de la terraformation et j’ai beaucoup de mal à envisager une colonie importante sur Mars. Je pense que de toute façon elle grandira très progressivement (comme image : l’Antarctique puis l’Islande). J’ai accepté de participer au concours de la Mars Society pour imaginer une ville de 1000 habitants mais refusé de participer à celui portant sur un établissement d’un million d’habitants.

Je pense que l’exploration par vols habités, qui à mon avis se fera, conduira inévitablement à l’installation d’un petit établissement qui ensuite devrait pouvoir grandir. Je prends l’ouvrage de Mme Ekström et M. Nombela comme une stimulation pour prouver que leur pessimisme est injustifié.

Jupiter, reine des planètes, astre qui aurait pu nous empêcher de naître mais qui en fait nous protège

S’intéresser à Jupiter c’est non seulement s’intéresser à la reine des planètes de notre système, c’est aussi s’intéresser à la structure des autres systèmes, tant les géantes gazeuses sont importantes pour et dans la vie des autres planètes quel que soit le système considéré.

Nous connaissons de mieux en mieux « notre » Jupiter, depuis les sondes qui ont été envoyées dans son environnement et surtout celles des missions Galileo (1995 à 2003) et Juno de la NASA qui l’explore depuis juin 2016 (27èmeorbite en cours sur 31 prévues, chacune passant, à son périastre, à 5000 km seulement de la « surface » ) et doit continuer jusqu’en juillet 2021. Même si on l’avait observée auparavant, ce qui était relativement facile vue sa taille (premier objet pointé par Galilée avec sa lunette en 1610), on a appris énormément sur elle ces dernières années…et évidemment elle n’est pas tout à fait celle que l’on croyait.

Pour nous situer, parlons de distance, de matière et de masse. Jupiter évolue entre 740 et 817 millions de km du Soleil et donc entre 590 et 967 millions de la Terre, soit au maximum à 44 minutes-lumière. Elle est « à côté de nous » en termes cosmiques mais l’orbiteur Juno a mis quand même 5 ans pour parvenir sur place, emporté par une fusée très puissante (Atlas V-551). C’est une planète gazeuse. Qu’elle soit gazeuse on s’en est aperçu très vite car non seulement on ne voit d’elle que son atmosphère avec très visiblement des nuages qui évoluent, mais surtout son rapport masse / volume est tel que les éléments très légers ne peuvent être que dominants (diamètre 143.000 km, densité 1,326 g/cm3 à comparer aux 5,51 g/cm3 de celle de la Terre). Ce qui est intéressant, c’est qu’elle est largement composée d’hydrogène et d’hélium comme le reste de l’Univers mais avec nettement plus d’éléments lourds (au-dessus de l’hélium) que le Soleil. Il faut bien distinguer l’atmosphère que l’on peut observer visuellement et l’intérieur de la planète. Plus on s’enfonce dans la planète, plus le pourcentage des éléments autres que l’hydrogène s’élève. La haute atmosphère est composée à 90% / 10% d’hydrogène et d’hélium. Dans le spectre de surface on observe un peu (jusqu’à 1%) d’éléments autres et en profondeur on doit avoir une répartition 71 ; 24 ; 5. Les « autres » éléments sont très variés : eau, méthane, hydrogène sulfuré, néon, oxygène, phosphine, carbone, éthane, soufre, cristaux d’ammoniac, composés silicatés, en fait les éléments lourds ou leur dérivés qui étaient présents dans la nébuleuse primitive car Jupiter n’a pas la masse nécessaire pour faire démarrer puis entretenir un processus de fusion nucléaire et en créer de nouveaux (ce qui n’exclut cependant pas les réactions physico-chimiques permises par le milieu). Elle a une masse de 318 fois la Terre (Saturne de 95 fois et le Soleil de 333.000 fois !). Une naine brune, la moins massive et la plus faible des étoiles, doit atteindre un minimum légèrement supérieur à 4.000 masses terrestres (et se situer entre 13 et 75 masses joviennes) pour pouvoir « s’allumer » (très faiblement !) c’est-à-dire pour que le premier stade de la nucléosynthèse, fusion d’hydrogène en deutérium, puisse débuter en son sein du fait de la pression (et donc de la température) générée par la force de gravité. On voit donc bien que Jupiter n’est pas une étoile. Cependant Jupiter n’est pas non plus une planète comme les autres.

