Soirée Astronomie

Planètes et Exo-Planètes

Bibliothèque de VAUGINES

• Jeux de lune 6• Animation du système solaire 5• Planètes 10• Planètes naines 10• Astéroïdes 10• Exoplanètes 10• Les nuages d’Orion 7

Les Planètes

A la découverte des planètes

• La loi de Titius-Bode–Inscrivons la suite des nombres : 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384...–Ajoutons 4 à chacun d'eux : 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, 196, 388...

D = 0.4 + 0.3 (2n)

  Mercure Vénus Terre Mars - Jupiter Saturne UranusNeptun

e

 Valeur de n - 0 1 2 3 4 5 6 7 Loi de Titius-Bode 0.4 0.7 1.0 1.6 2.8 5.2 10 19.6 39.8

 Distance en UA 0.39 0.72 1.0 1.52 - 5.20 9.55 19.22 30.1

Qu’est-ce qu’une planète ?• Liste historique (MVTMJSUNP)• + Nouvelle planètes

• Sedna, Eris, Quaoar, …

• Sphéricité• Sedna, Eris, Quaoar, cérès, …

• Classe de population• Objets solitaires (MVTMJSUN)• Ceinture d'astéroïdes (Cérès)• Ceinture de Kuiper (KBO : Pluton, Eris, Quaoar, …)• Nuage interne de Oort (Sedna, ?)• Nuage de Oort

Les planètes

Mercure

Vénus

Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

Une planète est un corps célestea) est en orbite autour du Soleil,b) a une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de

cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique,

c) a éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche

Définition (2006 : 26eme Assemblée Générale de l'Union Astronomique Internationale)

Les planètes naines

Une "planète naine" est un corps célestea) est en orbite autour du Soleil, b) a une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de

cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique, sous une forme presque sphérique,

c) n'a pas éliminé tout corps susceptible de se déplacer sur une orbite proche,

d) n'est pas un satellite.

Définition (référence I.A.U.)

Tous les autres objets en orbite autour du Soleil, à l'exception des satellites, sont appelés "petits corps du système solaire"

Les planètes

Mercure

Vénus

Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

1 - formation d'agrégats de grains de poussière, grossissant peu à peu. 2 - A partir d'une certaine masse, la gravitation établit un équilibre

hydrostatique qui donne une forme sphérique aux gros corps célestes.3 - les multiples chocs

- font grossir le corps- changent orbites excentriques en orbites quasi circulaires

4 - le corps est à son minimum d'énergie (par la gravitation)5 - il aura absorbé la plupart des petits corps de son environnement

Histoire raccourcie de la formation des planètes du système solaire.

planètes telluriques

planètes rocheuses, denses, à surface solide Mercure, Vénus, Terre, Mars

planètes gazeuses

planètes composées principalement d'hydrogène (étoiles manquées, masse non suffisante pour déclencher des réactions nucléaires)

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune

planètes géantes

planètes de grande taille (diamètre > 40000  km); ce sont les planètes gazeuses

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune

petites planètes

autre façon de désigner les astéroïdes  

planètes intérieures

planètes se trouvant entre la ceinture principale d'astéroïdes et le Soleil

Mercure, Vénus, Terre, Mars

planètes extérieures

planètes se trouvant au-delà de la ceinture principale d'astéroïdes

Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton

planètes inférieures

planètes se trouvant entre la Terre et le Soleil Mercure, Vénus

planètes supérieures

planètes se trouvant au-delà de la Terre Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, Pluton

planètes anciennes

planètes observables à l'œil nu depuis l'antiquité Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne

Classification et terminologie

Les planètes

Les planètes

Mercure

Vénus

Terre Mars Jupiter Saturne Uranus Neptune

Planètes telluriques Planètes gazeuses

Planètes Soleil

Diamètre de 4878 km à 142796 km 1390000 km

Distance au Soleil de 0.39 u.a. à 30.1 u.a.

Masse de 0.055 mT à 318 mT 333000 mTerre

Densité de 5.44 à 0.69 1.4

Période rotation de 88 j à 165 ans

Corps céleste

Distance Diamètre Satellite Période Rotation Inclin. Masse Densité Gravité Magn.

