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SCIENCE - NEO-EVHEMERISME - DONJONSDRAGONS

Les mondes oculaires

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Les mondes oculaires, sont des planètes dont l'apparence fait fortement penser à celle d'un œil du fait de leur rotation synchrone autour de leur étoile. Cette particularité pourrait permettre à ces planètes d'abriter la vie sous certaines conditions.

Monde oculaire
Monde oculaire

LA ROTATION SYNCHRONE

Un exemple de rotation synchrone que nous pouvons observer tous les jours est le cas de notre Lune. Sous l'effet du verrouillage gravitationnel, la Lune met autant de temps à effectuer un mouvement de rotation autour de son axe, qu'à réaliser une orbite complète autour de la Terre.

Cela a pour conséquence que la Lune présente toujours la même face à la Terre.

La rotation synchrone ne concerne pas seulement les satellites naturels des planètes mais tout objet en orbite autour d'un autre. Elle peut concerner l’un des deux objets (généralement le moins massif) ou les deux (comme Charon et Pluton).

En dehors de perturbation externe, tout objet en orbite circulaire autour d’un autre aboutira en un temps fini à une rotation synchrone de l’un et de l’autre.

Cette caractéristique se distingue de la résonance orbitale qui ne fait pas appel à la période de rotation et concerne les mouvements relatifs de plusieurs satellites.

L'attraction gravitationnelle entre deux corps produit une force de marée sur chacun d'eux, les étirant dans la direction de l'axe planète-satellite. Si les corps en question sont suffisamment flexibles et que la force de marée est suffisamment forte, ces corps seront légèrement déformés. Comme la plupart des lunes et tous les corps astronomiques de grande taille sont sphériques sous l'action de leur propre gravité, l'action des forces de marée les rend légèrement prolates (cigaroïdes).

Dans le cas des systèmes lune-planète, cette forme allongée est instable. Supposons que le satellite tourne plus vite sur lui-même qu'autour de sa planète, et que sa planète tourne plus vite sur elle-même que le satellite ne tourne autour d'elle (le phénomène sera le même si le contraire est vrai, seuls les signes seront inversés). Entraînées par la rotation du satellite, les protubérances soulevées par la marée de la planète se retrouveront en avance  ; la force gravitationnelle de la planète exercera alors un couple sur chaque protubérance, qui aura pour effet de ralentir la rotation du satellite. Chacune des deux protubérances a tendance à revenir sur sa position stable, elles contribuent toutes les deux à freiner la rotation de la planète. L'effet dépend des forces de friction qui sont nécessaires pour déplacer ces protubérances, il peut être moindre si les protubérances sont plus fluides (marées océaniques ou atmosphériques).

Par le principe d'action et de réaction, le couple appliqué par la planète sur le satellite, agit en réaction sur le mouvement orbital du couple planète-satellite (comme un cosmonaute qui serre un boulon se met à tourner autour du boulon). Le moment angulaire orbital, augmente précisément d'autant que le moment angulaire rotationnel du satellite diminue.

Si la révolution du satellite est plus rapide que la rotation de la planète (ce qui est le cas de Phobos autour de Mars, ainsi que de plusieurs des lunes intérieures d'Uranus), les forces de marée de la planète auront tendance à faire diminuer la vitesse de rotation du satellite sur lui-même et décroître son rayon orbital, ce qui placera le satellite sur une orbite descendante où il orbitera plus vite (énergie cinétique acquise par l'énergie potentielle de la chute). Le gain de moment angulaire de rotation du satellite sur lui-même accroît encore cette tendance, car il est pris sur le moment angulaire de révolution. Ainsi, Phobos finira par s'écraser sur la surface de Mars.

De la même façon, les marées soulevées par le satellite sur sa planète vont avoir tendance à synchroniser la rotation de cette dernière avec la révolution de son satellite  ; dans le cas d'une rotation de la planète sur elle-même plus rapide que la rotation du satellite autour de la planète, les protubérances de la planète vont exercer un couple net sur le satellite qui aura pour effet de le «  pousser  » dans le sens de son orbite, et donc de le forcer à s'éloigner, et dans le même temps, de ralentir la rotation de la planète sur elle-même.

Dans le cas du système Terre-Lune, la distance les séparant augmente de 3,84  cm par an (étude par Lunar Laser Ranging).


Les effets sont inverses si la période de rotation de la planète sur elle-même est supérieure à la période orbitale du satellite  : la rotation de la planète s'accélère et le satellite se rapproche.

Dans le cas des petites lunes, de forme irrégulière, ces forces auront tendance à aligner le plus grand axe de la lune avec le rayon orbital, et le plus petit axe avec la normale à l'orbite.

UNE PLANETE OCULAIRE AUTOUR D'UNE NAINE ROUGE POURRAIT ABRITER LA VIE

Les mondes extraterrestres ressemblant à des globes oculaires pourraient exister autour des étoiles dites naines rouges, et les chercheurs proposent maintenant des expériences pour simuler ces lointaines planètes afin de déterminer comment elles sont capables de supporter la vie.