La masse et la pression qu’elle génère du fait de la force gravitationnelle, font passer sa matière par des états très différents sur une pente de température extrêmement longue. On part de l’hydrogène gazeux, en « surface », choisie arbitrairement comme l’altitude où la pression est de 1 bar (mais l’attraction gravitationnelle 2,5 fois celle de la Terre au niveau de la mer), pour aller à l’hydrogène moléculaire-liquide vers 1.000 km de profondeur, pour aboutir à l’hydrogène métallique-liquide (aspect du mercure sur la Terre) vers 15.000 km de profondeur. La température s’échauffe beaucoup, de 200 K à 900 K, dans la thermosphère, entre 320 km et 1000 km d’altitude (radiations) mais elle est relativement froide dans la stratosphère et en surface, 103 K (-160°C), jusqu’à la tropopause à -50 km. Ensuite elle remonte très vite (400 K à la profondeur de -132 km atteints par la sonde Galileo en 2003). Au passage en phase métallique, elle atteint 10.000 K. Au centre de la planète la pression doit être de 70 Mbar et la température de plus de 35.000 K.

Jupiter émet plus de radiations qu’elle n’en reçoit du Soleil. Cela est dû à son refroidissement constant, résultant de sa situation dans un environnement plus froid qu’elle. La perte de chaleur entraine une baisse de pression donc une contraction donc à la fois un rayonnement vers l’extérieur et un réchauffement du cœur (réaction de Kelvin-Helmholtz). Mais ce qui est le plus remarquable c’est la magnétosphère. Comme la Terre, la planète génère un champ magnétique par effet dynamo. Le résultat est très spectaculaire avec une magnétosphère gigantesque due à un champ magnétique extrêmement puissant, deux fois plus que prévu (voir illustration de titre). Dans la direction du Soleil, l’onde de choc est située à une centaine de diamètre de la planète, à l’opposé la « magnétoqueue » va jusqu’au-delà de l’orbite de Saturne. La cause du champ magnétique est très certainement due à l’hydrogène métallique ou plutôt au frottement de la surface de ce volume avec l’énorme enveloppe supérieure d’hydrogène liquide, frottement favorisé par la vitesse de rotation très élevée (09h55 en surface, soit une vitesse considérable de 42.000 km/h à l’équateur, contre 1.600 km/h pour la Terre). La magnétosphère qui en résulte a une incidence sur les satellites qui baignent dans ce champ qui est parcouru de radiations intenses ; l’apoastre d’Europa ne se trouve qu’à 677.000 km de Jupiter (rayon 74.000 km). C’est incontestablement une difficulté pour les explorer !

Jupiter est typique des planètes qui se sont formées au-delà de la ligne de glace de leur étoile. C’est-à-dire qu’étant au-delà d’une certaine distance, l’irradiance du jeune Soleil n’a pu chasser les éléments les plus légers qui se trouvaient dans sa zone d’accrétion et que Jupiter, comme les autres géantes gazeuses situées encore plus loin qu’elle du Soleil, a concentré par force de gravité la matière qui se trouvait après cette ligne de glace et qui orbitait à une certaine vitesse facilitant les tourbillons (fonction aussi de la distance à l’étoile selon la troisième loi de Kepler). Etant donné que les éléments volatils se trouvant dans la proximité du Soleil et rejetés par le vent solaire avaient dû s’accumuler davantage dans la zone circulaire la moins éloignée de cette ligne, comme une sorte de bourrelet ou de tore, c’est là que devait se trouver la zone la plus dense de la nébuleuse planétaire perturbée par le jeune Soleil et donc là ou devait se former la plus grosse planète. Et c’est bien là que s’est formée Jupiter.