(millions km)

(km) Sidérale Orbitale (Terre=1) (Terre=1)

Soleil - 1392000 - - 25j 7°15' 332946 1.40 27.9 -26.8

Mercure 58 4878 087j 23h

15m 58j 0° 0.055 5.5 0.38 0

Vénus 108.2 12104 0224j 16h

40m 243j° 178° 0.815 5.26 0.91 -4.4

Terre 149.6 12756 1 365j 6h 9m 24h 23°26' 1 5.32 1 -

Mars 227.9 6790 2686j 22h

19m 24h 25°19' 0.1074 3.93 0.38 -2

Astéroïdes 310-520 0.1-1025 0-1 0.5 - 8 ans vrb vrb <0.001 vrb <0.1 6.6-20

Jupiter 778.3 142984 6311a 314j

20h 9h 3°05' 317.89 1.33 2.54 -2.7

Saturne 1427 120536 60 29a 167j 10h 26°44' 95.17 0.71 1.16 0.7

Uranus 2871 51800 29 84 ans 17h° 97°54' 14.54 1.29 1.11 5.5

Neptune 4504 49520 13164a 280j

7h 16h 28°48' 17.23 1.5 1.12 7.8

Pluton* 4300-7400 2270 3 248a 197j 6j° 122°5' 0.0017 1.7 0.4 ~14

Eris*5700-14500 2385 1 557 ans - 44.2° 0.0022 <5 <0.5 18.9

KBO, etc100 - 20000 <1300 - <20000 ans vrb 20-45° <0.001 vrb <0.1 >20

Caractéristiques des Planètes• http://biblio.alloprof.qc.ca/PagesAnonymes/DisplayFiches.aspx?ID=6101#a4

La ceinture des astéroïdes

Cérès et ses compagnons

On peut évaluer à 500000 le nombre d'astéroïdes visibles jusqu'à la magnitude 21

Cléopatre, 217 x 94 kmCérès, 1000 kmEros, 33 x 13 x 13 km

Toutatis, 4,6 x 1,92 x 2,29 km

Gaspra, 19 x 12 x 11 km

La descente de NEAR sur EROS le 12 fév 2001

Les lunes de Saturne

La ceinture de Kuiper

• Les Plutinos, en résonance 3:2 avec Neptune, tel Pluton, Ixion et Orcus

• - Les Cubewanos, ou Objets Classiques de la Ceinture de Kuiper (CKBO) tel 1992 QB1, Quaoar ou Varuna

• - Les Centaures, tel Pholus, Chiron, Okyrhoe et 1999 TZ1• - Les Objets dispersés du disque ou Scattered-Disk Objects

(SDO) tel 1996 TL66, 2002 CR46 et Eris (2003 UB313)

Kuiper Belt Object (KBO)

Cercle interne : JupiterCercle blanc : PlutonCarrés bleus : comètesTriangles bleus: KBOTriangles oranges : centauresPoints rouges : CKBO

10 2 UA

Le nuage de Oort

Le nuage de Oort

Aspect du Nuage de Oort vu de l'extérieur du système solaire. Il s'agit d'un réservoir de mille milliards de comètes représentant 40 fois la masse de la Terre

Exo Planètes

Distinction étoile-planète : • l’étoile a une source d’énergie interne durable sur des milliards d’années

avec les réactions nucléaires.• la planète n’en a pas

Réactions nucléaires : masse > 13 masses de Jupiter.

Exoplanètes

Limite étoile-planète.

Autre différence entre étoile et planète : formation. • étoile : effondrement d'un nuage de gaz• planète : condensation de "poussières" et de glace dans un disque

("protoplantétaire") de matériaux divers en orbite autour d'une étoile.

Une exoplanète est un corps de masse maximum environ 13 masses de Jupiter en orbite autour d'une étoile.

Si par effondrement d'un nuage de gaz et de poussières le corps n'atteint pas la masse limite de 13 jupiters on a une planète flottante.Elle n’orbite pas autour d’une étoile.

Planètes flottantes

Quelques questions sur les exoplanètes

Corrélations ?• avec le type de l'étoile "parente", • à sa position dans la Galaxie• etc

Combien de planètes par système planétaire?

Comment sont distribuées les orbites et les masses des planètes?

Première recherche : les détecter

Faire une image ?

Avant de les voir, on va les détecter.

Rapport d’éclairement 1/100000000.

Eblouissement.

Méthode directe très difficile.

Détection Vision directe

Méthodes Techniques  

Dynamiques Vitesses radiales Flux réfléchi - Flux thermique

  Astrométrie Coronographie

Photométriques Transits planétaires  

  Lentilles gravitationnelles  

  Détection décamétrique  

Comment les voir…

Vitesse radiale

Astrométrie

Transit

Imagerie directe

La détection directe consiste à prendre une image globale (ou partielle) du système planétaire, où la planète apparaît comme un point.

C'est de loin la méthode la plus riche et la plus prometteuse.

La jeune étoile GQ Lupi et son faible compagnon planétaire.

Elle permet en effet d'avoir accès à de nombreuses propriétés des planètes.

