TRAPPIST-1 b

Quelle différence y a-t-il entre le jour et la nuit sur TRAPPIST-1 b ?

TRAPPIST-1 b est la planète la plus intérieure, tournant autour de son étoile environ tous les 1,51 jours. Il est prévu qu'il tourne avec un côté toujours face à l'étoile, donc s'il n'y a pas d'atmosphère, le côté jour continuera à se réchauffer et le côté nuit recevra peu de chaleur. S'il y a une atmosphère épaisse, le vent transfère la chaleur diurne vers la nuit, réduisant ainsi la différence de température entre les deux côtés. Lorsque Webb a mesuré les rayons infrarouges émis par la planète au cours d'une révolution, la température diurne semblait être d'environ 490 K, soit environ 217 degrés Celsius, mais la chaleur nocturne n'était pas clairement visible. Une atmosphère plus épaisse que 1 bar, similaire à la pression atmosphérique à la surface de la Terre, ne correspondait pas bien à ce résultat.

Cependant, cela ne confirme pas qu’il n’y a pas une seule molécule de gaz dans TRAPPIST-1 b. Une atmosphère soit très mince, soit n'en subsiste que des traces dans les observations actuelles. L’explication qui correspond le mieux aux données actuelles est que la surface sombre et rocheuse avec peu d’atmosphère émet de la chaleur diurne directement dans l’espace.

• Environ 1,5109 jours Il est temps de faire le tour de l'étoile centrale
• Environ 1,72 millions de km distance moyenne entre les étoiles et les planètes
• Environ 1,37 fois celle de la Terre Masse planétaire déterminée par le changement du temps de transit
• Environ 1,12 fois celui de la Terre Rayon planétaire calculé à partir du taux d'occlusion de la lumière des étoiles

Comment mesure-t-on la température du côté jour d’une planète ?

Lorsque la planète apparaît à côté de l’étoile, le télescope reçoit à la fois la lumière stellaire et l’infrarouge de son côté jour. Quand elle disparaît complètement derrière l’étoile, sa lumière est masquée et seule celle de l’étoile reste. La différence révèle la chaleur du côté jour même si l’image ne sépare pas les deux objets. C’est une observation d’éclipse secondaire.

En 2023, l'instrument MIRI de Webb a observé cinq fois la planète cachée dans une lumière infrarouge d'une longueur d'onde de 15 μm. Lorsque la planète s'est cachée, la lumière totale a diminué d'environ 0,08 % et la température de luminosité a été calculée à environ 500 K, soit environ 227 degrés Celsius. La température de luminosité est la valeur de luminosité mesurée sous une lumière spécifique convertie en température. Il ne s’agit pas d’une mesure directe de la température moyenne de la planète entière ou de la température partout à la surface.

Que révèle un seul type de lumière infrarouge ?

Le résultat du côté jour qui apparaît brillant dans une lumière infrarouge de 15 μm correspond bien à l’explication selon laquelle il n’y a pas d’atmosphère et que la surface sombre absorbe beaucoup de lumière des étoiles. S'il y avait une atmosphère épaisse de dioxyde de carbone, elle absorberait ce rayonnement infrarouge et éloignerait la chaleur diurne, rendant le côté diurne plus sombre. C’est pourquoi les résultats de 2023 ont d’abord montré avec force la possibilité qu’il n’y ait pas d’atmosphère épaisse.

Cependant, un seul type de lumière infrarouge ne peut révéler qu’une partie de la chaleur de la planète. En 2024, cinq observations d’une longueur d’onde de 12,8 μm ont été ajoutées. En regardant ensemble les deux types de lumière infrarouge, la surface rocheuse sans atmosphère et avec beaucoup de fer et de magnésium correspondait bien aux données. Cependant, une atmosphère épaisse de dioxyde de carbone avec une couche de brume élevée pourrait produire la même luminosité dans certaines conditions. Il n’a pas été possible de déterminer quelle explication était correcte en se basant uniquement sur les deux types de rayons infrarouges.

L’instant où la planète disparaît derrière l’étoile ne révèle que la chaleur du côté jour. Pour savoir si l’atmosphère la transporte vers la nuit, il faut suivre une orbite entière.

Comment la chaleur évolue-t-elle au cours d’une orbite ?

À mesure que la planète tourne autour de l’étoile, le côté face à la Terre continue de changer. Webb a noté la luminosité lorsque le côté jour était visible, l'obscurité lorsque le côté nuit était visible et le moment où il était le plus lumineux. Ce changement de luminosité est appelé courbe de phase thermique. Si l'atmosphère transfère de la chaleur, les rayons infrarouges apparaissent la nuit et le point le plus chaud peut se déplacer latéralement par rapport au point où l'étoile est directement visible.

Dans les résultats annoncés en 2026, la température de luminosité diurne était de 490 ± 17 K, soit environ 217 ± 17 degrés Celsius. La chaleur du côté nuit n’était pas clairement visible et le point de plus grande luminosité ne se déplaçait pas sensiblement. Plutôt qu’une atmosphère épaisse qui transfère largement la chaleur diurne vers la nuit, une meilleure explication est qu’il s’agit d’une planète rocheuse dont la surface diurne rayonne la chaleur directement dans l’espace. Dans une atmosphère où la pression superficielle dépasse environ 1 bar, la possibilité est considérablement réduite.

