mise à jour : 13 octobre 2021
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Planètes en rotation synchrone : limite froide de la Zone Habitable

Auteur: M. Turbet

Quand une planète a une orbite trop proche de son étoile, et par l'action de forces de marées, elle finit rapidement par avoir une orbite synchrone autour de son étoile. Les planètes "froides" de la Zone Habitable sont à priori moins concernées par cet effet, puisqu'elles sont beaucoup plus éloignées de leur étoile que les planètes "chaudes" de la Zone Habitable. Dans le cas du Soleil par exemple, une planète qui se trouverait à la limite intérieure de la Zone Habitable (0.95 UA) peut se synchroniser ~ 30 fois plus rapidement qu'une planète située au niveau de la limite extérieure (1.67 UA). Résultat : Une planète froide comme Mars n'a aucune chance d'être un jour en rotation synchrone car le temps que cela lui prendrait est bien supérieur à la durée de vie du Soleil.

Pourtant, autour d'étoiles de faible masse, la Zone Habitable est beaucoup plus rapprochée de l'étoile. Et les planètes "froides" de la Zone Habitable de telles étoiles sont susceptibles elles aussi d'entrer en rotation synchrone.

La limite "froide" de l'habitabilité des planètes en rotation synchrone

Les planètes en rotation synchrone ont très certainement, sous l'effet des forces de marée gravitationnelle, une obliquité très redressée (proche de 0^{\circ}, comme Mercure). Résultat : de telles planètes peuvent posséder plusieurs points froids (au niveau des pôles mais surtout au niveau de la face non éclairée). Pour qu'une planète "froide" (peu irradiée par son étoile) soit capable de garder de l'eau liquide à sa surface, il faut déjà qu'elle soit capable de conserver son atmosphère à l'état gazeux. En particulier, une planète en rotation synchrone dont l'atmosphère (composée par exemple de N_2,~CO_2,~H_2O ...) serait trop peu épaisse pourrait condenser l'ensemble de ses espèces gazeuses. De l'espèce la moins volatile à l'espèce la plus volatile, la vapeur d'eau va d'abord se condenser du côté froid, puis au tour du CO_2 et enfin ... même du N_2 !!! Une telle planète n'est pas capable de conserver son atmosphère sous forme gazeuse et ne peut donc pas être habitable (de classe I).

Lorsque l'atmosphère d'une planète en rotation synchrone s'épaissit (par exemple en injectant du CO_2) :

  1. L'effet de serre augmente, réchauffant la planète.
  2. L'échange de chaleur entre les faces éclairées/non-éclairées est de plus en plus efficace.

Autour d'une étoile type solaire, le premier point aurait un effet très réduit car la diffusion Rayleigh augmente l'albédo planétaire à mesure que la pression atmosphérique augmente. Mais c'est essentiellement autour des étoiles M (de faible masse) que des planètes "froides" peuvent entrer en rotation synchrone. Aux longueurs d'onde d'émission d'une telle étoile, la diffusion Rayleigh a une influence très limitée, et il est possible d'augmenter très fortement l'effet de serre d'une atmosphère en atteignant une pression atmosphérique très élevée.

Ainsi, si la planète possède une pression atmosphérique suffisante, l'effondrement de l'atmosphère peut être évité. Si c'est le cas, la planète est alors soumise au principe de Maximum Greenhouse correspondant à la distance orbitale à laquelle elle se trouve. NB : On peut noter que la présence d'un océan (contribuant très fortement au transport de chaleur) à la surface d'une telle planète peut permettre d'abaisser la pression critique à laquelle l'atmosphère condense.

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