Les mêmes causes produisant les mêmes effets, le même phénomène s’est produit dans les autres systèmes planétaires. Mais la similitude s’arrête là car ensuite interviennent les particularités propres à chaque système. Dans la généralité des cas, les « jupiters » (planètes semblables formées dans les mêmes conditions) sont descendues en spiralant vers leur étoile tant qu’elles ont trouvé de la matière a accréter (chaque absorption freinant la planète et déplaçant son centre de gravité dans la direction de sa trajectoire) pour devenir des « jupiters-chauds », énormes boules de gaz (nonobstant ce qui peut constituer leur noyau) orbitant plus ou moins à la distance de Mercure de leur étoile après avoir absorbé toute matière sur leur passage, y compris les solides qui dans notre système constituent les planètes telluriques. Dans une région beaucoup plus chaude que notre Jupiter, ces planètes sont pour la même masse beaucoup moins denses donc beaucoup plus volumineuses. Chez nous, le processus a commencé comme ailleurs. Et c’est ainsi que Jupiter a absorbé une bonne partie de la matière se trouvant en dessous d’elle dans ce qui allait devenir la Ceinture d’Astéroïdes, et dispersé le reste, créant un joyeux mélange entre les astéroïdes riches en glace d’eau et les astéroïdes secs (selon qu’ils se trouvaient au-delà ou en-deçà de la ligne de glace). Elle a même continué à descendre et à absorber de la matière dans la zone qui serait ultérieurement agrégée pour constituer la planète Mars (qui ne fait que 1/10ème de la masse terrestre alors qu’elle aurait dû être beaucoup plus grosse). Mais la particularité de notre système, exposée brillamment par Alessandro Morbidelli de l’Observatoire de Nice-Côte-d’Azur en 2005, c’est que Jupiter n’a pas continué longtemps sa course dévastatrice car elle a été « rattrapée par les cheveux » par sa compagne Saturne qui la suivait dans son sillage, répondant à la même logique gravitationnelle. C’est en effet alors que Jupiter grignotait la matière orbitant le Soleil dans la zone de la future Mars, que Saturne entra dans une certaine configuration orbitale avec elle, une « résonnance » particulière de 2 : 3 (2 parcours d’orbite de Saturne pour 2 de Jupiter), qui permit au couple de former un ensemble gravitationnel évoluant ensemble dans le système et pratiquement de les faire revenir « en arrière » (le « Grand-Tack » ou le « Grand-rebroussement » comme l’appelle Alessandro Morbidelli). Le phénomène se déroule ensuite en repoussant Uranus et Neptune vers l’extérieur du système donc à l’intérieur de la région des corps glacés de la Ceinture de Kuiper, ce qui déclenche une averse d’astéroïdes sur les planètes internes, le Grand-bombardement-tardif vers -4 milliards d’années qui nous apporte une partie de notre eau. Jupiter est ainsi retournée vers l’extérieur du système, plus loin que son site de formation et enrichie de beaucoup de matière collectée pendant le voyage. Une autre conséquence de cette jeunesse tumultueuse, remarquée à l’occasion des observations de Juno (en longeant le flanc de Jupiter, la sonde peut en percevoir les différences de gravité), c’est que son noyau que l’on pensait compact (et de l’ordre de 12 à 45 fois la masse terrestre) est en fait diffus dans la région centrale (une région beaucoup plus étendue que ce que l’on pensait être le noyau, estimée s’étendre presque jusqu’à la moitié du rayon de la planète). On ne comprend pas très bien pourquoi mais on pense que c’est le résultat de l’impact tardif d’un gros planétoïde – de l’ordre de 10 fois la masse terrestre – qui n’aurait pas été résorbé du fait de la trop forte densité de la zone centrale (figeant la destruction du noyau dans cet état « épars »).

Quoi qu’il en soit, Jupiter non seulement avait épargné la Terre, Vénus, Mercure et, un peu, Mars, mais revenue à sa place, elle joua un rôle protecteur important pour tout ce qui se trouvait en-dessous d’elle vers le Soleil. En effet les astéroïdes décrochant, pour une raison ou une autre, de la Ceinture de Kuiper ou même des nuages de Oort, avaient plus d’opportunité d’être capturés gravitationnellement par Jupiter, après avoir passé les filets de Neptune, Uranus et Saturne (les planètes massives sont des puits de gravité d’autant plus attractifs que les corps qui l’approchent sont petits). Ainsi après l’épisode dramatique du LHB, l’évolution des planètes telluriques fut moins perturbée qu’elle aurait pu l’être, ce qui créa de meilleures conditions pour l’épanouissement de la vie sur Terre.

