Astronomie

Comment les scientifiques savent-ils si une planète semblable à la Terre est vraiment semblable à la Terre ?

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Je ne sais pas comment les scientifiques déterminent qu'une planète est vraiment une planète semblable à la Terre. Comment font-ils?


L'indice de similarité terrestre (ESI) est une moyenne géométrique pondérée de quatre similarités.

La formule documentée sur http://phl.upr.edu/projects/earth-similarity-index-esi (au 23 mars 2014) devrait être légèrement ajustée, car $n$ devrait être la somme des poids au lieu du nombre des propriétés planétaires. Avec les poids fournis sur le site on obtient

$$ESI =left( left(1-left | frac{r_E - r_P}{r_E + r_P} ight | ight)^{0.57}cdot left(1-left | frac{ ho_E - ho_P}{ ho_E + ho_P} ight | ight)^{1.07}cdot left(1-left | frac{v_E - v_P}{v_E + v_P} ight | ight)^{0.70}cdot left(1-left | frac{288mbox{K} - vartheta_P}{288mbox{K} + vartheta_P} ight | ight)^{5.58 } ight)^{frac{1}{7.92}},$$ avec $r_E=6.371 mbox{ km}~~$ le rayon de la Terre, $r_P$ le rayon de la planète, $ ho_E=5.515mbox { g}/mbox{cm}^3$ La densité apparente de la Terre, $ ho_P$ la densité apparente de la planète, $v_E=11.2 mbox{ km}/mbox{s}~~$ la vitesse de fuite sur le surface de la Terre, $v_P$ la vitesse de fuite à la surface de la planète, et $vartheta_P$ la température de surface de la planète ; la somme des poids est de 0,57$+1,07+0,70+5,58=7,92$.

Mars en tant que Exemple: Avec $r_P=0.53 r_E$, $ ho_P=0.71 ho_E$, $v_P=0.45v_E$, $vartheta_P=227mbox{ K}$ on obtient $$ESI_s =left( left(1- left | frac{0.47}{1.53} ight | ight)^{0.57}cdot left(1-left | frac{0.29}{1.71} ight | ight)^{1.07} cdot left(1-left | frac{0.55}{1.45} ight | ight)^{0.70}cdot left(1-left | frac{61mbox{ K}}{ 515mbox{ K}} ight | ight)^{5.58} ight)^{frac{1}{7.92}}= (0.811241627cdot 0.819676889cdot 0.716163454cdot 0.494865663)^{frac {1}{7.92}}= 0.833189885$$ comme similitude de surface. (Certaines des données utilisées à partir d'ici.) La similarité globale combine la similarité de surface avec la similarité intérieure. La similitude globale de Mars avec la Terre est d'environ 0,7.

La gravité de surface peut être calculée à partir du rayon et de la densité apparente d'une planète. Le rayon d'une expoplanète peut être estimé par la méthode du transit, reliant le diamètre estimé de l'étoile au changement de luminosité de l'étoile pendant le transit de la planète. La masse de la planète peut être estimée par l'oscillation de la vitesse radiale de l'étoile (en utilisant le décalage Doppler). Par estimation de la masse de l'étoile et de la période orbitale de la planète, la distance de la planète à l'étoile peut être estimée. Une estimation de la luminosité absolue de l'étoile peut alors être utilisée pour estimer la température de surface de la planète. Il existe d'autres méthodes. L'exactitude de ces estimations varie avec la qualité des observations.

Les valeurs ESI comprises entre 0,8 et 1,0 sont considérées comme semblables à celles de la Terre.

Les détails de l'atmosphère de la planète, la quantité d'eau de surface et d'autres détails ne sont pas pris en compte dans la formule. C'est donc juste une priorisation très approximative. Avec de futures données spectroscopiques, un raffinement supplémentaire pourrait être possible.


la composition d'une exoplanète est ce à quoi on se réfère quand quelqu'un l'appelle semblable à la terre. une fois qu'une planète est trouvée, les scientifiques tentent de calculer la distance de la planète à l'étoile - en étudiant la période de rotation de la planète, l'oscillation de l'étoile mère, etc. Une fois que nous connaissons la distance à l'étoile et le type d'étoile, nous pouvons en déduire si la planète se trouve dans la zone de Boucle d'or pertinente, c'est-à-dire si la planète peut avoir de l'eau liquide, des températures tolérables et d'autres facteurs nécessaires à la subsistance.


Les astronomes découvrent la planète la plus «habitable», semblable à la Terre à ce jour

17 avril 2014 : Le rendu de cet artiste fourni par la NASA montre une planète de la taille de la Terre surnommée Kepler-186f en orbite autour d'une étoile à 500 années-lumière de la Terre. Les astronomes disent que la planète peut contenir de l'eau à sa surface et est le meilleur candidat à ce jour d'une planète habitable dans la recherche en cours d'un jumeau terrestre. (AP/NASA Ames/Institut SETI/JPL-Caltech)

LOS ANGELES – Les astronomes ont découvert ce qu'ils disent être la planète la plus semblable à la Terre jamais détectée – un monde rocheux lointain de taille similaire au nôtre et qui existe dans la zone Goldilocks où il ne fait ni trop chaud ni trop froid pour la vie.

La découverte, annoncée jeudi, a excité les chasseurs de planètes qui parcourent la galaxie de la Voie lactée depuis des années à la recherche de lieux potentiellement habitables en dehors de notre système solaire.

"C'est le meilleur cas pour une planète habitable encore trouvé. Les résultats sont absolument solides", a déclaré dans un e-mail l'astronome de l'Université de Californie à Berkeley, Geoff Marcy, qui n'a joué aucun rôle dans la découverte.

La planète a été détectée par le télescope Kepler en orbite de la NASA, qui examine le ciel à la recherche de changements subtils de luminosité indiquant qu'une planète en orbite passe devant une étoile. À partir de ces changements, les scientifiques peuvent calculer la taille d'une planète et faire certaines déductions sur sa composition.

Le nouvel objet, baptisé Kepler-186f, tourne autour d'une étoile naine rouge à 500 années-lumière de la Terre dans la constellation du Cygne. Une année-lumière équivaut à près de 6 000 milliards de milles.


Comment savons-nous ce qui se trouve au cœur de la Terre

Les humains ont été partout sur Terre. Nous avons conquis les terres, volé dans les airs et plongé dans les tranchées les plus profondes de l'océan. Nous sommes même allés sur la Lune. Mais nous n'avons jamais été au cœur de la planète.

Nous ne nous sommes même pas rapprochés. Le point central de la Terre est à plus de 6 000 km de profondeur, et même la partie la plus externe du noyau se trouve à près de 3 000 km sous nos pieds. Le trou le plus profond que nous ayons jamais créé à la surface est le Kola Superdeep Borehole en Russie, et il ne descend que sur 12,3 km.

Tous les événements familiers sur Terre se produisent également près de la surface. La lave qui jaillit des volcans fond d'abord à quelques centaines de kilomètres de profondeur. Même les diamants, qui ont besoin d'une chaleur et d'une pression extrêmes pour se former, proviennent de roches à moins de 500 km de profondeur.

