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Gilgamesh Moderator le 24 Juin 2007 16:49
The habitability of super-Earths in Gliese 581
W. von Bloh, C. Bounama, M. Cuntz, and S. Franck
Potsdam Institute for Climate Impact Research, Potsdam, Germany
Department of Physics, University of Texas at Arlington, USA
25 mai 2007
Un début de résumé de cet article (peut être historique ?
)
C'est intéressant de toutes les façons pour se rendre compte des facteurs actuellement envisagés pour la viabilité d'une exoplanète.
Very recently, Udry et al. (2007) announced the
detection of two super-Earth planets in this system, Gl 581c
with a mass of 5.06M⊕ with a semi-major axis of 0.073 AU,
and Gl 581d with 8.3 M⊕ and 0.25 AU. As a first approxi-
mation, they computed an equilibrium surface temperature
for Gl 581c of 20◦C for an albedo of 0.5. They neglected,
however, the likely greenhouse effect of the atmosphere.
(...)
ZH : zone habitable = zone dans laquelle il y a possibilité d'eau liquide en surface sur une durée suffisante pour qu'une vie puisse évoluer, ce qui dépend de la température et de la pression.
La limite interne de la ZH est déterminée par les pertes du à la photodissiociation des molécules d'eau suivi de l'échappement de l'hydrogène.
La limite externe est donnée par la condensation de cristaux de CO2 au sommet de l'atmosphère ce qui prive la planète de rayonnement par diffusion de Rayleigh
La luminosité de l'étoile a été déterminée à :
L = 0.013±0.002L⊙. Bonfils et al. (2005) consider a stellar
age of at least 2 Gyr.
Les auteurs calculent ensuite le cycle du CO2, determinant l'effet de serre à la surface.
Sur le long terme le stockage et le destockage du carbone par le manteau sont considérables. L'érosion par les eaux de ruissèlement (weathering) des silicates avec fixation du carbone et zou -> dans les océans -> dépot les planchers océanique -> engloutie par subduction : c'est le puit. Le degazage des magmas dans les cheminée volcanique relargue ce carbone dans l'atmosphère : c'est la source. En l'absence de cette noria le carbone reste fixé dans les roches et ne contribue plus à l'effet de serre.
La ZH est définie comme le domaine spatial à distance R de l'étoile ou la productivité biologique n'est pas nulle. On considère qu'elle ne dépend que de la température de surface et de la pression partielle en CO2. Elle est maximale pour T = 50°C et nulle pour T<0°C ou pour T>100°C ou pour une pression atm <1e-5 bar. Le cas des hyperthermophiles chimioautotrophes, qui peuvent vivre jusqu'à 110 - 115°C n'est pas considéré.
On considère ensuite la température du manteau qui perd de l'énergie au taux q par unité de surface et qui en reçoit au taux E(t) par désintégration des éléments radioactif par unité de volume. (Eq. 4)
La valeur de q est déterminée par celle du nombre de Rayleigh qui détermine, en fonction du gradient de température, de la gravité, du coefficient de dilatation thermique, de la diffusivité thermique des roches et de leur viscosité s'il y a convection ou pas. (Eq. 5 et 6) Si Ra passe en dessous d'un seuil critique, le manteau ne perd plus que par conduction et c'est négligeable.
La viscosité des roche dépend elle même fortement de la teneur en eau des roches mantelliques (qui fluidifie le manteau).
A partir de q on calcul un taux d'injection de CO2 dans l'atmosphère (Eq. 7) corrigé avec le rayon (Eq. 8 et 9).
Pour calculer le climat on a également besoin de calculer le rayon planétaire de synchronisation par effet de marée (tidal locking) qui fait qu'une planète va présenter toujours la même face à son étoile (Eq 10). Il dépend de la rotation initale qui est déterminé "analogiquement" à P0 = 13,5 hr. Conclusion elles sont bloquée dans le cas présent.
De ce fait le champs magnétique est plus réduit (parce que la circulation dans le noyau de fer en est affecté) et il est estimé un moment magnétiaue de 0,5 pour G581c, et 0,1 G581d (en moment terrestre). D'où on en tire la taille de la magnétosphère, compressée par le vent solaire de l'étoile. Conclusion : la magnétopause se situe à plusieur diametre planétaire, et celle ci est donc protégée. On a considéré que la planète avait au moins un coeur liquide externe, comme la Terre.
De petites étoiles on des pulsation intense dans le domaine X-UV qui peuvent éroder l'atmosphère de la planète et en réduise la durée d'habitabilité. En outre, dans une planete tidal locked les éléments volatiles peuvent congeler et déposer dans la zone de nuit permanente, ce qui progressivement amene la pression de surface à 0.
