Mots clés : exoplanète, planète extrasolaire, perturbation orbitale, ceinture de Kuiper, centre de gravité, éclat d'une étoile

D'autres planètes dans l'univers ?

Pierre Thomas

ENS Lyon, Laboratoire des Sciences de la Terre

Emmanuelle Cecchi

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

16/01/2001

Résumé

Les planètes extra-solaires et leur détection par la méthode des perturbations orbitales.


La question

« Existe-t-il d'autres planètes telles que celles du système solaire ? »

« Si, oui à quelle distance sont-elles et comment ont-elle été baptisées ? »

La réponse

Depuis 100 ans , la recherche de planètes autres que les neuf du système solaire est un objectif majeur des astronomes.

D'autres planètes dans le système solaire

L'étude du mouvement des planètes externes du système du solaire (planètes géantes) ne montre que peu de perturbation de l'orbite par rapport à l'ellipse théorique. Cela indique qu'il n'y a vraisemblablement pas de planètes massives dans le plan de l'écliptique au-delà de Neptune et Pluton.

Il y a cependant de nombreux "petits corps" de glace au delà de l'orbite de Neptune (de la taille d'un astéroïde, mais de composition glacée). Ces objets "transneptuniens" forment ce qu'on appelle la Ceinture de Kuiper.

D'autres planètes extra-solaires

Détection par étude des perturbations orbitales

Dans l'état actuel des techniques, une planète, même grosse comme Jupiter, serait invisible près de l'étoile la plus proche (Proxima du Centaure), car nos télescopes ne pourraient pas séparer la très faible luminosité de la planète de la très forte lumière de l'étoile.

Pour trouver des planètes extra-solaires, on recherche les perturbations de mouvement qu'une planète engendre sur son étoile.

On dit souvent qu'une planète (la Terre par exemple) tourne autour du Soleil ; en toute rigueur, c'est faux. Une planète et son étoile tourne ensemble autour de leur centre de gravité commun. Vue la masse de l'étoile, ce centre de gravité commun est en général à l'intérieur même de l'étoile, mais décalé par rapport au centre géométrique de l'étoile. La Terre tourne autour de ce centre de gravité Terre/Soleil (situé dans le Soleil) en une année. Le Soleil tourne aussi autour de ce centre de gravité en un an.

Mais ce mouvement du soleil est très discret car c'est une rotation lente autour d'un point situé à proximité de son centre géométrique. Quoiqu'il en soit, on peut donc dire que le Soleil ne "tourne pas rond" et :

  • si la planète est massive, ce "pas rond" est important ;
  • si la planète est proche de son étoile, ce qui se manifeste par une période orbitale planétaire brève, ce "pas rond" est rapide.

Depuis 1995, on a mis au point une méthode qui permet de mettre en évidence ces perturbations de rotations des étoiles. Comme on ne cherche que depuis quelques années, les planètes petites (comme la Terre) ou lointaines (comme Saturne) sont extrêmement difficiles à trouver, du fait même de la méthode. Avec cette méthode, on peut déterminer l'orbite de ces planètes, et leur masse, mais pas leur dimension ou leur densité. Même grosse, ces planètes sont trop petites et/ou trop loin pour être directement vues au télescope.

Résultats des détections

En 6 ans d'existence, cette méthode a permis de découvrir une cinquantaine de planètes ; et comme la méthode n'a que 6 ans, on n'a découvert jusqu'à présent que des planètes massives et proches. Attendons donc la suite.

Une de ces planètes passe périodiquement exactement entre son étoile et la Terre (parce que la Terre est située exactement dans le plan de son orbite). On observe ainsi une (très légère) diminution de l'éclat de l'étoile (une "éclipse"), ce qui permet d'en calculer la dimension, donc la densité. Cette planète a une densité très faible, c'est-à-dire identique à celle des planètes géantes gazeuses du système solaire.

D'autres méthodes de détection

D'autres méthodes, avec illustrations dans la revue Pour la Science, n°279.

Voir aussi...

À la recherche d'autres terres. Laurance Doyle, Hans-Jörg Deeg et Timothy Brown. Pour La Science, N° 279, janvier 2001.

Conférence Exoplanètes. Didier QUELOZ, Observatoire de Genève. Planétarium de Vaux-en-Velin, 24 janvier 2001 à 20h30.

Mots clés : exoplanète, planète extrasolaire, perturbation orbitale, ceinture de Kuiper, centre de gravité, éclat d'une étoile