vendredi 8 septembre 2017

Qui peut détecter la Terre par ses transits devant le Soleil ?


Observer le passage des exoplanètes devant leur  étoile, leur transit, est une de nos meilleures techniques pour les trouver. Mais qu’en est-il du transit des planètes de notre système solaire devant le Soleil, vu de très loin ? Une superbe étude parue il y a quelques semaines se penche sur cette question pour savoir depuis quelle exoplanète connue la Terre  pourrait être détectée par la méthode du transit. 




Robert Wells (Queen's University, Belfast) et ses collaborateurs ont inversé le point de vue concernant les exoplanètes, ils ont considéré les huit planètes de notre système comme des exoplanètes vues à partir d'autres systèmes stellaires, et ont cherché où elles pourraient être vues en transit devant le Soleil. Le calcul paraît assez simple, mais il n'avait encore jamais été entrepris. Il s'agit essentiellement d'appliquer quelques formules de trigonométrie pour calculer l'angle solide correspondant à l'ombre induite par le passage de la Terre, ou de Mercure, ou de Jupiter... quand elles passent devant le Soleil, puis de projeter la région sur la sphère entourant le système solaire. 
Wells et ses collègues font le calcul non seulement pour chacune des huit planètes de notre système prises une à une, mais aussi pour le cas où plusieurs transits de planètes seraient visibles en même temps depuis le point d'observation. Ils parviennent ainsi à déterminer pour n'importe quel point du ciel combien de planètes de notre système sont visibles par transit devant notre étoile et avec quelle probabilité. Leur calcul montre qu'un observateur positionné au hasard sur la voûte céleste possède 2,518% de chance de voir au moins une planète en transit si il regarde l'étoile nommée Soleil. Cet observateur a ensuite 0,229% de chance d'observer au moins 2 transits, et il n'a plus que 0,027% de voir au moins 3 planètes en transit devant le Soleil.
Pour ce qui est de l'observation d'un transit de la Terre, cette probabilité vaut selon les auteurs seulement 0,46%... Étonnamment, c'est Mercure qui montre le plus grande probabilité de détection avec presque 1,5%, grâce à sa proximité du Soleil.
Après avoir fait la projection sur le ciel des zones qui permettent de voir des transits devant le Soleil, les astronomes déterminent combien d'exoplanètes connues s'y trouvent, pour savoir sur lesquelles d'entre elles la Terre, notamment, pourrait être détectée, ce qui permettrait d'évaluer celles qui auraient un intérêt un peu plus grand que les autres... Sur plus de 3000 exoplanètes connues à ce jour, Robert Wells et ses collaborateurs en trouvent 68 dans les zones du ciel d'où sont visibles des transits de planètes de notre système solaire.

Sur ces 68 exoplanètes d'où il est possible de voir des transits devant le Soleil, une seule (EPIC 211913977 b) permet de voir trois planètes en transit (Jupiter+Saturne+Uranus) et quatre autres peuvent voir deux transits (surtout Vénus+Mars, mais aussi un cas Terre+Jupiter). On peut noter également qu'aucune exoplanète connue ne se trouve dans la zone de transit de Neptune. D'ailleurs, Uranus n'est détectable que dans un cas et Saturne comme Jupiter dans deux cas seulement.
Et, autre information utile : aucune de ces 68 exoplanètes ne se trouve dans une zone dite "habitable". Le fait assez étonnant c'est que la Terre est très peu détectable, car c'est majoritairement Mercure qui peut être détectée, pour 34 des 68 exoplanètes concernées. La Terre, quant à elle, n'est détectable que sur 9 d'entre elles : HATS-11 b (en compagnie de Jupiter), 1RXS 1609 b, LKCA 15 b, les quatre WASP-47 b,c,d,e, WASP-68 b et WD 1145+017 b.

Les astrophysiciens britannique, américain et allemand utilisent enfin les taux d’occurrence d'exoplanètes qui sont observés autour d'étoiles de type du Soleil à partir des exoplanètes déjà connues, pour inférer le nombre de planètes tempérées de la taille de la Terre qui seraient susceptibles de pouvoir voir la Terre par ses transits devant le Soleil. Leur résultat est d'environ 3, seulement!  Ces exoplanètes jumelles de la Terre devraient pouvoir être détectées par le futur télescope PLATO, lancé en 2024, avec une efficacité de l'ordre d'un tiers.
On saura donc peut-être dans quelques années qu'il existe une planète très semblable à la Terre, dont on connaîtra la localisation, où un observateur serait capable de nous détecter comme nous le faisons nous-même. Inutile de dire que cette exoplanète pourra alors devenir une cible très privilégiée pour les chercheurs de vie intelligente, que ce soit en écoute ou en émission, car si une telle planète était habitée d'êtres aussi intelligents que nous, ils pourraient avoir fait les mêmes calculs et penser à nous...