Des modèle 3D de circulation atmospherique couplé aux cycles hydrologiques montre qu'il suffit de 100 mbars de CO2 pour prévenir l'effondrement atmosphérique. Ca ne devrait donc pas concerner une super terre pour laquelle la teneur en éléments volatiles est élevée (vu la gravité).
Conclusion Gl581d a clairement de bonne chance d'être dans la ZH. La durée de résidence dépend notamment du pourcentage de continents : une planète océan a la longévité en ZH la plus élevée.
voila, désolé c'est un peu à l'arrache.
a+
W. von Bloh, C. Bounama, M. Cuntz, and S. Franck
Potsdam Institute for Climate Impact Research, Potsdam, Germany
Department of Physics, University of Texas at Arlington, USA
25 mai 2007
Un début de résumé de cet article (peut être historique ?
)C'est intéressant de toutes les façons pour se rendre compte des facteurs actuellement envisagés pour la viabilité d'une exoplanète.
Very recently, Udry et al. (2007) announced the
detection of two super-Earth planets in this system, Gl 581c
with a mass of 5.06M⊕ with a semi-major axis of 0.073 AU,
and Gl 581d with 8.3 M⊕ and 0.25 AU. As a first approxi-
mation, they computed an equilibrium surface temperature
for Gl 581c of 20◦C for an albedo of 0.5. They neglected,
however, the likely greenhouse effect of the atmosphere.
(...)
ZH : zone habitable = zone dans laquelle il y a possibilité d'eau liquide en surface sur une durée suffisante pour qu'une vie puisse évoluer, ce qui dépend de la température et de la pression.
La limite interne de la ZH est déterminée par les pertes du à la photodissiociation des molécules d'eau suivi de l'échappement de l'hydrogène.
La limite externe est donnée par la condensation de cristaux de CO2 au sommet de l'atmosphère ce qui prive la planète de rayonnement par diffusion de Rayleigh
La luminosité de l'étoile a été déterminée à :
L = 0.013±0.002L⊙. Bonfils et al. (2005) consider a stellar
age of at least 2 Gyr.
Les auteurs calculent ensuite le cycle du CO2, determinant l'effet de serre à la surface.
Sur le long terme le stockage et le destockage du carbone par le manteau sont considérables. L'érosion par les eaux de ruissèlement (weathering) des silicates avec fixation du carbone et zou -> dans les océans -> dépot les planchers océanique -> engloutie par subduction : c'est le puit. Le degazage des magmas dans les cheminée volcanique relargue ce carbone dans l'atmosphère : c'est la source. En l'absence de cette noria le carbone reste fixé dans les roches et ne contribue plus à l'effet de serre.
La ZH est définie comme le domaine spatial à distance R de l'étoile ou la productivité biologique n'est pas nulle. On considère qu'elle ne dépend que de la température de surface et de la pression partielle en CO2. Elle est maximale pour T = 50°C et nulle pour T<0°C ou pour T>100°C ou pour une pression atm <1e-5 bar. Le cas des hyperthermophiles chimioautotrophes, qui peuvent vivre jusqu'à 110 - 115°C n'est pas considéré.
On considère ensuite la température du manteau qui perd de l'énergie au taux q par unité de surface et qui en reçoit au taux E(t) par désintégration des éléments radioactif par unité de volume. (Eq. 4)
La valeur de q est déterminée par celle du nombre de Rayleigh qui détermine, en fonction du gradient de température, de la gravité, du coefficient de dilatation thermique, de la diffusivité thermique des roches et de leur viscosité s'il y a convection ou pas. (Eq. 5 et 6) Si Ra passe en dessous d'un seuil critique, le manteau ne perd plus que par conduction et c'est négligeable.
La viscosité des roche dépend elle même fortement de la teneur en eau des roches mantelliques (qui fluidifie le manteau).
A partir de q on calcul un taux d'injection de CO2 dans l'atmosphère (Eq. 7) corrigé avec le rayon (Eq. 8 et 9).
Pour calculer le climat on a également besoin de calculer le rayon planétaire de synchronisation par effet de marée (tidal locking) qui fait qu'une planète va présenter toujours la même face à son étoile (Eq 10). Il dépend de la rotation initale qui est déterminé "analogiquement" à P0 = 13,5 hr. Conclusion elles sont bloquée dans le cas présent.
