La recherche spatiale d’exoplanètes


La méthode utilisée par les missions spatiales de détection d’exoplanètes est celle du transit planétaire, l’observation de la baisse de luminosité d’une étoile lors du passage d’une planète devant son disque.

Cette méthode, bien que possible depuis les télescopes terrestres, souffre des effets de la turbulence atmosphérique qui provoque des fluctuations de luminosité généralement plus grandes que la baisse provoquée par un possible transit planétaire.

L’intérêt d’une mission spatiale réside donc dans le fait qu’un satellite peut détecter des variations de luminosité plus faibles, en particulier celles produites par le transit de planètes aussi petites que la Terre.

La mission Corot

Le premier satellite de recherche d’exoplanète fut Corot (COnvection, ROtation et Transits planétaires), une mission proposée par le CNES, puis devenue une collaboration avec l’ESA et d’autres partenaires internationaux. Lancé le 27 décembre 2006, Corot commença à récolter des résultats scientifiques en février 2007 et continua jusqu’à une panne en novembre 2012.

Le satellite Corot était muni d’un télescope de 27 centimètres de diamètre et se trouvait sur une orbite polaire circulaire. Il observait tour à tour différentes zones du ciel en posant jusqu’à 150 jours sur chacune d’elles.

Pendant ses observations, Corot a observé plus de 160.000 étoiles, détecté 600 candidates et au moins 33 d’entre elles ont été confirmées comme exoplanètes par des observations complémentaires depuis d’autres télescopes.

La plus petite de ces exoplanètes est Corot-7b, dans la constellation de la Licorne, une planète rocheuse 1,58 fois plus grande que la Terre, avec une période orbitale de 20 heures à une distance de 2,6 millions de kilomètres de son étoile.

Corot a aussi contribué à d’autres branches de l’astrophysique, par exemple en mesurant les premiers diamètres de naines brunes ou les oscillations d’étoiles au-delà du Soleil.

La mission Kepler

Kepler est une mission de la NASA avec une ouverture de 95 centimètres et un miroir primaire de 140 centimètres de diamètre. Il parcourt une orbite héliocentrique (autour du Soleil), ce qui lui permet d’observer une région fixe du ciel sans être interrompu par la Terre.

Pendant sa mission primaire, Kepler garda une direction fixe dans le ciel, entre les constellations du Cygne et de la Lyre. Son champ lui permit d’observer 150.000 étoiles de façon continue.

Champ de Kepler

Le champ de vision fixe de la mission Kepler entre les constellations du Cygne et de la Lyre (on voit la projection des 42 capteurs CCD). Crédit : NASA

Ces étoiles se trouvaient dans une région de la Voie Lactée similaire à la nôtre et loin du plan de l’écliptique pour éviter toute interférence du Soleil ou d’autres corps du système solaire.

Grâce à cette direction fixe, Kepler pouvait détecter des exoplanètes ayant des périodes de révolution de plus d’une année terrestre (Corot ne pouvait observer que des périodes de moins de trois mois), donc assez semblables à la Terre de ce point de vue, et dans la zone d’habitabilité de leur étoile.

Le satellite fut lancé le 7 mars 2009 et sa mission scientifique commença en mai 2009. En juillet 2012, une première roue de réaction tomba en panne, puis, en mai 2013, une deuxième. Les deux roues restantes ne pouvaient plus assurer à elles seules la stabilité requise pour la méthode du transit et la mission initiale s’acheva.

Depuis, les ingénieurs de la NASA ont innové en utilisant la pression des photons solaires pour aider à stabiliser le satellite, ce qui a permis une nouvelle phase de détection, baptisée K2, où les observations sont limitées à des zones proches du plan de l’écliptique. L’extension K2 a commencé en juin 2014 et devrait continuer au moins jusqu’en 2017.

D’après les comptes de la fin mars 2016, la mission initiale de quatre ans a mis en évidence 4696 candidates dont 1041 ont été confirmées comme exoplanètes par d’autres observations et l’extension K2 a déjà révélé 270 candidates dont 39 ont été confirmées.

Dans ce grand nombre d’exoplanètes, on notera en particulier une douzaine de planètes qui présentent un profil assez semblable à la Terre, avec un diamètre compris entre une et deux fois le diamètre de la Terre et une orbite dans la zone d’habitabilité de leur étoile.

Super-Terres de Kepler

Une représentation artistique de la douzaine de planètes découvertes par Kepler qui ont des caractéristiques relativement proches de celles de la Terre. Crédit : NASA Ames/JPL-CalTech/R. Hurt

Les missions TESS, CHEOPS et PLATO

De nouvelles missions consacrées exclusivement aux exoplanètes sont prévues pour continuer les investigations de Corot et de Kepler.

Le satellite TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) est une mission de la NASA prévue pour un lancement en août 2017. Il sera en orbite géocentrique, comprendra quatre télescopes et aura pour objectif de détecter et de cataloguer les exoplanètes autour de 500.000 étoiles brillantes réparties sur une fraction du ciel équivalente à 400 fois la zone observée initialement par Kepler.

L’observatoire CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite) est une mission européenne dont le lancement est prévu pour décembre 2017. Le télescope sera en orbite terrestre et se concentrera sur la mesure de la taille d’exoplanètes déjà identifiées et dont la masse est connue, ce qui permettra de déterminer leur densité.

Une autre mission européenne, PLATO (Planetary Transits and Oscillations of stars), est à l’étude pour un lancement possible en 2024. L’observatoire se positionnera au point de Lagrange L2 (comme les missions Herschel et Planck) et utilisera 34 petits télescopes pour chercher et caractériser de nouvelles planètes autour d’un million d’étoiles disséminées sur la moitié de la voûte céleste.


Page mise à jour le 30 août 2017 par Olivier Esslinger