Planètes

Pour la planétologie, la polarisation par diffusion atmosphérique est un phénomène intéressant, car observée sur une autre planète, elle apporte des informations sur les composants atmosphériques, les nuages, et éventuellement des cristaux de glace ou des poussières. Ainsi, la composition des nuages de Vénus a pu être déterminée grâce à des mesures de polarimétrie comparées à des modèles de diffusion de Mie et Rayleigh..

L'étude des planètes sans (ou avec une fine) atmosphère est plus complexe car la polarisation provient alors essentiellement de la diffusion par la surface. Les modèles de diffusion par des surfaces irrégulières comme du régolithe sont délicats à mettre en œuvre. Cependant, les courbes de polarisation de corps comme Mars ou la Lune peuvent être comparés à des mesures en laboratoire menées sur des analogues. Ainsi pour la Lune ou Mars, la comparaison avec des analogues de roches de type volcaniques et silicates donne des résultats en accord avec les mesures in-situ.

Astéroïdes

L'étude des astéroïdes par polarimétrie complète avantageusement d'autres méthodes telles que la spectroscopie. Il a ainsi été constaté que les courbes de phase polarimétriques des astéroïdes permettent de déterminer leur albédo, ce qui n'est pas toujours aisé par d'autres techniques..

À l'instar des formes de vie, il existe pour les astéroïdes une taxonomie où les objets sont distingués par leur type spectral correspondant à leurs propriétés de surface et à leur composition. L'étude par polarimétrie a mis en évidence que certains astéroïdes qui appartiennent à une même classe spectrale présentent des signatures polarimétriques distinctes, permettant d'affiner les classifications.

Comètes

Les comètes sont aussi étudiées en polarimétrie, notamment afin de caractériser les grains de poussière cométaire (taille, forme et composition). Des variations de la polarisation selon la distance au noyau mettent en évidence des changements dans le type de grains selon qu'ils soient dans la coma ou dans la queue. De même, des variations de polarisation après la rupture d'une comète peuvent indiquer des changements dans les propriétés des grains après un tel évènement.

Détection

L'exoplanétologie pourrait aussi tirer des informations de la polarisation. En effet, la lumière d'une étoile est généralement non polarisée, tandis que la lumière réfléchie et diffusée par l'atmosphère de la planète le sera par la surface et par l'atmosphère de la planète.

Ainsi une planète qui serait noyée dans la lumière de son étoile hôte pourrait être invisible en photométrie, mais détectable en polarisation ! Mieux, selon la polarisation mesurée, on pourrait déterminer si la planète possède ou non des nuages et caractériser ces derniers.

Caractérisation

La polarisation peut aussi donner les informations sur la planète, comme pour le système solaire. Ainsi détecter des structures polarimétriques comme des gloires ou des arcs-en-ciel pourraient indiquer la présence de nuages d'eau. À l'inverse, une polarisation de type Rayleigh pourrait indiquer que la planète ne possède pas de nuages.

Outre les paramètres de l'atmosphère ou de la surface, la polarisation peut permettre de mesurer certains paramètres orbitaux de la planète. En effet, la polarisation étant sensible à une rotation du plan de diffusion, la variation de la polarisation avec la rotation de la planète autour de son étoile peut être reliée à une inclinaison du plan orbital et/ou à une excentricité de l'orbite.

Disque protoplanétaires

Les disques protoplanétaires peuvent aussi être étudiés par polarimétrie. La lumière de l'étoile au centre du disque est non polarisée, mais les grains du disque autour diffusent la lumière et génèrent ainsi beaucoup de polarisation. Un instrument sensible à la polarisation peut ainsi mieux voir le disque qu'en lumière normale et peut donc l'étudier plus en détail.

L'étoile HR4796A

L'étoile HR4796A observée par le Gemini Planet Imager. À gauche, l'image en intensité et à droite la même cible en lumière polarisée. La lumière de l'étoile est non polarisée tandis que le disque de poussières présent autour de celle-ci polarise fortement la lumière. L'observation en lumière polarisée permet ainsi de mieux distinguer le disque de son étoile.

Crédit : Gemini Planet Imager; Processing by Marshall Perrin, Space Telescope Science Institute.

Pour de tels disques, on peut ainsi étudier les grains qui les composent, mais aussi identifier leur orientation et d'éventuelles structures internes. Ce genre d'observations permet ainsi de mieux contraindre les modèles de formation planétaire.