2010/01/20 Exoplanètes - stage DAFOP janvier 2010 - phm 37

Évolution du nombre d'exoplanètes découvertes chaque année

Vitesses radiales

Transit astronomique

Timing

Astrométrique

Imagerie directe

Microlentilles gravitationnelles

Émission radio du pulsar

méthode de détection

Liste des exoplanètes

http://media4.obspm.fr/exoplanetes/base/http://exoplanet.eu/catalog.php

Mise à jour 13 janvier 2010

Conclusions provisoires

I - Proportion d'étoiles ayant au moins une planète

Cette proportion va augmenter.

Au moins 5% révèlent la présence d'un compagnon planétaire.

• des planètes plus éloignées de leur étoile.

Les observations seront capables de détecter

• des planètes moins massives

Planètes étant très proches de leur étoile, température élevée (jusqu'à 1200 K).

Conclusions provisoires

II - Distances planète-étoile

Toutes les planètes (géantes, les seules que l'on sache détecter) découvertes à ce jour sont beaucoup plus près (jusqu'à 100 fois) de leur étoile que ne l'est Jupiter du Soleil.

Cela a constitué une grande surprise

La théorie prévoit qu'une planète géante doit se former à au moins 5 UA.

Explication ? Phénomène de "migration" :

La planète commence à se former relativement loin de son étoile

Interaction gravitationnelle entre le disque et la planète en formation

Effet de freinage. La planète se rapproche de son étoile (migration) jusqu'à ce que l'interaction s'arrête.

On les appelle des "Jupiters chauds".

Les lois de la mécanique céleste font alors que celle qui reste a forcément une orbite elliptique.

Conclusions provisoires

III - Excentricité des orbites

Autre surprise : la majorité des orbites planétaires sont assez ou très excentriques

Orbites forment des ellipses plus ou moins allongées au lieu d'être quasi circulaires comme dans le système solaire.

Si deux planètes migrent, elles le font à des vitesses différentes.

Explications ???

Elles vont se rencontrer.

Au cours de la rencontre l'une d'elles expulse l'autre du système planétaire.

une planète située à une distance de son étoile telle que sa T ~ 300 K.

suffisamment massive pour empêcher l'eau de s'échapper de la planète.

pas trop massive, sinon • eau est confinée dans des couches profondes et sans lumière• atmosphère d'hydrogène.

La notion de zone habitable

distance de 0,2 UA (pour les étoiles de type M) à 1,5 UA (pour les étoiles de type F) de son étoile

Distance critique dépendant du type d'étoile : zone d'habitabilité de l'étoile

ConditionsCaractéristiques de la planète :

masse de une à quelques masses terrestres

Equation de Drake

Equation de Drake

Nciv = Fét x Ppla x Npla x Pvie x Pint x Pcom x T

Fét est le taux de formation des étoiles dans la Galaxie. Il est égal au nombre d'étoiles dans la Galaxie divisé par l'âge de la Galaxie, sachant que le nombre actuel d'étoiles correspond à peu près au nombre total d'étoiles ayant existé. de 10 à 20 par an

Ppla est la probabilité qu'une étoile possède des planètes 5 %

Npla est le nombre moyen de planètes habitables par étoile. Cela suppose que l'étoile ait de "bonnes" caractéristiques, que la masse de la planète soit "correcte", et que la distance de la planète à l'étoile soit "correcte". masse : 30 % , distance

Pvie est la probabilité que la vie apparaisse sur une planète habitable ???

Pint est la probabilité que l'intelligence apparaisse sur une planète où la vie est apparue ???

Pcom est la probabilité qu'une forme de vie intelligente développe des moyens de communiquer avec d'autres mondes 25 %

T est la durée pendant laquelle une telle communication peut être détectée. C'est donc la durée de vie d'une civilisation communicante. ? ? ? Min 100 ans

Résultats

• Un calcul optimiste donne Nciv = 20 x 5% x 0.01 x 1 x 1 x 1/4 x 108 = 250 000

• Un calcul pessimiste donne Nciv = 10 x 5% x 0.001 x 0.1% x 0.1% x 1/10 x 1000 = 5.10-8

Résultat

• Paradoxe de FermiSi ils y en avaient, ils seraient déjà là !

• Donc Nciv vaudrait 1 puisque nous somme là, et que jusqu’à présent, nous n’avons pu communiquer avec personne dans la Galaxie

Comment chercher

C'est l'approche la plus élaborée.

| analyse de "signaux" radio ou optiques:

programmes "SETI" (Search for ExtraTerrestrial Intelligence)

| analyse polarimétrique des exoplanètes.

Cette voie n'est pour l'instant pas explorée

| analyse spectrale des exoplanètes

Projet Seti

Hors de la galaxie

Si nous sommes seuls dans notre Galaxie, mais pas dans l'Univers, cela n'aura un sens que si la physique évolue au point de dépasser les limitations actuelles de la relativité (rien ne peut se propager plus vite que la lumière).