Terres Du Passé
L'histoire de notre Terre et de nos Océans
The habitability of Proxima Centauri b - II. Possible climates and observability
L'habitabilité de Proxima Centauri b - II. Les climats possibles et l'observabilité
Martin Turbet, Jérémy Leconte, Francl Selsis, Emeline Bolmont, François Forget, Ignasis Ribas, Sean N. Raymond, and Guillem Anglada-Escudé
Astronomy & Astrophysics, Vol. 596, A112, 2016
DOI: 10.1051/0004-6361/201629577
Pour citer cette source : Turbet, M., Leconte, J., Selsis, F., Bolmont, E., Forget, F., Ribas, I., ... & Anglada-Escudé, G. (2016). The habitability of Proxima Centauri b-II. Possible climates and observability. Astronomy & Astrophysics, 596, A112.
Les données de monitoring indiquent la signature de 1,3 millions de planètes situées dans la zone habitable de Proxima du Centaure.
Malgré un passé plus chaud et une étoile active, il est possible que la planète Proxima b ait retenu suffisamment de gaz volatiles pour maintenir sa surface habitable. Dans cet article, les chercheurs utilisent un modèle de climat global 3D (3D Global Climate Model) afin de simuler une atmosphère et un cycle de l'eau sur Proxima b pour ses deux modes de rotation les plus probables (1:1 et 3:2).
Toute planète présentant une faible obliquité et une faible excentricité, présente dans la zone habitable de soné toile, devrait répondre à l'un des régimes climatiques présentés dans cet article. Il semble qu'une large bande d'atmosphère permette l'existence de l'eau liquide à la surface de la planète. Avec une rotation asynchrone, la présence d'eau liquide nécessite un minimum de gaz à effet de serre (10 mbar de CO2 et 1 bar de N2). Si la planète est plus sèche, afin d'éviter que le peu d'eau soit prise au piège dans les glaces polaires ou du côté éternellement dans la nuit, il suffit de 0,5 bar de CO2 pour une planète à rotation asynchrone et 1,5 bar de CO2 pour une planète à rotation synchrone.
L'objectif de cette étude est, non pas de définir les limites de la zone habitable de l'étoile hôte de Proxima b, mais bien de déterminer les caractéristiques potentielles de l'atmosphère (si atmosphère il y a) de Proxima b. Ils se concentrent notamment sur la variété de composition atmosphérique nécessaire et sur le contenu global en eau pour assurer l'existence d'eau liquide à la surface de la planète.
L'inventaire des éléments volatiles, qui inclut la quantité d'eau viable au-dessus de la surface aussi bien que la quantité et le type de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Proxima, l'étoile autour de laquelle tourne Proxima b, est une naine rouge, donc une petite étoile peu chaude. Ce qui signifie que le contenu atmosphérique de la planète a probablement été très fortement influencé par différents types de fuites de ses gaz, notamment dans les premiers temps durant lesquels la planète a été soumise à une perte de ses gaz à effet de serre.
Supposer que Proxima b ait une orbite circulaire impliquerait qu'elle présente en permanence la même face à son étoile. Cette caractéristique particulière impliquerait qu'une de ses faces soit dans la nuit perpétuelle tandis que l'autre serait dans le jour permanent (résonnance 1:1).
Mais Ribas et al. (2016) ont suggéré que l'orbite de Proxima b n'avait peut-être pas eu le temps de se circulariser parfaitement et une excentricité de seulement 0,06 serait suffisante pour donner une orbite similaire à celle de Mercure à cette exoplanète (résonnance de l'orbite de rotation de 3:2). Avec une plus grande excentricité, des résonnances plus élevées, de l'ordre de 2:1, deviennent possibles aussi.
Le climat d'une planète avec une rotation synchrone change drastiquement d'une planète avec une rotation asynchrone. Dans cet article, les chercheurs ont donc décidé de prendre en compte les deux cas de figure : une résonnance de 1:1 et 3:2.
Cette étude explore donc, pour les résonnances d'orbite de rotation de 1:1 et 3:2 :
- les régimes de climats possibles pour Proxima b,
- la composition (dont la quantité de gaz à effet de serre, ici le CO2) et l'épaisseur de l'atmosphère,
- et la quantité total d'eau possiblement présente dans le système.
Cette étude pourrait être l'une des premières caractérisations d'une planète terrestre tepérée et de son climat.
Le modèle climatique global LMD
Les caractéristiques de Proxima b entrées dans le modèles sont :
- un flux stellaire de 956 W/m²
- un rayon de 7160 km
- un champ de gravité de 10,9 m/s²
- une masse de 1,4 fois celle de la Terre
- une densité de 5 500 kg/m3
- une topographie plate
- des vitesses de rotation variables :
- pour une rotation de 1:1, 6,3 x 10-6 rad/s
- pour une rotation de 3:3, 9,7 x 10-6 rad/s
- pour une rotation de 2:1, 1,3 x 10-5 rad/s
- une orbite circulaire
- une obliquité de 0° sous l'influence des marées gravitationnelles
Le modèle se compose de 26 couches atmosphériques distinctes et 18 niveaux de sol. Ce sont des sols rocheux, glacés ou océaniques en fonction de la zone de surface étudiée.
La durée de jour maximale est de 22,4 jours terrestres pour une configuration orbitale de 3:2.
En raison de la nature des rayonnements émis par la naine rouge Proxima, l'albédo de la glace est inférieur à celui de la glace terrestre : elle ne doit pas excédé 0,55.
Le cas d'une planète sèche
Il est possible que Proxima b ait perdu une grande quantité de son eau durant son évolution primitive, au moment où son étoile était jeune et très active. Il faut donc prendre en compte que cette planète est potentiellement sèche maintenant. Quand la quantité d'eau est limitée, son état est souvent dictée par les températures des régions les plus froides, appelées les pièges froids.
Dans cette première réflexion, les auteurs ont donc réfléchis aux gaz à effet de serre nécessaires pour permettre à l'eau d'exister ailleurs que sous forme de glace dans ces pièges froids. Les conditions nécessaires à l'existence d'une atmosphère stable sont également discutées.
Autour d'une naine rouge comme Poxima, le CO2 est un puissant gaz à effet de serre parce qu'il a une meilleure absorption dans le proche infra-rouge que dans le visible, et parce qu'il constribue moins à la réflexion stellaire par diffusion de Rayleight.
Les températures sont plutôt élevées même pour une atmopshère de CO2 assez peu épaisse et malgré une insolation plus faible que celle de la Terre (0,7 insolation solaire).
Le modèle indique que, quelles que soient les configurations orbitales ou de pression atmopshérique, les températures sont toujours supérieures à 273 K quelque part, même si ce n'est pas le facteur le plus marquant pour indiquer la stabilité de l'eau liquide (et donc l'habitabilité).
Cas de l'orbite synchrone
Pour réchauffer l'intégralité de la surface au-dessus du point de fonte de l'eau, il faut imaginer une atmosphère de CO2 de 6 bars.