De ce fait le champs magnétique est plus réduit (parce que la circulation dans le noyau de fer en est affecté) et il est estimé un moment magnétiaue de 0,5 pour G581c, et 0,1 G581d (en moment terrestre). D'où on en tire la taille de la magnétosphère, compressée par le vent solaire de l'étoile. Conclusion : la magnétopause se situe à plusieur diametre planétaire, et celle ci est donc protégée. On a considéré que la planète avait au moins un coeur liquide externe, comme la Terre.
De petites étoiles on des pulsation intense dans le domaine X-UV qui peuvent éroder l'atmosphère de la planète et en réduise la durée d'habitabilité. En outre, dans une planete tidal locked les éléments volatiles peuvent congeler et déposer dans la zone de nuit permanente, ce qui progressivement amene la pression de surface à 0.
Des modèle 3D de circulation atmospherique couplé aux cycles hydrologiques montre qu'il suffit de 100 mbars de CO2 pour prévenir l'effondrement atmosphérique. Ca ne devrait donc pas concerner une super terre pour laquelle la teneur en éléments volatiles est élevée (vu la gravité).
Conclusion Gl581d a clairement de bonne chance d'être dans la ZH. La durée de résidence dépend notamment du pourcentage de continents : une planète océan a la longévité en ZH la plus élevée.
voila, désolé c'est un peu à l'arrache.
a+
lambda0 le 25 Juin 2007 09:09
J'avais vu cet article, mais je trouve qu'on extrapole vraiment beaucoup en ce moment sur les caractéristiques des exoplanètes à partir de vraiment très peu de données. On ne connait toujours de ces planètes que leur masse ou leur diamètre, plus rarement les deux, et la distance à leur étoile.
Considérer la différence entre la Terre et Vénus. Sans cette épaisse atmosphère de CO2 et l'emballement de l'effet de serre, Vénus aurait aussi bien pu être habitable, avec une gravité légèrement différente, ou une évolution légèrement différente de la luminosité du soleil. Par ailleurs, la Terre a un champ magnétique, mais pas Vénus, ni Mars. Par contre, Mercure a un noyau liquide et un petit champ magnétique.
Avec une telle variété dans notre système solaire, alors qu'on spécule toujours sur l'évolution de Mars et Vénus, leur volcanisme, etc., il parait bien périlleux de spéculer sur l'habitabilité de planètes extra-solaires.
On rappelle aussi que les modèles se sont souvent planté : on ne pensait pas découvrir des planètes gazeuses "collées" à leur étoile par exemple.
On attend avec impatience une imagerie résolue de ces planètes et l'analyse de la composition de leur atmosphère par spectroscopie, pour l'instant, j'ai l'impression qu'on tourne un peu à vide en empilant beaucoup d'hypothèses pour pallier au manque de données.
A+
Considérer la différence entre la Terre et Vénus. Sans cette épaisse atmosphère de CO2 et l'emballement de l'effet de serre, Vénus aurait aussi bien pu être habitable, avec une gravité légèrement différente, ou une évolution légèrement différente de la luminosité du soleil. Par ailleurs, la Terre a un champ magnétique, mais pas Vénus, ni Mars. Par contre, Mercure a un noyau liquide et un petit champ magnétique.
Avec une telle variété dans notre système solaire, alors qu'on spécule toujours sur l'évolution de Mars et Vénus, leur volcanisme, etc., il parait bien périlleux de spéculer sur l'habitabilité de planètes extra-solaires.
On rappelle aussi que les modèles se sont souvent planté : on ne pensait pas découvrir des planètes gazeuses "collées" à leur étoile par exemple.
On attend avec impatience une imagerie résolue de ces planètes et l'analyse de la composition de leur atmosphère par spectroscopie, pour l'instant, j'ai l'impression qu'on tourne un peu à vide en empilant beaucoup d'hypothèses pour pallier au manque de données.
A+
Gilgamesh Moderator le 25 Juin 2007 18:03
Bon, c'est clair que c'est plus le raisonnement que le résultat qui est intéressant. Même si on ne peut s'empêcher de rêver que c'est vraiment la première exoplanète vivante que l'on a découvert... Sinon c'est plus comme un cours appliqué d'astrophysique. Pour chaque seuil, ils prennent soin de s'appuyer sur des travaux déjà publié et y'a un côté "cuisine d'assemblage" que je trouve intellectuellement plaisant. Ca ressemble à un exercice de Grande Ecole sur 4h . En admettant que... et que... et que... montrez de façon argumenté quelles sont les planète dans la ZH parmi ces 3
Bon, sinon, de toute façon, c'est le mieux que l'on puisse dire, alors...
a+
. En admettant que... et que... et que... montrez de façon argumenté quelles sont les planète dans la ZH parmi ces 3 Bon, sinon, de toute façon, c'est le mieux que l'on puisse dire, alors...
a+
Gilgamesh Moderator le 15 Mars 2008 15:02
Des nouvelles du front... Sur Alpha Centauri (!) cette fois ci. Mais ce ne sont encore que des simulations. Elles montrent qu'il devrait y avoir quelque chose de détectable au niveau planétaire...