Les naines rouges sont de faibles et petites étoiles, ayant une masse d'environ un cinquième de notre soleil et jusqu’à 50 fois moins lumineuses. Elles sont les étoiles les plus communes dans la galaxie et sont estimées représentées jusqu’à 70 % des étoiles dans l’univers, ce qui en fait des cibles de choix pour la rechercher d’une vie extraterrestre. En effet, les derniers résultats du télescope spatial Kepler de la NASA révèlent que la moitié, au moins, de ces étoiles hébergent une planète rocheuse qui fait la moitié à 4 fois la masse de la Terre.

Naine rouge
Naine rouge

Pour la recherche de mondes pouvant abriter la vie, les scientifiques se concentrent généralement sur des mondes qui ont de l’eau, car il y a une vie pratiquement partout où il y a de l’eau sur Terre. Ils se concentrent donc sur la zone habitable d’une étoile, la zone où il n’y fait ni trop chaud ni trop froid pour que l’eau à l’état liquide puisse exister à la surface d’une planète.

Alors que les naines rouges sont relativement “fraiches”, leurs zones habitables sont plus proches que la distance à laquelle Mercure tourne autour du soleil. Pour les astronomes, cela facilite la détection des planètes dans la zone habitable d’une naine rouge, les orbites des exoplanètes sont de petite taille, et les chercheurs peuvent, en principe, détecter facilement la façon dont ces mondes font régulièrement baisser la lumière de ces étoiles lors de leur transit.

Quand une planète orbite autour d’une étoile de très près, l’attraction gravitationnelle de celle-ci peut forcer la planète à adopter une rotation synchrone avec elle. Elles ont un côté jour permanent et un côté nuit permanent. Ce scénario d’exposition à la lumière permanente pourrait conduire à une sorte de monde scindé en deux, qui lui donne l’apparence d’un globe oculaire. Son côté nuit serait recouvert d’une coque de glace, tandis que son côté jour accueillerait un désert ou un océan géant d’eau liquide constamment exposée à la chaleur de son étoile.

L’idée d’une planète à l’apparence d’un globe oculaire a été stimulée par la détection d’une exoplanète appelée Gliese 581g, à environ 20 années-lumière, placée dans le top 5 des planètes pouvant abriter la vie.

Compte tenu des profondes différences entre le côté jour et le côté nuit des terres du “globe oculaire", elles sont potentiellement les planètes telluriques habitables les plus faciles à détecter et à distinguer. Les scientifiques essayent de découvrir à quel point elles sont communes et stables.

Pour en savoir plus sur ce que pourraient être ces planètes au globe oculaire, un projet surnommé HABEBEE (“Exploring the Habitability of Eyeball-Exo-Earths”) consiste à déterminer, pour la première fois, ce dont à besoin une planète globe oculaire stable pour héberger la vie.

Les scientifiques ont comme premier objectif de construire une variété de modèles de planètes globe oculaire qui varient en masse, par la distance de leur étoile, en quantité de rayonnement qu’elles reçoivent, par la force du champ magnétique et par leur composition en glace et sa densité. En fournissant des modèles généraux et extrêmes de monde au globe oculaire stables et transitoires, aidera à prédire la façon avec laquelle les télescopes actuels et futurs pourraient les détecter et les définir.

L’océan d’une planète globe oculaire variera probablement en température. Probablement assez chaud au centre de l’œil, puis devenant progressivement plus froid vers le bord de la croute de glace. Mais l’océan pourrait aussi bien transporter la chaleur partout sur la planète, la réchauffant suffisamment pour la transformer en un monde d’eau sans glace.

Les chercheurs envisagent également une expédition dans la péninsule Antarctique pour recueillir des échantillons de microbes dans les zones de transition entre la glace et l’eau qui pourrait être analogue aux océans sur les planètes au globe oculaire. L’objectif est de voir à quoi pourrait ressembler le métabolisme de la vie sur des mondes extraterrestres. Les échantillons de microbes antarctiques peuvent être testés dans l’atmosphère, les radiations et les autres conditions qui simulent un certain nombre de scénarios possibles de “Terre” au globe oculaire. Les chercheurs peuvent tester la survie et l’activité génétique des microbes pour voir comment elles se comportent.

Au cours de leur vie, les naines rouges peuvent être très tranquilles ou très actives, pouvant faire baigner dans un rayonnement ultraviolet la planète dans des niveaux 100 à 10 000 fois supérieurs à la normale et qui stérilise la surface de la planète voisine ou même la dépouille de son atmosphère.

Pour déterminer quel mal un tel rayonnement peut causer sur l’habitabilité des planètes au globe oculaire, les chercheurs envisagent de surveiller et d’étudier les niveaux de rayonnement des naines rouges détectées au fil du temps, des données qui peuvent les aider à mieux les simuler.

Ils prévoient également de comprendre les effets des flux de particules énergétiques en provenance des naines rouges sur la surface et l’atmosphère des planètes au globe oculaire en utilisant le synchrotron générateur de lumière, à Campinas au Brésil, pour projeter des radiations sur de la glace.

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