Qu'y a-t-il en dessous de tout ce qui est entouré de mystère. Cela semble insondable. Et pourtant, nous en savons une quantité surprenante sur le noyau. Nous avons même une idée de la façon dont il s'est formé il y a des milliards d'années et le tout sans un seul échantillon physique. C'est ainsi que le noyau a été révélé.

Une bonne façon de commencer est de penser à la masse de la Terre, explique Simon Redfern de l'Université de Cambridge au Royaume-Uni.

La majeure partie de la masse de la Terre doit être située vers le centre de la planète

Nous pouvons estimer la masse de la Terre en observant l'effet de la gravité de la planète sur les objets à la surface. Il s'avère que la masse de la Terre est de 5,9 sextillions de tonnes : c'est 59 suivi de 20 zéros.

Il n'y a aucun signe de quoi que ce soit d'aussi massif à la surface.

"La densité du matériau à la surface de la Terre est bien inférieure à la densité moyenne de la Terre entière, ce qui nous indique qu'il y a quelque chose de beaucoup plus dense", explique Redfern. "C'est la première chose."

Essentiellement, la majeure partie de la masse de la Terre doit être située vers le centre de la planète. L'étape suivante consiste à demander quels matériaux lourds constituent le noyau.

La réponse ici est qu'il est presque certainement composé principalement de fer. On pense que le noyau contient environ 80% de fer, bien que le chiffre exact fasse l'objet d'un débat.

Un noyau de fer représenterait toute cette masse manquante

La principale preuve en est l'énorme quantité de fer dans l'univers qui nous entoure. C'est l'un des dix éléments les plus communs de notre galaxie et on le trouve fréquemment dans les météorites.

Compte tenu de sa quantité, le fer est beaucoup moins répandu à la surface de la Terre que ce à quoi on pourrait s'attendre. La théorie est donc que lorsque la Terre s'est formée il y a 4,5 milliards d'années, beaucoup de fer a pénétré jusqu'au noyau.

C'est là que se trouve la majeure partie de la masse, et c'est également là que la majeure partie du fer doit être. Le fer est un élément relativement dense dans des conditions normales, et sous la pression extrême au cœur de la Terre, il serait écrasé à une densité encore plus élevée, de sorte qu'un noyau de fer représenterait toute cette masse manquante.

Mais attendez une minute. Comment ce fer est-il arrivé là-bas en premier lieu ?

Le fer a dû d'une manière ou d'une autre graviter &ndash littéralement &ndash vers le centre de la Terre. Mais il n'est pas immédiatement évident de savoir comment.

La majeure partie du reste de la Terre est constituée de roches appelées silicates, et le fer en fusion a du mal à les traverser. Un peu comme l'eau sur une surface grasse forme des gouttelettes, le fer s'accroche à lui-même dans de petits réservoirs, refusant de s'étaler et de s'écouler.

La pression modifie en fait les propriétés d'interaction du fer avec le silicate

Une solution possible a été découverte en 2013 par Wendy Mao de l'Université de Stanford en Californie et ses collègues. Ils se sont demandé ce qui se passait lorsque le fer et le silicate étaient tous deux exposés à une pression extrême, comme cela se produit au plus profond de la terre.

En pinçant les deux substances extrêmement étroitement à l'aide de diamants, ils ont pu forcer le fer fondu à travers le silicate.

"La pression modifie en fait les propriétés d'interaction du fer avec le silicate", explique Mao. "A des pressions plus élevées, un "réseau de fusion" se forme."

Cela suggère que le fer a été progressivement pressé à travers les roches de la Terre pendant des millions d'années, jusqu'à ce qu'il atteigne le noyau.

À ce stade, vous vous demandez peut-être comment nous connaissons la taille du noyau. Qu'est-ce qui fait penser aux scientifiques qu'il commence à 3000 km de profondeur ? Il y a une réponse en un mot : la sismologie.

Toutes les stations sismiques disséminées sur toute la Terre ont enregistré l'arrivée des secousses

Lorsqu'un tremblement de terre se produit, il envoie des ondes de choc sur toute la planète. Les sismologues enregistrent ces vibrations. C'est comme si nous frappions un côté de la planète avec un marteau gigantesque, et écoutions de l'autre côté le bruit.

"Il y a eu un tremblement de terre au Chili dans les années 1960 qui a généré une énorme quantité de données", explique Redfern. "Toutes les stations sismiques disséminées sur toute la Terre ont enregistré l'arrivée des secousses de ce tremblement de terre."

Selon la route empruntée par ces vibrations, elles traversent différentes parties de la Terre, ce qui affecte la façon dont elles "sonnent" à l'autre extrémité.

Au début de l'histoire de la sismologie, on s'est rendu compte que certaines vibrations manquaient. Ces "ondes S" devaient apparaître d'un côté de la Terre après avoir été générées de l'autre, mais il n'y en avait aucun signe.

Il s'est avéré que les roches sont devenues liquides à environ 3000 km de profondeur

La raison en était simple. Les ondes S ne peuvent se réverbérer qu'à travers un matériau solide et ne peuvent pas traverser un liquide.

Ils ont dû se heurter à quelque chose de fondu au centre de la Terre. En cartographiant les trajectoires des ondes S, il s'est avéré que les roches sont devenues liquides à environ 3000 km de profondeur.

Cela suggérait que le noyau entier était en fusion. Mais la sismologie réservait une autre surprise.

Dans les années 1930, une sismologue danoise nommée Inge Lehmann a remarqué qu'un autre type d'ondes, appelées ondes P, traversait de manière inattendue le noyau et pouvait être détectée de l'autre côté de la planète.

Les ondes P voyageaient vraiment à travers le noyau

Elle a proposé une explication surprenante : le noyau est divisé en deux couches. Le noyau "intérieur", qui commence à environ 5 000 km de profondeur, était en fait solide. Ce n'était que le noyau "extérieur" au-dessus qui était en fusion.

L'idée de Lehmann a finalement été confirmée en 1970, lorsque des sismographes plus sensibles ont découvert que les ondes P traversaient réellement le noyau et, dans certains cas, étaient déviées à certains angles. Effectivement, ils se sont quand même retrouvés de l'autre côté de la planète.

Ce ne sont pas seulement les tremblements de terre qui ont envoyé des ondes de choc utiles à travers la Terre. En fait, la sismologie doit beaucoup de son succès au développement des armes nucléaires.

Une détonation nucléaire crée également des vagues dans le sol, de sorte que les nations utilisent la sismologie pour écouter les tests d'armes. Pendant la guerre froide, cela était considéré comme extrêmement important, donc des sismologues comme Lehmann ont reçu beaucoup d'encouragements.

Cela s'avère assez délicat à déterminer

Les pays rivaux ont découvert leurs capacités nucléaires respectives et, en cours de route, nous en avons appris de plus en plus sur le noyau de la Terre. La sismologie est encore utilisée aujourd'hui pour détecter les détonations nucléaires.