Liste des 68 exoplanètes d'où des transits de planètes du système solaire peuvent être détectés (Wells et al.) :

Planet Identifier Status RA (Degrees) Dec (Degrees) In Zones
EPIC 211913977 b Confirmed 130.3441 18.9339 Jupiter + Saturn + Uranus
HATS-11 b Confirmed 289.4 -22.39 Earth + Jupiter
HD 181342 b Confirmed 290.2667 -23.6194 Venus + Mars
HD 50554 b Confirmed 103.675 24.2456 Venus + Mars
K2-26b Confirmed 94.2083 24.5958 Venus + Mars
11 Oph b Confirmed 245.6042 -24.0872 Mercury
1RXS1609 b Confirmed 242.375 -21.0828 Earth
2M 0441+23 b Confirmed 70.4375 23.0308 Mars
BD+20 594 b Confirmed 53.65 20.5992 Mercury
EPIC 216468514 b Confirmed 284.9854 -22.2934 Saturn
GJ 785 b,c Confirmed 303.8208 -27.0331 Mercury
GJ 876 b,c,d,e Confirmed 343.3042 -14.2536 Mercury
GJ 876 f,g Unconfirmed 343.3042 -14.2536 Mercury
GSC 6214-210 b Confirmed 245.4792 -20.7186 Venus
HAT-P-50 b Confirmed 118.0625 28.1394 Mercury
HATS-3 b Confirmed 312.4583 -24.4289 Mercury
HD 164604 b Confirmed 270.7792 -28.5606 Mercury
HD 171238 b Confirmed 278.6833 -28.0722 Mercury
HD 179949 b Confirmed 288.8875 -24.1792 Venus
HD 204313 b,c,d Confirmed 322.05 -21.7264 Mercury
HD 212771 b Confirmed 336.7625 -17.2636 Mercury
HD 222582 b Confirmed 355.4625 -5.9856 Venus
HD 283668 b Confirmed 66.9708 24.4447 Mercury
HD 284149 b Confirmed 61.6625 20.3031 Venus
HD 32963 b Confirmed 76.9833 26.3281 Mercury
HD 5319 b,c Confirmed 13.7542 0.7894 Mercury
HD 62509 b Confirmed 116.325 28.0261 Mercury
HD 79498 b Confirmed 138.7875 23.3756 Mercury
HD 88133 b  Confirmed 152.5292 18.1867 Mercury
HD 89307 b Confirmed 154.5875 12.6208 Mars
HIP 78530 b Confirmed 240.4792 -21.9803 Mercury
K2-14 b Confirmed 178.057 2.5942 Mars
K2-15 b Confirmed 178.1108 4.2547 Venus
K2-17 b Confirmed 178.3298 6.4123 Mercury
K2-31 b Confirmed 245.4408 -23.5479 Mercury
LKCA 15 b Confirmed 69.825 22.3508 Earth
MOA-2011-BLG-293L b Confirmed 268.9125 -28.4769 Mercury
MOA-2013-BLG-220L b Confirmed 270.9875 -28.4553 Mercury
OGLE-2011-BLG-0251L b Confirmed 264.5591 -27.1361 Mercury
OGLE-2012-BLG-0026L b,c Confirmed 263.5792 -27.1428 Mercury
OGLE-2012-BLG-0358L b Confirmed 265.6958 -24.2611 Venus
OGLE-2012-BLG-0563L b Confirmed 271.4905 -27.712 Mercury
OGLE-2013-BLG-0723LB b Unconfirmed 263.6708 -27.4481 Mercury
OGLE-2014-BLG-0124L b Confirmed 270.6208 -28.3964 Mercury
OGLE-2014-BLG-0257L Confirmed 270.45 -28.2619 Mercury
OGLE-2015-BLG-0051L b Confirmed 269.6625 -28.0317 Mercury
OGLE-2015-BLG-0954L b Confirmed 270.1833 -28.6608 Mercury
Pr201 b Confirmed 130.4333 20.2269 Mars
ROXs12 b Confirmed 246.6042 -24.5433 Mercury
ROXs 42B b Confirmed 247.8125 -24.5456 Mercury
SR12 AB c Confirmed 246.8333 -24.6944 Mercury
V830 Tau b Confirmed 68.2917 24.5619 Mercury
WASP-157 b Confirmed 201.6542 -8.3175 Mars
WASP-47 b,c,d,e Confirmed 331.2042 -12.0189 Earth
WASP-68 b Confirmed 305.0958 -19.3147 Earth
WD 1145+017 b Confirmed 177.1375 1.4831 Earth


Source

Transit Visibility Zones of the Solar System Planets
R. Wells  K. Poppenhaeger  C. A. Watson  R. Heller
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (14 August 2017)


Illustrations

1) Vue d'artiste du transit d'une planète devant son étoile (Mark Garlick)
2) Principe de la détection d'une planète par la méthode du transit, faisant baisser périodiquement la luminosité de l'étoile. (ESA)