Une exoTerre autour d'Alpha du Centaure ?
source : UC Santa Cruz , Flashespace, Technocience
Une série de plusieurs simulations informatiques réalisées par une équipe d'astronomes de l'Université de Californie de Santa Cruz montre qu'il pourrait exister une exoTerre évoluant autour d'Alpha Centauri B, une des trois étoiles qui forment le système Alpha Centauri. A 4,36 années-lumière, c'est une des étoiles les plus proches de la Terre.
Vue d'artiste d'une planète de type terrestre
évoluant dans le système d'Alpha du Centaure
Les simulations ont montré que théoriquement tout est en place autour d'Alpha Centauri B pour donner naissance à une petite planète tellurique évoluant dans la zone d'habitabilité de l'étoile. Ce qui signifie que l'eau à l'état liquide peut exister sur cette planète potentiellement habitable.
Mieux encore, en raison de sa proximité, si cette planète existe elle sera détectable depuis la Terre. Pour cela, un programme d'observation intensif pour surveiller ce qui se passe autour d'Alpha Centauri B a été mis en place au télescope de 1,5 m de l'observatoire américain du Cerro Tololo (Chili).
Bien évidemment, les astronomes n'envisagent pas un seul instant de la voir de façon directe. Ils la découvriront de façon indirecte via la méthode qui utilise la mesure des infimes variations de l'intensité lumineuse de l'étoile parent. Ce mouvement de l'étoile est détecté grâce à l'effet Doppler: les longueurs d'onde du spectre lumineux émis par l'astre se décalent vers le rouge quand l'étoile s'éloigne, vers le bleu quand elle se rapproche. C'est par cette méthode que la plupart des 277 planètes extrasolaires ont été détectées.
Reste que si cette exoTerre existe, cinq années seront au moins nécessaires pour la détecter.
Une exoTerre autour d'Alpha du Centaure ?
source : UC Santa Cruz , Flashespace, Technocience
Une série de plusieurs simulations informatiques réalisées par une équipe d'astronomes de l'Université de Californie de Santa Cruz montre qu'il pourrait exister une exoTerre évoluant autour d'Alpha Centauri B, une des trois étoiles qui forment le système Alpha Centauri. A 4,36 années-lumière, c'est une des étoiles les plus proches de la Terre.
Vue d'artiste d'une planète de type terrestre
évoluant dans le système d'Alpha du Centaure
Les simulations ont montré que théoriquement tout est en place autour d'Alpha Centauri B pour donner naissance à une petite planète tellurique évoluant dans la zone d'habitabilité de l'étoile. Ce qui signifie que l'eau à l'état liquide peut exister sur cette planète potentiellement habitable.
Mieux encore, en raison de sa proximité, si cette planète existe elle sera détectable depuis la Terre. Pour cela, un programme d'observation intensif pour surveiller ce qui se passe autour d'Alpha Centauri B a été mis en place au télescope de 1,5 m de l'observatoire américain du Cerro Tololo (Chili).
Bien évidemment, les astronomes n'envisagent pas un seul instant de la voir de façon directe. Ils la découvriront de façon indirecte via la méthode qui utilise la mesure des infimes variations de l'intensité lumineuse de l'étoile parent. Ce mouvement de l'étoile est détecté grâce à l'effet Doppler: les longueurs d'onde du spectre lumineux émis par l'astre se décalent vers le rouge quand l'étoile s'éloigne, vers le bleu quand elle se rapproche. C'est par cette méthode que la plupart des 277 planètes extrasolaires ont été détectées.
Reste que si cette exoTerre existe, cinq années seront au moins nécessaires pour la détecter.
Gilgamesh Moderator le 19 Mars 2008 00:38
C'est vrai que ça devrait faire des nuits et des saisons curieuses, avec 2 étoiles, dont la plus faible pourrait atteindre 1/100e de luminosité solaire dans le ciel, à vue de nez
Un petit simulateur Java pas mal pour se représenter la chose :
http://www.solstation.com/orbits/ac-absys.htm
a+
Gilgamesh Moderator le 12 Avril 2008 12:53
Un petit point sur Epsilon Eridani, système planétaire actuellement le plus proche du système solaire.
