The habitability of super-Earths in Gliese 581W. 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, USA25 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+