1. 2023 La chaleur diurne et la température de luminosité d’environ 500K ont été obtenues grâce à cinq observations avec une longueur d’onde de 15 μm.
2. 2024 Cinq observations avec une longueur d'onde de 12,8 μm ont été ajoutées, mais des surfaces rocheuses et une atmosphère épaisse étaient possibles.
3. Observation d’une orbite complète Les variations de luminosité infrarouge du jour à la nuit ont été enregistrées sans interruption.
4. Analyse pour 2026 La chaleur du jour et la chaleur nocturne indistincte ont considérablement réduit la probabilité d'une atmosphère épaisse.

TRAPPIST-1 b possède-t-elle une atmosphère ?

Ce qui est le plus incompatible avec les observations actuelles, c'est l'atmosphère épaisse qui transfère la chaleur diurne vers la nuit. On ne peut pas dire qu’il n’existe pas d’atmosphères très minces ou de gaz présentant de faibles traces infrarouges. La finesse de l'atmosphère dépend également du type de gaz, des nuages, de la brume et de la mesure dans laquelle la surface réfléchit la lumière des étoiles.

La lumière des étoiles lorsque la planète passe devant l’étoile montre également qu’elle ne possède pas d’atmosphère épaisse et riche en hydrogène. Cependant, les taches stellaires et les zones lumineuses modifiaient considérablement la lumière des étoiles, rendant impossible de savoir s’il y avait une fine atmosphère de gaz plus lourds. Les observations au cours d'une révolution, en passant devant une étoile et en se cachant derrière une étoile, présentent des faiblesses différentes. Plus il y a de méthodes qui aboutissent à la même conclusion, plus le jugement sur l’atmosphère devient certain.

Comment connaître le matériau et l’âge de la surface ?

La densité moyenne calculée en fonction de la masse et de la taille est cohérente avec la possibilité que b soit une planète principalement composée de roches. La luminosité infrarouge des deux types correspondait bien aux calculs incluant des surfaces rocheuses riches en fer et en magnésium, telles que l'olivine et le pyroxène. Cependant, ce n’est que le résultat d’une comparaison des matériaux disponibles. Webb n'a pas analysé les fragments de roche ni découvert directement les minéraux de surface.

Si la surface est vraiment fraîche, il peut y avoir des processus par lesquels l'activité volcanique ou l'altération spatiale renouvellent la surface, mais le processus et le calendrier ne peuvent pas être déterminés sur la seule base des données actuelles. D’autres roches ou surfaces moins réfléchissantes ayant subi une altération spatiale doivent également être prises en compte. La lave, les fissures et les couleurs visibles sur les illustrations de la planète sur la page ne sont pas tirées du terrain réel.

Environ 490K, soit environ 217 degrés Celsius, est la température de luminosité diurne obtenue par les rayons infrarouges d'une longueur d'onde de 15 μm. Ce n’est pas la même chose que la température moyenne de la planète entière, la température de surface la plus élevée ou la température nocturne. Les observations actuelles réduisent considérablement la probabilité d’une atmosphère épaisse, mais ne distinguent pas toutes les atmosphères minces et tous les matériaux de surface.

Comment l’observation de b aide-t-elle à étudier les autres planètes ?

TRAPPIST-1 b est beaucoup plus proche de l'étoile que de la zone habitable et reçoit environ quatre fois plus d'énergie que la Terre. Plutôt qu’une planète pour étudier d’abord la possibilité de vie, il s’agit d’un objet pour découvrir quel type de rayonnement infrarouge émet une planète rocheuse sans atmosphère proche d’une étoile naine rouge.

Les données obtenues lorsque b passe devant l'étoile sont également utilisées comme données comparatives pour trouver des changements dans la lumière des étoiles lors de l'observation d'une planète extérieure telle que e. Plus l'explication selon laquelle b a peu d'atmosphère est convaincante, plus il sera facile de distinguer les changements dans l'étoile elle-même des petites traces laissées par l'atmosphère d'autres planètes. Les conclusions sur l’atmosphère de b ne proviennent pas d’une seule mesure de température. C'est le résultat de la comparaison séquentielle de deux types différents de rayons infrarouges et du changement de luminosité d'un cycle entier.

Sources

• NASA Exoplanet Archive — TRAPPIST-1 b
• NASA Science — Webb Measures the Temperature of TRAPPIST-1 b
• Nature — Thermal Emission from TRAPPIST-1 b
• Nature Astronomy — Combined 12.8 and 15μm Eclipse Analysis
• Nature Astronomy — Thermal Phase Curves of TRAPPIST-1 b and c
• The Planetary Science Journal — TRAPPIST-1 Masses and Radii
• The Astrophysical Journal Letters — TRAPPIST-1 b Transmission and Stellar Contamination