Nous pouvons maintenant dessiner une image approximative de la structure de la Terre. Il y a un noyau externe en fusion, qui commence à peu près à mi-chemin du centre de la planète, et à l'intérieur se trouve le noyau interne solide d'un diamètre de 1 220 km.

Mais il y a beaucoup plus à essayer et à découvrir, en particulier sur le noyau interne. Pour commencer, à quel point fait-il chaud ?

Cela s'avère assez difficile à déterminer et a dérouté les scientifiques jusqu'à tout récemment, explique Lidunka Vočadlo de l'University College London au Royaume-Uni. On ne peut pas y mettre un thermomètre, donc la seule solution est de créer la bonne pression d'écrasement dans le laboratoire.

Le noyau de la Terre est resté chaud grâce à la chaleur retenue lors de la formation de la planète

En 2013, une équipe de chercheurs français a produit la meilleure estimation à ce jour. Ils ont soumis le fer pur à des pressions d'un peu plus de la moitié de celles du noyau et ont extrapolé à partir de là. Ils ont conclu que le point de fusion du fer pur aux températures à cœur est d'environ 6 230 °C. La présence d'autres matériaux abaisserait un peu le point de fusion du cœur, à environ 6 000 °C. Mais c'est toujours aussi chaud que la surface du Soleil.

Un peu comme une pomme de terre en chemise grillée, le noyau de la Terre est resté au chaud grâce à la chaleur retenue lors de la formation de la planète. Il obtient également de la chaleur à cause de la friction lorsque des matériaux plus denses se déplacent, ainsi que de la désintégration des éléments radioactifs. Pourtant, il se refroidit d'environ 100 °C tous les milliards d'années.

Connaître la température est utile, car elle affecte la vitesse à laquelle les vibrations traversent le noyau. C'est pratique, car il y a quelque chose d'étrange dans les vibrations.

Les ondes P se déplacent de manière inattendue lentement lorsqu'elles traversent le noyau interne et se déplacent plus lentement qu'elles ne le feraient s'il était fait de fer pur.

C'est un problème de Cendrillon : aucune chaussure ne s'adaptera tout à fait

« Les vitesses des ondes que les sismologues mesurent dans les tremblements de terre et autres sont considérablement inférieures [à] tout ce que nous mesurons dans une expérience ou calculons sur un ordinateur », explique Vočadlo. « Personne ne sait encore pourquoi.

Cela suggère qu'il y a un autre matériau dans le mélange.

Il pourrait bien s'agir d'un autre métal, appelé nickel. Mais les scientifiques ont estimé comment les ondes sismiques traverseraient un alliage fer-nickel, et cela ne correspond pas non plus aux lectures.

Vočadlo et ses collègues se demandent maintenant s'il pourrait y avoir d'autres éléments là-bas, comme le soufre et le silicium. Jusqu'à présent, personne n'a été en mesure de proposer une théorie de la composition du noyau interne qui satisfasse tout le monde. C'est un problème de Cendrillon : aucune chaussure ne convient parfaitement.

Cela pourrait expliquer pourquoi les ondes sismiques traversent plus lentement que prévu

Vočadlo essaie de simuler les matériaux du noyau interne sur un ordinateur. Elle espère trouver une combinaison de matériaux, de températures et de pressions qui ralentiraient les ondes sismiques de la bonne quantité.

Elle dit que le secret pourrait résider dans le fait que le noyau interne est presque à son point de fusion. En conséquence, les propriétés précises des matériaux pourraient être différentes de ce qu'elles seraient s'ils étaient solides en toute sécurité.

Cela pourrait expliquer pourquoi les ondes sismiques passent plus lentement que prévu.

"Si c'est le véritable effet, nous serions en mesure de réconcilier les résultats de la physique minérale avec les résultats sismologiques", explique Vocadlo. "Les gens n'ont pas encore pu le faire."

Il y a encore beaucoup d'énigmes à résoudre sur le noyau terrestre. Mais sans jamais creuser à ces profondeurs impossibles, les scientifiques ont compris beaucoup de choses sur ce qui se passe à des milliers de kilomètres sous nous.

Le champ magnétique aide à nous protéger du rayonnement solaire nocif

Ces processus cachés dans les profondeurs de la Terre sont essentiels à notre vie quotidienne, d'une manière que beaucoup d'entre nous ne réalisent pas.

La Terre a un champ magnétique puissant, et tout cela grâce au noyau partiellement fondu. Le mouvement constant du fer en fusion crée un courant électrique à l'intérieur de la planète, qui à son tour génère un champ magnétique qui atteint très loin dans l'espace.

Le champ magnétique aide à nous protéger du rayonnement solaire nocif. Si le noyau de la Terre n'était pas tel qu'il est, il n'y aurait pas de champ magnétique et nous aurions toutes sortes de problèmes à affronter.

Aucun d'entre nous ne posera jamais les yeux sur le noyau, mais il est bon de savoir qu'il est là.


ARTICLES LIÉS

Ils ont découvert que ces blocs se séparaient, poussaient ensemble, tournaient et glissaient les uns sur les autres comme de la banquise brisée sur un lac gelé.

Un modèle informatique de cette déformation a révélé que le mouvement lent de l'intérieur de la planète peut expliquer le style de tectonique observé à la surface.

Le professeur Byrne a expliqué que ce mouvement lent entraîne une déformation de la surface de Vénus, de la même manière que ce qui se passe sur Terre.

"La tectonique des plaques sur Terre est entraînée par la convection dans le manteau", a-t-il ajouté.

Le mouvement de ces blocs pourrait indiquer que la planète voisine de la Terre est toujours géologiquement active, selon l'équipe de l'Université d'État de Caroline du Nord.

VENUS : LE MONDE SOEUR DE LA TERRE

Vénus et la Terre ont une taille remarquablement similaire, mais leurs histoires diffèrent.

La deuxième planète du Soleil se trouve à l'intérieur de la zone habitable, en fait, les scientifiques pensent qu'elle aurait pu être habitable il y a 700 millions d'années.

Un seul jour sur le monde inhospitalier équivaut à 243 jours terrestres, contre 24 heures sur Terre.

C'est une planète terrestre de taille, de proximité de masse avec le soleil et de composition en vrac similaires à la Terre.

Cependant, elle possède l'atmosphère la plus dense des planètes telluriques, composée à 96 % de dioxyde de carbone et une pression à la surface 92 fois supérieure à celle de la Terre.

Il a la surface la plus chaude de toutes les planètes du système solaire avec une température moyenne de 867 degrés Fahrenheit.

Ses nuages ​​sont constitués d'acide sulfurique, avec des pluies acides tombant à la surface chaude.

Il a peut-être eu des océans dans le passé, mais l'eau se serait vaporisée à mesure que les températures augmentaient en raison d'un effet de serre incontrôlable.