Illustration de titre : magnétosphère jovienne, vue d’artiste : crédit NASA/JPL

Liens :

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-juno-spacecraft-updates-quarter-century-jupiter-mystery

https://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter

https://www.missionjuno.swri.edu/science-findings/

https://www.missionjuno.swri.edu/origin?show=hs_origin_story_whats-in-jupiter-core

Nature, volume 572, pages 355–357(2019) The formation of Jupiter’s diluted core by a giant impact Published: 14 August 2019 par Shang-Fei Liu, et al.

https://www.zmescience.com/other/feature-post/what-is-jupiter-made-of-0534543/

https://eos.org/articles/massive-collision-cracked-young-jupiters-core

Illustration ci-dessous, Les températures sur Jupiter, https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Structure_of_Jovian_atmosphere.png

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 20 12 29

Madame Ekström, votre réquisitoire contre l’installation de l’homme sur Mars, est mal fondé

Sylvia Ekström, astrophysicienne de l’Université de Genève vient de publier aux Editions Favre, avec son mari, Javier Nombela, graphiste, un livre dont le titre est « Nous ne vivrons pas sur Mars ni ailleurs ». C’est un véritable réquisitoire et il me semble tout à fait mal fondé et mal argumenté. L’autrice part d’un a priori négatif sur l’installation de l’homme sur Mars, d’une méconnaissance du travail qui est fait pour apporter des solutions aux problèmes réels qui se posent, et aussi d’une incompréhension des motivations qui animent les partisans du projet. Me sentant personnellement agressé, je réponds.

La microgravité est présentée comme un obstacle rédhibitoire au voyage. J’ai déjà exposé dans ce blog que nous avons tout à fait conscience du problème. Pour y répondre il faut bien distinguer les tout premiers voyages où il n’y aura personne à l’accueil sur Mars et les voyages ultérieurs. Pour les premiers, les astronautes devront faire un effort particulier pour se maintenir « en forme » et on peut envisager la création à bord des vaisseaux, d’une gravité artificielle par force centrifuge. Le concept théorisé par Robert Zubrin, est de relier le nez d’un couple de vaisseaux-spatiaux par des filins (supposons le Starship d’Elon Musk) et de mettre le couple en rotation. En dehors de la gravité terrestre et de l’atmosphère, le mouvement se conserve une fois l’impulsion donnée sans qu’il soit nécessaire de fournir continument de l’énergie. Il suffirait d’un jeu de filins de quelques 170 mètres de longueur pour recréer dans les compartiments habitables des vaisseaux une gravité tout à fait suffisante, (de type martien pour 2 rotations du couple par minute). Pour les voyages suivants, étant donné qu’il y aura des personnes à l’arrivée, les passagers pourront supporter une période de quelques jours de « réacclimatation » à la gravité (dans l’hypothèse où la génération de gravité par force centrifuge s’avérerait trop compliqué à mettre en place). Sur Mars on n’aura certes qu’une gravité de 0,38g et il faudra l’expérimenter pour savoir si elle est supportable sur le long terme (c’est-à-dire suffisante pour le bon fonctionnement des organes à l’intérieur du corps) mais on peut déjà dire qu’avec 0,38g la verticalité (sens du haut et du bas, écoulement) qui manque en microgravité, serait restituée. On peut ajouter qu’on aura pour sortir sur la planète un équipement d’une masse de quelques dizaines de kg qu’il vaudra mieux pouvoir porter ; à l’intérieur des habitats, on pourra circuler avec des semelles lourdes (« de plomb ») et éventuellement avec une veste-antiradiations (type astrorad).

L’atmosphère ténue est le second facteur présenté comme rédhibitoire. C’est effectivement un problème puisque cela impose le port d’un scaphandre mais 610 pascals (en moyenne) ce n’est pas rien. C’est beaucoup plus que sur la Lune sans atmosphère aucune. Cela permet quand même de consumer les plus petites et les plus nombreuses des micrométéorites. Cela permet aussi d’avoir une ressource abondante d’éléments chimiques utiles pour la vie (carbone et oxygène puisque l’atmosphère est composée à 95% de gaz carbonique). Cela permet encore de faire voler certains engins ultra-légers. L’expérience de l’hélicoptère va être tentée par la prochaine mission de la NASA (Perseverance) mais on peut aussi envisager des ballons dirigeables pour transporter de petites masses, comme des instruments d’observation.