L'étoile : Epsilon Eridani
Distance: 3.2 pc
Type Spectral : K2 V
Magnitude apparente V 3.73
Masse : 0.83 (± 0.05) M☉
Age : 0.66 Gyr
Température effective : 5116 K
Rayon 0.895 (± 0.085) R☉
Métallicité [Fe/H] : -0.1
Ascension droite : 03 32 55
Déclinaison : -09 27 29
Epsilon Eridani a une chromosphère active, riche en raies émissives dans l'ultraviolet (Prieto et al. 2000). C'est une étoile variables de type BY Draconis cad dont des étoiles de type K, M dont les variations de luminosité sont dues à la rotation de l'étoile couplée avec des taches solaires et autres activités chromosphériques. Ainsi, la forme de son enveloppe spectrale, de son champs magnétique et sa température photosphérique varie avec le temps de façon beaucoup plus prononcée que la plupart des étoiles sur leur séquence principale, sans présenter d'éruption toutefois (Gray and Baliunas 1995). Son abondance en élément lourds est légèrement inférieure à celle du Soleil bien qu'elle soit nettement plus jeune (Drake & Smith 1993). En outre, le décalage Doppler d'Epsilon Eridani varie rapidement (en moins d'une journée) de ~15 m/s, ce qui "bruite" la recherche de planète autour de l'étoile. Voir ici la comparaison avec d'autres étoiles de type K possédant un système planétaire : http://exoplanets.org/esp/epseri/kstars.html
Planète :
Une planète confirmée : Epsilon Eridani b
Découverte en 2000 (dernière mise à jour des données : 09/10/2006)
Masse 1.55 (± 0.24) Mj (masse jovienne)
demi grand axe : 3.39 (± 0.36) UA (unité astronomique)
Periode Orbitale : 2502 (± 10) jours
Excentricité : 0.702 (± 0.039)
Omega 47 (± 3) deg.
Tmax VR -
Tperi 54207 (± 7) JD 2.400.000
Inclination : 30.1 (± 3.8 ) deg.
Une deuxième planète, non confirmée, orbiterait beaucoup plus loin : Epsilon Eridani c
Masse 0.1 Mj
demi grand axe : 40 UA
Periode Orbitale : 102 270 jours
Excentricité : 0.3
source : http://exoplanet.eu/index.php
L'étoile : Epsilon Eridani
Distance: 3.2 pc
Type Spectral : K2 V
Magnitude apparente V 3.73
Masse : 0.83 (± 0.05) M☉
Age : 0.66 Gyr
Température effective : 5116 K
Rayon 0.895 (± 0.085) R☉
Métallicité [Fe/H] : -0.1
Ascension droite : 03 32 55
Déclinaison : -09 27 29
Epsilon Eridani a une chromosphère active, riche en raies émissives dans l'ultraviolet (Prieto et al. 2000). C'est une étoile variables de type BY Draconis cad dont des étoiles de type K, M dont les variations de luminosité sont dues à la rotation de l'étoile couplée avec des taches solaires et autres activités chromosphériques. Ainsi, la forme de son enveloppe spectrale, de son champs magnétique et sa température photosphérique varie avec le temps de façon beaucoup plus prononcée que la plupart des étoiles sur leur séquence principale, sans présenter d'éruption toutefois (Gray and Baliunas 1995). Son abondance en élément lourds est légèrement inférieure à celle du Soleil bien qu'elle soit nettement plus jeune (Drake & Smith 1993). En outre, le décalage Doppler d'Epsilon Eridani varie rapidement (en moins d'une journée) de ~15 m/s, ce qui "bruite" la recherche de planète autour de l'étoile. Voir ici la comparaison avec d'autres étoiles de type K possédant un système planétaire : http://exoplanets.org/esp/epseri/kstars.html
Planète :
Une planète confirmée : Epsilon Eridani b
Découverte en 2000 (dernière mise à jour des données : 09/10/2006)
Masse 1.55 (± 0.24) Mj (masse jovienne)
demi grand axe : 3.39 (± 0.36) UA (unité astronomique)
Periode Orbitale : 2502 (± 10) jours
Excentricité : 0.702 (± 0.039)
Omega 47 (± 3) deg.
Tmax VR -
Tperi 54207 (± 7) JD 2.400.000
Inclination : 30.1 (± 3.8 ) deg.
Une deuxième planète, non confirmée, orbiterait beaucoup plus loin : Epsilon Eridani c
Masse 0.1 Mj
demi grand axe : 40 UA
Periode Orbitale : 102 270 jours
Excentricité : 0.3
source : http://exoplanet.eu/index.php
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