«Le manteau est chaud ou froid à différents endroits, il se déplace et une partie de ce mouvement est transférée à la surface de la Terre sous la forme d'un mouvement de plaque.

« Une variation sur ce thème semble également se jouer sur Vénus.

"Ce n'est pas de la tectonique des plaques comme sur Terre - il n'y a pas d'énormes chaînes de montagnes en cours de création ici, ni de systèmes de subduction géants - mais c'est la preuve d'une déformation due à l'écoulement intérieur du manteau, qui n'a jamais été démontrée à l'échelle mondiale auparavant."

Les chercheurs ont déclaré que la déformation associée à ces blocs crustaux pourrait également indiquer que Vénus est toujours géologiquement active.

"Nous savons qu'une grande partie de Vénus a refait surface volcaniquement au fil du temps, donc certaines parties de la planète pourraient être très jeunes, géologiquement parlant", a déclaré Byrne.

«Mais plusieurs des blocs qui se bousculent se sont formés et ont déformé ces jeunes plaines de lave, ce qui signifie que la lithosphère s'est fragmentée après la mise en place de ces plaines.

"Cela nous donne des raisons de penser que certains de ces blocs ont pu se déplacer géologiquement très récemment - peut-être même jusqu'à aujourd'hui."

Ils sont optimistes que le modèle de « banquise » nouvellement reconnu de la planète pourrait offrir des indices pour comprendre la déformation tectonique sur des planètes en dehors de notre système solaire, ainsi que sur une Terre beaucoup plus jeune.

"L'épaisseur de la lithosphère d'une planète dépend principalement de sa température, à la fois à l'intérieur et à la surface", a déclaré Byrne.

«Le flux de chaleur provenant de l'intérieur de la jeune Terre était jusqu'à trois fois plus important qu'il ne l'est maintenant, de sorte que sa lithosphère était peut-être similaire à ce que nous voyons sur Vénus aujourd'hui.

Il s'agit d'une image de la surface de Vénus, capturée par la sonde de l'ère soviétique Venera 13 en 1982. La découverte, à l'aide d'images de la surface prises par la mission Magellan de la NASA, qui a été lancée pour la planète en 1989 et a utilisé un radar pour sonder à travers le atmosphère épaisse, pourrait donner un aperçu de la tectonique des exoplanètes et de la Terre primitive.

Ils ont découvert que ces blocs se séparaient, poussaient ensemble, tournaient et glissaient les uns sur les autres comme de la banquise brisée sur un lac gelé

Ce n'est « pas assez épais pour former des plaques qui se subductent, mais assez épais pour s'être fragmenté en blocs qui ont poussé, tiré et bousculé ».

La NASA et l'Agence spatiale européenne ont récemment approuvé trois nouvelles missions spatiales vers Vénus qui permettront d'acquérir des observations de la surface de la planète à une résolution beaucoup plus élevée que Magellan.

"C'est formidable de voir un regain d'intérêt pour l'exploration de Vénus, et je suis particulièrement ravi que ces missions puissent tester notre conclusion clé selon laquelle les basses terres de la planète se sont fragmentées en blocs crustaux qui se bousculent", a déclaré Byrne.

DES GOUTTELETTES DE DIOXYDE DE CARBONE ET D'ACIDE SULFURIQUE SE DISPOSENT DANS L'ATMOSPHÈRE DE VÉNUS

L'atmosphère de Vénus se compose principalement de dioxyde de carbone, avec des nuages ​​de gouttelettes d'acide sulfurique.

L'atmosphère épaisse emprisonne la chaleur du soleil, ce qui entraîne des températures de surface supérieures à 470 °C (880 °F).

L'atmosphère a de nombreuses couches avec des températures différentes.

Au niveau où se trouvent les nuages, à environ 30 miles (50 km) de la surface, c'est à peu près la même température qu'à la surface de la Terre.

Alors que Vénus avance dans son orbite solaire tout en tournant lentement vers l'arrière sur son axe, le niveau supérieur des nuages ​​​​tourne autour de la planète tous les quatre jours terrestres.

Ils sont entraînés par des vents de force ouragan se déplaçant à environ 224 miles (360 km) par heure.

Des éclairs atmosphériques illuminent ces nuages ​​rapides.

Les vitesses à l'intérieur des nuages ​​diminuent avec la hauteur des nuages, et à la surface sont estimées à quelques miles (km) par heure.

Au sol, cela ressemblerait à une journée très brumeuse et nuageuse sur Terre et l'atmosphère est si lourde que vous donneriez l'impression d'être à 1,6 km de profondeur sous l'eau.


Des scientifiques dévoileront une nouvelle planète semblable à la Terre : rapport

Les scientifiques s'apprêtent à dévoiler une nouvelle planète dans notre voisinage galactique qui serait "semblable à la Terre" et orbite autour de son étoile à une distance qui pourrait favoriser la vie, a rapporté vendredi l'hebdomadaire allemand Der Spiegel.

L'exoplanète orbite autour d'une étoile bien étudiée appelée Proxima Centauri, qui fait partie du système stellaire Alpha Centauri, a indiqué le magazine, citant des sources anonymes.

"On pense que la planète encore sans nom ressemble à la Terre et orbite à une distance de Proxima Centauri, ce qui pourrait lui permettre d'avoir de l'eau liquide à sa surface, une condition importante pour l'émergence de la vie", a déclaré le magazine.

"Jamais auparavant les scientifiques n'avaient découvert une deuxième Terre aussi proche", a-t-il déclaré, ajoutant que l'Observatoire européen austral (ESO) annoncerait la découverte fin août.

Le rapport n'a donné aucun autre détail.

Contacté par l'AFP, le porte-parole de l'ESO, Richard Hook, s'est dit au courant du rapport, mais a refusé de le confirmer ou de le démentir. "Nous ne faisons aucun commentaire", a-t-il déclaré.

La NASA a annoncé la découverte de nouvelles planètes dans le passé, mais la plupart de ces mondes étaient soit trop chauds, soit trop froids pour héberger de l'eau sous forme liquide, ou étaient constitués de gaz, comme notre Jupiter et Neptune, plutôt que de roche, comme la Terre. ou Mars.

L'année dernière, l'agence spatiale américaine a dévoilé une exoplanète qu'elle a décrite comme la "jumelle la plus proche de la Terre".

Nommée Kepler 452b, la planète est environ 60% plus grande que la Terre et pourrait avoir des volcans actifs, des océans, un soleil comme le nôtre, deux fois plus de gravité et une année qui dure 385 jours.

Mais à une distance de 1 400 années-lumière, l'humanité a peu d'espoir d'atteindre cette Terre jumelle de sitôt.

En comparaison, l'exoplanète en orbite autour de Proxima Centauri, si elle est confirmée, n'est qu'à 4,24 années-lumière.

Il s'agit d'un simple tremplin par rapport à l'échelle de l'Univers, mais encore trop éloigné pour que les humains puissent l'atteindre dans les fusées chimiques de la génération actuelle.