Les radiations sont le troisième obstacle mentionné par Madame Ekström. Leur niveau constitue effectivement un problème mais sur la moitié de la planète (aux altitudes les plus basses telles que dans les Basse terres du Nord, le Bassin d’Hellas, le fond des grands cratères) ce niveau des radiations est atténué par la pression légèrement plus élevée de l’atmosphère (1100 pascals au fond du bassin d’Héllas). Partout, il l’est par le sol de la planète qui fait écran à une bonne partie de ce qu’on pourrait recevoir dans l’espace profond à la même distance du Soleil. Le résultat c’est que sur Mars, dans le fond du Cratère Gale (où elles ont été mesurées par l’instrument RAD du rover Curiosity), on ne reçoit que la moitié de ce qu’on reçoit dans l’espace profond et la même dose que l’on reçoit dans la Station Spatiale Internationale (ISS). Par ailleurs, une fois sur Mars, on n’aura pas besoin de passer des heures à l’extérieur des habitats ou des véhicules protégés. La plupart des hommes d’aujourd’hui passe-t-il plus de deux heures chaque jour « à l’extérieur » ?  Ce qui est important c’est que les hommes sur Mars pourront commander, en direct, partout en surface de la planète, des robots qui agiront pour eux. Le gros problème pour les scientifiques aujourd’hui c’est qu’il y a un décalage de temps entre les ordres que l’on donne aux robots et la prise de connaissance que l’on a de leur action. Les deux planètes sont séparées de 55 millions à 400 millions de km et cela représente un décalage incompressible de 3 à 22 minutes pour que la lumière transporte les messages, dans chaque sens. Les robots ne peuvent donc pas être commandés en direct depuis la Terre, ils doivent être programmés. Rien que pour cette raison le séjour de l’homme sur Mars serait justifié (et celui sur la Lune ne l’est pas sauf pour de brèves incursions).

L’isolement et le confinement sont le quatrième obstacle mentionné par Madame Ekström. Cela n’est pas sérieux ! Les premiers explorateurs seront effectivement isolés mais ce seront des explorateurs, c’est-à-dire des gens tout à fait particuliers par rapport à la population générale. A-t-on évoqué ce problème vis-à-vis d’Ernest Shackleton avant qu’il parte explorer l’Antarctique ? Pour la suite il y aura probablement de moins en moins d’appréhension pour les partants, l’inconnu devenant de plus en plus connu et le nombre de personnes présentes sur Mars augmentant. Les gens qui séjournent aujourd’hui dans la Station Concordia au cœur de l’Antarctique ne sont pas particulièrement malheureux. Quant au confinement, le questionnement de Madame Ekström serait presque risible. Certes pendant le voyage de 6 mois je veux bien que les conditions soient un peu difficiles de ce point de vue mais d’autres astronautes ont déjà traversé des périodes aussi longues dans la Station Spatiale Internationale sans que cela leur soit inusportable. Par contre, une fois sur Mars, étant donné l’immensité de la planète, précisément vide d’habitants, comment parler de « confinement » alors qu’ils auront la possibilité de sortir de l’habitat ? Madame Ekström se sent-elle confinée quand elle se trouve dans son appartement en Suisse plutôt que dans la rue ? Pour renforcer le côté « noir » de son tableau, Madame Ekström évoque en plus le fait que les habitats n’auraient pas de fenêtre. Quelle drôle d’idée ! Même dans la Station Spatiale Internationale il y a une pièce avec hublot (la « coupole »). Pourquoi n’y en aurait-il pas sur Mars, en plusieurs exemplaires, alors qu’on pourra y produire du verre (de l’épaisseur qu’on voudra) à partir de la silice locale (abondante) et qu’on pourra en agrémenter soit les habitats creusés dans les pentes, soit ceux qu’on aura construits avec le fer (donc l’acier) qu’on pourra exploiter sur place. Supposer que l’on va vivre dans des bidons pressurisés sans fenêtre est une insulte aux personnes qualifiées qui ont déjà fait un travail important sur les habitats martiens (la NASA mais aussi, entre autres, « The Mars Homestead project » dirigé par Bruce McKenzie, ingénieur diplômé du MIT qui travaille sur le sujet depuis le milieu des années 1990, bien sûr la Mars Society américaine et moi-même avec l’aide d’un ingénieur polytechnicien français, Richard Heidmann).