Selon le site Web du Godard Space Center de la NASA, il se trouve à 39 900 000 000 000 de kilomètres, soit 271 000 fois la distance de la Terre au Soleil.

Proxima Centauri, découverte en 1915, est l'une des trois étoiles du système Alpha Centauri, une constellation principalement visible depuis l'hémisphère sud.


Des astronomes découvrent une nouvelle planète qui fait vraiment ressembler la Terre à de la merde

WASHINGTON — Appelant cela une découverte sans précédent qui remodèle fondamentalement la façon dont l'humanité voit sa place dans l'univers, les astronomes de la NASA ont annoncé mercredi la découverte d'une planète qui fait ressembler la Terre à une merde absolue.

Les chercheurs de l'agence spatiale ont déclaré aux médias que la planète récemment identifiée, HD 904790 b, essuie le sol avec la Terre de toutes les manières possibles, indiquant la plus grande taille du corps céleste, la surface terrestre sans tache, les reliefs divers et verdoyants et l'abondance de ressources naturelles, tout cela indique que la Terre est un tas d'ordures purulent en comparaison.

"Il s'agit d'une découverte passionnante et scientifiquement vitale qui a considérablement amélioré notre compréhension de ce que la Terre est vraiment nul", a déclaré la chercheuse principale Lisa Shapiro, soulignant que la Terre semble être une "merde pure" lorsqu'elle est comparée au terrain exceptionnel du HD 904790 b et climat. « Le simple fait de prendre en compte la forme sphérique sans faille de cette nouvelle planète, sans parler de son atmosphère vierge de méthane et d'autres gaz toxiques, révèle que notre monde d'origine est assez pathétique en fin de compte. »

"HD 904790 b a un système d'anneaux étendu qui éclipse l'activité de la plaque tectonique de Saturne, et plus d'eau douce dans un seul de ses océans massifs et non pollués que nous n'en avons sur l'ensemble de notre merde sans valeur d'une planète", a-t-elle poursuivi. "Mon Dieu, ça me met en colère juste de penser à quel point c'est plus beau là-bas."

Situé dans la constellation du Cygne de la Voie lactée, HD 904790 b possède un nombre frustrant de caractéristiques géologiques, atmosphériques et hydrologiques attrayantes dont nous, pauvres sèves vivant sur Terre, ne pouvons que rêver, ont rapporté des responsables de la NASA. En particulier, la planète nouvellement découverte contiendrait des biomes luxuriants et fleuris sur l'ensemble de ses 340 millions de kilomètres carrés, qui n'incluraient apparemment aucune des toundras arides, des plates-formes glaciaires ou des déserts arides qui contribuent au statut de la Terre en tant que moche , excuse de second ordre pour un corps terrestre habitable.

De plus, l'agence spatiale a confirmé que la nouvelle planète remarquable possède une orbite parfaitement circulaire autour de son étoile, ainsi qu'une inclinaison axiale alignée avec précision qui, loin des ouragans et des blizzards qui affligent la Terre, permet à la HD 904790 b pour maintenir une température de surface constante de 75 degrés Fahrenheit toute l'année avec une brise constante de 5 miles par heure.

"Il n'y a aucun moyen que je continue à explorer la galaxie si cela me donne l'impression d'être un connard complet pour avoir toujours cru que ma planète était quelque chose de spécial."

"Lorsque vous prenez en compte tout ce que HD 904790 b a pour lui, cela vous fait vous sentir gêné d'être associé à notre putain de monde stupide", a déclaré l'astronome Gary Lopes, désignant la douzaine de lunes colorées et réfléchissantes de la planète qui constituent le seul satellite naturel de la Terre. ressemble à la blague totale que c'est. "Je pensais que l'Himalaya était impressionnant, mais pas après que nous ayons reçu des données montrant que cette nouvelle planète a des milliers de pics volcaniques imposants qui font sauter le mont Everest hors de l'eau. C'est carrément humiliant de devoir comparer notre planète à cette.”

Notant à quel point même le mile carré le moins remarquable de HD 904790 b dépasse de loin le meilleur de la Terre en termes de grandeur physique et de richesse minérale, les scientifiques de la NASA ont déclaré aux journalistes qu'ils avaient décidé d'arrêter immédiatement leur recherche de planètes extrasolaires supplémentaires, disant qu'il était "beaucoup trop probable" qu'ils puissent découvrir d'autres mondes qui s'avèrent être bien meilleurs que la Terre.

"Il n'y a aucune chance que je continue à explorer la galaxie si cela me donne l'impression d'être un connard à jamais croire que ma planète était quelque chose de spécial", a déclaré l'astronome Samantha Wilhelm, déclarant que si son équipe découvrait une planète qui était encore meilleure que HD 904790 b, elle se « tuerait [elle-même] sur le champ ». "J'ai même essayé d'observer Neptune pendant un certain temps dans l'espoir que ce sac de merde gazeux pourrait me faire sentir mieux d'être coincé sur Terre, mais cela n'a pas fonctionné. Je ne peux pas sortir le HD 904790 b de ma tête, ça m'a ruiné la Terre pour toujours.

Au moment de mettre sous presse, les astronomes de la NASA avaient calculé qu'il leur faudrait environ 300 000 ans pour atteindre la nouvelle planète dans une capsule spatiale, mais ont unanimement convenu que cela valait le coup plutôt que de "passer un autre jour sur ce stupide morceau de merde".


Combien de personnes notre planète peut-elle vraiment supporter ?

Surpopulation. C'est un mot qui fait grimacer les politiciens, et est souvent décrit comme "l'éléphant dans la pièce" dans les discussions sur l'avenir de la planète.

Vous entendez souvent des gens citer la surpopulation comme la plus grande menace pour la Terre. Mais peut-on vraiment distinguer ainsi la croissance démographique ? Y a-t-il vraiment trop de monde sur notre planète ?

Il est clair pour nous tous que la planète ne s'étend pas. Il n'y a qu'un nombre limité d'espace sur Terre, sans parler du nombre limité de ressources (nourriture, eau et énergie) qui peuvent soutenir une population humaine. Donc, une population humaine croissante doit constituer une sorte de menace pour le bien-être de la planète Terre, n'est-ce pas ?

"Ce n'est pas le nombre de personnes sur la planète qui est en cause, mais le nombre de consommateurs, l'ampleur et la nature de leur consommation", explique David Satterthwaite, chercheur principal à l'Institut international pour l'environnement et le développement à Londres. Il cite Gandhi : « Le monde en a assez pour les besoins de tout le monde, mais pas assez pour la cupidité de tout le monde. »

L'impact mondial de l'ajout de plusieurs milliards de personnes à ces centres urbains pourrait être étonnamment faible

Le nombre d'« êtres humains modernes » (Homo sapiens) sur Terre a été relativement faible jusqu'à très récemment. Il y a à peine 10 000 ans, il n'y avait peut-être pas plus de quelques millions de personnes sur la planète. La barre du milliard n'a été dépassée qu'au début des années 1800, la barre des deux milliards n'a été dépassée qu'au cours des années 1920.