La mauvaise qualité organoleptique de la nourriture à laquelle on serait obligé de recourir est le cinquième obstacle mentionné par Madame Ekström. Elle n’aime apparemment pas le « lyophilisé ». Est-ce si grave ? la nourriture lyophilisée ou congelée (que l’on pourra aussi stocker pendant la durée de 30 mois de la mission) est excellente (aussi bien au goût que, me semble-t-il, pour la santé). Moi-même je m’en nourri volontiers, sur Terre, même lorsque j’ai le choix alternatif d’une nourriture « fraiche ». Les produits que l’on trouve chez les commerçants équipés et fournis démontrent bien que la population les consomme, sans aucune retenue. C’est pratique, c’est très sain, c’est très bon. Par ailleurs dès les premières expéditions on tentera de cultiver des produits frais sous serre (et on en disposera en petites quantités) car il est évidemment inutile d’emporter sa nourriture avec soi depuis la Terre (ce qui représente de la masse et du volume) si on peut la produire sur place. Le rythme circadien de Mars (jours de 24h39) et l’irradiance solaire à cette distance du Soleil le permettra même s’il faudra sans doute fournir un surplus ou un « back-up » d’énergie (très certainement nucléaire) pour la saison froide australe (où l’irradiance est la plus faible) et pour pallier l’insuffisance d’énergie « naturelle » pendant les tempêtes de poussière. Quant à l’eau, Madame Ekström ne le sait peut-être pas (?) mais il y a de l’eau sur Mars, beaucoup en certains endroits (même si évidemment il y en a moins que sur Terre), celle des banquises aux latitudes moyennes et même basses, formées lors des périodes de glaciation récentes (changement périodique d’inclinaison de l’axe de rotation de la planète sur le plan de l’écliptique). Donc avec de l’eau, du Soleil, des graines, des fertilisants (qu’il faudra bien sûr importer à moins de les fabriquer sur place…ce qui viendra car il y a les éléments chimiques nécessaires notamment de l’azote), on pourra très bien cultiver des produits frais sur Mars dans des bacs et par hydroponie (pour ne pas gâcher l’eau, les produits fertilisants et éviter la poussière de sels de perchlorates couvrant le sol).

Le risque de manquer d’ergols pour revenir sur Terre est le sixième obstacle rédhibitoire mentionné par Madame Ekström. Elle n’a sans doute jamais entendu parler de la proposition de Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society aux Etats-Unis (et chimiste de formation) même si elle est très connue là-bas, y compris à la NASA qui l’envisage très sérieusement. Il s’agit tout simplement d’exploiter le gaz carbonique de l’atmosphère pour produire du méthane et de l’oxygène par réaction de Sabatier moyennant l’apport d’une partie d’hydrogène pour 18 de CO2 (que l’on peut obtenir facilement par électrolyse de la glace d’eau martienne). La réaction de Sabatier est connue depuis la fin du 19ème siècle et l’utiliser ne présente aucune difficulté particulière moyennant un apport d’énergie que l’on peut obtenir d’un petit réacteur nucléaire (même d’un RTG, générateur thermoélectrique à radioisotope, instrument à faible puissance mais qui est très robuste). Le méthane brule très bien dans l’oxygène et les deux forment un couple carburant / comburant tout à fait exploitable par nos fusées. Pour la première mission habitée, l’idée de Robert Zubrin, reprise d’ailleurs par la NASA, est de produire ces ergols par une mission robotique lors de la fenêtre de lancement précédente et de ne faire partir cette première mission habitée qu’après avoir constaté que les ergols ont été effectivement correctement produit et stockés. Pour « la suite » ce sera plus facile.