À l'heure actuelle, cependant, la population mondiale dépasse les 7,3 milliards d'habitants. Selon les prévisions des Nations Unies, il pourrait atteindre 9,7 milliards de personnes d'ici 2050 et plus de 11 milliards d'ici 2100.

La croissance démographique a été si rapide qu'il n'y a pas de précédent réel vers lequel nous pouvons nous tourner pour obtenir des indices sur les conséquences possibles. En d'autres termes, alors que la planète pourrait abriter plus de 11 milliards d'habitants d'ici la fin du siècle, notre niveau actuel de connaissances ne nous permet pas de prédire si une population aussi importante est durable, simplement parce que cela ne s'est jamais produit auparavant.

Nous pouvons obtenir des indices, cependant, en considérant où la croissance démographique devrait être la plus forte dans les années à venir. Satterthwaite dit que la majeure partie de la croissance au cours des deux prochaines décennies devrait se produire dans les centres urbains de ce qui sont actuellement des pays à revenu faible et intermédiaire.

Ce n'est pas le nombre de personnes sur la planète qui est en cause, mais le nombre de consommateurs et l'ampleur et la nature de leur consommation

À première vue, l'impact mondial de l'ajout de plusieurs milliards de personnes à ces centres urbains pourrait être étonnamment faible. En effet, les citadins des pays à revenu faible et intermédiaire ont historiquement peu consommé.

Les émissions de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre nous donnent une bonne indication du niveau de consommation d'une ville.

"We know of cities in low-income nations that emit less than one tonne CO2-equivalent per person per year," says Satterthwaite. "Cities in high-income nations [can] have six to 30 tonnes CO2-equivalent per person per year."

Citizens of more affluent nations leave a much greater footprint on our planet than people living in poorer countries &ndash although there are exceptions. Copenhagen is the capital of a high-income nation &ndash Denmark &ndash while Porto Alegre is in upper-middle-income Brazil. Living standards are high in both cities, yet per capita emissions are relatively low.

Satterthwaite goes on to say that if we look at an individual's lifestyle, the differences between wealthy and non-wealthy groups are even more dramatic. There are many low-income urban dwellers whose consumption is so low that they contribute almost nothing to greenhouse gas emissions.

People living in high-income nations must play their part if the world is to sustain a large human population

So a world with a human population of 11 billion might put comparatively little extra strain on our planet's resources. But the world is changing. Low-income urban centres may not continue on low-carbon development trajectories.

The real concern would be if the people living in these areas decided to demand the lifestyles and consumption rates currently considered normal in high-income nations something many would argue is only fair. If they do, the impact of urban population growth could be much larger.

This fits with a general pattern that has played out over the past century or so, explains Will Steffen, an emeritus professor with the Fenner School of Environment and Society at the Australian National University. It is not the rise in population by itself that is the problem, but rather the even more rapid rise in global consumption (which of course is unevenly distributed).

This leads to an uncomfortable implication: people living in high-income nations must play their part if the world is to sustain a large human population. Only when wealthier groups are prepared to adopt low-carbon lifestyles, and to permit their governments to support such a seemingly unpopular move, will we reduce the pressure on global climate, resource and waste issues.

A 2015 study in the Journal of Industrial Ecology looked at environmental impact from a household perspective. It puts consumption firmly in the spotlight.

If we change our consumption habits, this would have a drastic effect on our environmental footprint as well

The analysis showed that household consumers are responsible for more than 60% of the globe's greenhouse gas emissions, and up to 80% of the world's land, material and water use. What's more, the researchers found that the footprints are unevenly distributed across regions, with wealthier countries generating the most impacts per household.

Diana Ivanova at the Norwegian University of Science and Technology in Trondheim, the author of the study, explains that the finding comes from simply changing our perspective on who is responsible for emissions associated with producing consumer goods. "We all like to put the blame on someone else, the government, or businesses," she says.

For instance, consumers in the west might argue that countries that produce many consumer goods, such as China, should take responsibility for the emissions needed to make them. Ivanova and her colleagues argue the consumers themselves are just as responsible. "If we change our consumption habits, this would have a drastic effect on our environmental footprint as well."

By this reasoning, there needs to be a fundamental change in the core values of developed societies: away from an emphasis on material wealth, and towards a model where individual and societal well-being are considered most important.

Even if those changes occur, it seems unlikely that our planet could really sustain a population of 11 billion. So Steffen suggests that we should stabilise the global population, hopefully at around nine billion, and then begin a long, slow trend of decreasing population. That means reducing fertility rates.

Creating a sustainable population is as much about boosting women's rights as it is about reducing consumption of resources

There are actually signs that this is already beginning to occur, even as population numbers continue to rise. The rate of population growth has been slowing since the 1960s and the UN Population Division's world fertility patterns show that, worldwide, fertility per woman has fallen from 4.7 babies in 1970-75 to 2.6 in 2005-10.

However, it could still take centuries for any meaningful reductions to happen, says Corey Bradshaw at the University of Adelaide in Australia.

The trends are so deeply set, he says, that even a dramatic catastrophe might not change their course. In a 2014 study, Bradshaw concluded that if two billion people died tomorrow &ndash or if every government adopted controversial fertility policies such as China's recently-ended one-child policy &ndash there would still be as many if not more people on the planet by 2100 as there are today.

What is urgently needed, then, is ways to speed up the decline in fertility rates. One relatively easy way to do so might be to raise the status of women, especially in terms of their education and employment opportunities, says Steffen.

If some or all of us consume a lot of resources, the maximum sustainable population will be lower

The UN Population Fund has calculated that 350 million women in the poorest countries did not want their last child, but did not have the means to prevent the pregnancy. If these women's needs were met, it would have a significant impact on global population trends. According to this reasoning, creating a sustainable population is as much about boosting women's rights as it is about reducing consumption of resources.

So if a world population of 11 billion is probably unsustainable, how many people, in theory, could Earth support?

Bradshaw says that it is nearly impossible to say what this number would be, because it is entirely dependent on technologies like farming, electricity production and transport &ndash and on how many people we are willing to condemn to a life of poverty or malnutrition.

Many people argue that we are well over a sustainable number already, given the lifestyle choices many of us have made and our reluctance to change them. In support of this, they point to the problems of climate change, the biodiversity extinction crisis underway, mass ocean pollution, the fact that one billion people are already starving and that another one billion people have nutrient deficiencies.

In the early 20th Century, the global population problem was as much about the fertility of soil as the fertility of women

A 2012 UN report summarised 65 different estimated maximum sustainable population sizes. The most common estimate was eight billion, a little larger than the current population. But the estimates ranged from as few as two billion to, in one study, a staggering 1,024 billion.

These estimates all depend on so many assumptions that is difficult to say which is closest to the truth.

Ultimately the real determinant is how we choose to run our society. If some or all of us consume a lot of resources, the maximum sustainable population will be lower. If we find ways to each consume less, ideally without sacrificing our creature comforts, Earth will be able to support more of us.

Changes in technology, which are often wildly unpredictable, will also affect the maximum population.

In the early 20th Century, the global population problem was as much about the fertility of soil as the fertility of women. George Knibbs, in his 1928 book The Shadow of the World's Future, suggested that if global population reached 7.8 billion, there would have to be much more efficient use of its surface.

In the very distant future, technology could lead to much larger sustainable human populations if some people could eventually live off planet Earth.

Earth is our only home and we must find a way to live on it sustainably

In the few decades since humans first ventured out into space, our ambitions have jumped from simple stargazing to the living away from Earth and inhabiting other planets. Many eminent thinkers, including physicist Stephen Hawking, say colonising other worlds is critical for the ultimate survival of our species.

However, even though NASA's Kepler mission has discovered a large number of Earth-like planets, we do not know much about them and they are all very far beyond our reach. So a move to another planet does not offer an imminent answer to our problems.

For the foreseeable future, Earth is our only home and we must find a way to live on it sustainably. It seems clear that that requires scaling back our consumption, in particular a transition to low-carbon lifestyles, and improving the status of women worldwide. Only when we have done these things will we really be able to estimate how many people our planet can sustainably hold.


Obsessed With Finding Earth’s Twin

Photo illustration by Juliana Jiménez Jaramillo

“Mom, look,” I said, holding up nine sheets of construction paper that I had Scotch-taped together. On each page, I had drawn a made-up planet and listed its salient characteristics: tree-shaped algae, oceans of melted Play-Doh, quicksand surrounded by ice floes. A friendly alien inhabitant waved from the surface of each planet. I explained to my mother how each extraterrestrial’s body was uniquely suited to the conditions of its world (in my less-than-humble 7-year-old opinion).

Coincidentally, that same year, 1992, astronomers discovered the first planets outside the solar system. Alexander Wolszczan and Dale Frail found two giant, atmosphere-less worlds orbiting the pulsar B1257+12. The dead star, as dense as an atomic nucleus, bathed them in zombie radiation. Although those sorry planets are not friendly to life, they provided the first proof that our solar system is not the only solar system.

I knew nothing of this discovery, but for second-grade me, the existence of other worlds—and the species surely swinging from their algae trees, whatever those are—seemed as obvious a scientific conclusion as “people are happier on weekends.”

Twenty-two years later, we know of 1,852 more planets. Extrasolar solar systems dangle throughout the universe like archival and mismatched Christmas ornaments. Astronomers now estimate that our galaxy contains at least as many planets as stars—about 100 billion of them. We regularly find so many planets that we now talk about them in bouquets: 1,091 new candidates! Wait, here are 715 more! The idea that our solar system’s existence is unique feels hopelessly outdated, like thinking Earth has a sharp edge off which you can sail your ship.

Now that we know planets are normal, we are obsessed with finding out if Earth is normal, too. We can hardly bring ourselves to think of other solar systems except in terms of how they compare to our own. Do they have multiple planets, like ours does? Do they orbit in a plane? Are their Jupiter-size planets far away from the star, too? Reports of individual planets mostly appear when those planets are tantalizingly close to Earth’s size, Earth’s mass, or Earth’s “Goldilocks” distance from the sun, which allows the presence of liquid water. We want the universe to be a funhouse mirror, reflecting back a slightly warped—but recognizable—version of ourselves.

Throughout most of human history, the opposé has been true. Humans used to run screaming from evidence that we were not special, not the center of the universe. We believed all other celestial objects orbited Earth. When Galileo proved that Earth orbits the sun, the rotating glass spheres we thought held the stars over our heads shattered, and they sliced into our minds. After a few centuries of suppression by the Catholic Church and some burnings at the stake, we eventually adjusted to the idea. But then Friedrich Bessel dethroned the sun, too, proving in the mid-1800s that it’s simply a close-up version of the constellations’ countless constituents.

The insults continued to mount. The sun is an unremarkable star. And our solar system doesn’t live in the galaxy’s cultural center, but in some godforsaken suburb of a spiral arm. Our Milky Way isn’t the whole universe but just one of at least 100 billion other galaxies, spread across tens of billions of light-years. Each decentralizing discovery disturbed Earthlings.

Every telescope named after a dead male astronomer, from Planck to Hubble to Chandra, tells the same story over and over with different details: Earth is just a speck in a no-comment cosmic neighborhood. (Add to that the indignity of discovering that humans were not formed by God’s hand in the Garden of Eden but are the products of billions of years of aimless evolution by natural selection.)

We have become so used to our cosmic marginalization that we’ve reached a philosophical turning point: What disturbs us now is to think Earth is somehow special.

Modern astronomy actually relies on our mediocrity. There’s even a principle for it, conveniently known as Mediocrity Principle. It holds that nothing about our place in or experience of the universe is special the cosmos looks and behaves the same no matter where we point our telescopes.

According to the Mediocrity Principle, solar systems like ours abound. And now that NASA announces exoplanets in Costco-size variety packs, our collection of known planets contains more and more small orbs that might have solid surfaces and liquid H2O—in other words, worlds more and more like our own, in a habitable zone where life as we know it could exist.

But astronomers are obsessed with finding one that really is an “Earth-like planet” (aka “Earth 2.0,” “Earth analog,” or “Earth twin”). And the popularity of stories about the next almost-but-not-quite-Earth-like planet indicates that the public is invested, too.

Here’s why: Without a twin, we are special. We might be alone, and we are thrust back toward the philosophical center—a worldview that is so last century.

We tick off ever-more-Earth-like boxes as we get closer and closer without obtaining a cigar:

  • the first planet around a sun-like star (51 Peg b, found in 1995)
  • the first planet that is not a gas giant like Jupiter (CoRoT-7b, 2009)
  • the first not-a-gas-giant in the habitable zone (Kepler-22b, 2011)
  • the first Earth-size rocky planet (Kepler-78b, 2013)
  • and, most recently, the first Earth-size rocky planet in the habitable zone (Kepler-186f, 2014).

These are the discoveries that scientists and the press pluck from the grab bag of planets and put on individual display. The rest can stay statistics.

We seek Earth analogs because maybe someday we can rocket toward them with Matthew McConaughey, to start a new civilization after we turn actual-Earth into a hellscape with no icecaps. We seek them because Manifest Destiny, because curiosity, because science. Because the familiar comforts us and because we’re self-centered. But mostly, we crawl toward Earth’s twin—and its potential inhabitants—so we can breathe an oxygenated-atmosphere sigh of relief: We don’t have to crush the lens through which we view the universe.

The zeitgeist has caught up with scientific philosophy. Earthlings have made a huge cultural shift, from wanting to be the center of the universe to wanting, so badly, not to be anomalous and alone. Exoplanet astronomer Sarah Ballard of the University of Washington sums it up with a fortune cookie she once received: “ ‘Optimists believe we live in the best of worlds, and pessimists fear this is true.’ But the opposite is true for astrobiologists.” The time has come when the opposite also rings true for the rest of us.