Le risque de ne pas pouvoir supporter la poussière est le septième obstacle rédhibitoire mentionné par Madame Ekström. Ce problème n’est pas non plus insurmontable. On ne sortira évidemment pas, sauf urgence, pendant les tempêtes de poussière. Et si les tempêtes globales (a priori les plus longues) ne sont pas exceptionnelles (toutes les 3 années martiennes, soit tous les 8 à 9 ans), elles ne sont pas non plus permanentes et en dehors de ces périodes il y a très peu de poussière en suspension dans l’air (l’atmosphère est trop ténue). Il faudra simplement prévoir un dépoussiérage des équipements utilisés en extérieur et un nettoyage efficace des scaphandres dans les sas d’entrée des habitats. Ce n’est pas une impossibilité technologique.

Madame Ekström ajoute à son argumentation qu’Elon Musk veut promouvoir l’installation de l’homme sur Mars, simplement à des fins d’enrichissement personnel (il « vend du rêve pour vendre quelque chose derrière » dit-elle !). C’est absolument méconnaître Elon Musk et je le connais suffisamment (indirectement via mes amis américains car il a été un des membres fondateurs de la Mars Society) pour pouvoir affirmer que c’est totalement faux. Elon Musk est habité par la volonté d’installer une branche de l’humanité sur Mars. C’est cela qui le motive, l’argent qu’il gagne dans ses différentes entreprises est totalement au service de cette ambition. On peut lui reprocher certaines choses, comme le lancement des constellations « Starlink » dans l’espace terrestre proche (qui pour moi induit une pollution inacceptable de ce milieu), mais pas la passion de l’argent pour l’argent. Il n’est pas nécessaire de joindre l’insulte à l’incompréhension.

Pour terminer, Madame Ekström constate que l’homme est le produit de son environnement terrestre et qu’il n’est pas envisageable qu’il vive ailleurs que sur Terre. Si elle avait vécu il y a quelques 50.000 ans (pour donner une date, mais on a trouvé des traces de nos ancêtres datant de 45.000 ans en Bulgarie !) dans une tribu d’homo-sapiens en Afrique et que l’écriture ait été inventée, aurait-elle déclaré que l’homme ne pourrait jamais vivre en dehors de sa savane natale ? C’était vrai à une certaine époque et puis l’évolution technologique a fait que cette limitation a évolué. Aujourd’hui nous pouvons vivre partout sur Terre, même en Antarctique, et notre technologie nous permet d’envisager de vivre sur Mars. Pourquoi ne pas essayer ?

En conclusion j’ai lu que Madame Ekström est une spécialiste des étoiles-primordiales ce qui est un sujet passionnant qui m’intéresse également beaucoup et que son mari, Monsieur Nombela, est un « graphiste spécialisé dans la représentation visuelle du temps ». Ce n’est pas pour autant qu’ils sont des spécialistes de Mars et encore moins de l’ingénieurie qui permettrait de s’y installer. Maitrîser la problématique de la compréhension du fonctionnement des étoiles n’implique pas la maitrise de la problématique de l’installation de l’homme sur Mars. Il me semble que Madame Ekström a plutôt moins de légitimité que moi pour en parler de de façon pertinente. Je travaille sur le sujet depuis 1995 et Madame Ekström depuis beaucoup moins longtemps (elle n’a obtenu son doctorat sur les étoiles-primordiales qu’en 2004 et s’est spécialisée ensuite sur les étoiles-massives ; je pense qu’elle ne s’est pas précipitée alors pour étudier la faisabilité de l’installation de l’homme sur Mars!). J’accepte volontiers que l’on ne partage pas affectivement (c’est-à-dire en dehors de toute considération rationnelle ou scientifique) notre projet et que l’on exprime des critiques si elles sont constructives. Ce que je reproche à ces personnes c’est une opposition a priori et, à mon avis, de mauvaise foi. La caution de Michel Mayor spécialiste des exoplanètes ne change rien au tableau.

Illustration de titre: l’homme sur Mars, vue d’artiste, crédit NASA/CalTech. L’homme en scaphandre contemple le paysage de son nouveau monde. Il est arrivé sur ce promontoire avec un rover pressurisé. Le cercle qui encadre la vue est un des hublots du véhicule au travers duquel ses compagnons ont pris la photo. Au fond, loin devant, des lumières brillent, celles de la base, leur foyer. Je suis certain qu’il ne se sent ni seul, ni confiné.

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 20 12 29