In the past century, our conception of the universe has grown larger and stranger—full of dark matter, dark energy, and who knows what other dark things we don’t yet understand. The discovery of Earth 2.0—and perhaps its inhabitants—will transform a mostly invisible, ever-expanding, largely empty, and numbingly cold universe back into a cosmos we can connect with and draw on construction paper, rather than one at which we mostly marvel.


When Will We Finally Find a Truly Earth-Like Exoplanet?

There are many definitions of an Earth-like exoplanet. Some say it’s a planet that orbits a star at just the right distance for liquid water to exist on its surface. Some say it’s a rocky planet, like ours. But determining if an exoplanet is truly habitable requires actually figuring out what’s on the planet.

Currently, telescopes like the space-based Kepler (currently operating the K2 mission) can detect planets by the way they periodically dim the light coming from the star they orbit. Others, like the ground-based Very Large Telescope, have tools that can directly image exoplanets. Scientists are working on new telescopes that might be able to actually tell if these planets have life on them. They’re a while away, but astronomers can dream.

“We now stand on the threshold of the next era of discovery,” Yale astronomer Debra Fischer said at a press conference at the American Association for the Advancement of Science’s annual meeting in Austin, Texas. “This will take us from the discovery of the first worlds around other stars to the discovery of life on those planets.”

Earth really is incredible, if you think about it. Aki Roberge, research astrophysicist at NASA, explained to me that it’s the only planet we know of where the presence of life has altered the atmosphere’s chemistry. If another Earth-like planet existed somewhere in the universe, we might be able to spot it by looking for a biosignature —spectral lines from chemicals like methane, water vapor, oxygen, or other organic molecules indicative of life. The issue is that present-day planet hunting tools just find the planets, but can’t really characterize what kind of stuff is on them. Scientists don’t have a tool that can do that, yet.

NASA has proposed several new flagship missions, after the upcoming James Webb Space Telescope, that might be able to look for these biosignatures. These include LUVOIR (the Large UV Optical Infrared Surveyor) and HabEx (the Habitable Exoplanet Imaging Mission ).


A New Conceptual Mission Proposes to Study Earth Like an Exoplanet

A 2007 image from the APL-built STEREO B spacecraft of the Moon crossing in front of the Sun. In a similar way, a new conceptual study proposes to study not the Moon but the Earth as it transits our star in an effort to determine whether the transit method can really determine a planet&rsquos habitability.


An illustration of the transit method, which can detect the presence of an exoplanet by tracking the change in a star&rsquos brightness. Since 1999, this method has helped scientists discover thousands of exoplanets.

Credit: NASA Ames Research Center

Imagine Earth was a planet in another solar system. A blue-hued, water-covered, cloudy exoplanet that&rsquos light-years away and that our telescopes can best see when it passes in front of its Sun. Do you think we could tell if there is life there? Or that it&rsquos even habitable?

That&rsquos what a research team, led by the Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, wants to uncover through a conceptual Earth Transit Observer mission, discussed this week during the virtual 2021 Lunar and Planetary Science Conference. The endeavor is not about confirming what everyone already knows (Earth is, in fact, habitable and inhabited) it&rsquos about proving whether the method researchers currently use to determine if a planet is habitable &mdash and that future telescopes such as NASA&rsquos James Webb Space Telescope will use &mdash actually works.

&ldquoExoplanet researchers are trying to do planetary science, biology and atmospheric science with really bad data relative to what those disciplines get to actually work with,&rdquo said APL exoplanet astronomer Laura Mayorga, a team member and lead author on an upcoming paper about the mission proposal in The Planetary Science Journal. &ldquoIt&rsquos not that our data is actually bad. It&rsquos just that we have to look for things in a sort of roundabout way.&rdquo

Finding habitable worlds like Earth requires being able to see the molecular indicators that life could be supported or present, such as signs of water, plus coexisting oxygen and methane. To do that, scientists have relied on the transit method, a technique used since 1999 that looks for the slight dip in a star&rsquos light as a planet passes in front of it. Molecules in the planet&rsquos atmosphere absorb certain frequencies of light from the star, which researchers back here on Earth can decipher based on the light that arrives.

But because stars produce a lot of light, those molecular signals are often tiny &mdash smaller than 20 parts per million, which is like trying to find 30 grains of sand in a 32-ounce bottle. &ldquoAnd heaven forbid if the planet doesn&rsquot have an atmosphere,&rdquo Mayorga said, laughing. &ldquoIf it&rsquos just an airless body, we&rsquoll never know. We&rsquoll just measure and measure and measure, and be like, ‘Why is it flat? I can&rsquot see anything!&rsquo&rdquo

Researchers try amplifying these miniscule signals by watching planets transit dozens of times, collecting spectrographic measurements with each pass. They then stack those measurements, which boosts the signal.

That method, though, could be problematic, Mayorga said, because it treats both the planet and star as static bodies, &ldquoand that&rsquos obviously not true.&rdquo

Changing seasons, shifting weather patterns and flowing ocean currents all affect Earth&rsquos atmosphere. And the Sun&rsquos activity can shift dramatically: Sometimes it&rsquos covered in spots and gives off powerful flares, and other times it&rsquos quiet and tranquil. Any of these variations could potentially lead to false detections of those critical molecules.

&ldquoIt all comes back to this problem that you need to know your stars as well as anticipate what your planet is going to look like,&rdquo Mayorga said. For the most part, scientists know none of those details at the outset. &ldquoIt&rsquos a very hard problem,&rdquo she said.

However, it&rsquos an issue that Mayorga and others believe could be addressed by a small mission to study Earth as it transits the Sun. The idea is to send a small satellite past a dynamically stable point about 930,000 miles (1.5 million kilometers) beyond Earth called Lagrange Point 2, roughly where the James Webb Space Telescope will eventually reside. There, the spacecraft can pass across the Earth-Sun line and watch as Earth transits the Sun, collecting data as if Earth were a potentially habitable exoplanet.

Because it&rsquos our own planet-star system, scientists can account for variations happening on Earth and at the Sun. &ldquoHere, we know exactly what Earth, its clouds and the Sun are doing,&rdquo Mayorga said. &ldquoCan we then connect that with the unresolved observations we normally make of exoplanets and test the method of stacking up low-signal observations? That&rsquos really where we want to go.&rdquo

The team, led by APL planetary geologist Noam Izenberg and APL astrophysicist Kevin Stevenson, proposed the idea last fall to NASA&rsquos Astrophysics Pioneers Program, which was set up in 2020 to fund low-cost astrophysics missions costing no more than $20 million. While the concept wasn&rsquot selected, the team plans to rebid a slightly refurbished form of the proposal later this year.

&ldquoThe solar system is the only place where we know all the right answers to things. We can test our techniques, figure out their limitations and make connections between the results,&rdquo Mayorga said. &ldquoThere&rsquos a small worry that if we never do this study, our models have to be good enough to somehow include all of that, and we&rsquore just not there yet.&rdquo