Des nuages de roches sur le coté nuit des atmosphères d'exoplanètes chaudes ?
Parmi les quelque 5500 exoplanètes découvertes à ce jour, les planètes de type Jupiters Chauds sont abondamment observées et caractérisées par des télescopes au sol et dans l’espace, afin de comprendre les mécanismes régissant leurs atmosphères. Notamment, le nouveau télescope spatial James Webb (JWST) permet de sonder ces atmosphères avec une précision et une couverture spectrale inégalée.
Une particularité de ces planètes à courte période orbitale (quelques jours) et fortement irradiées est de présenter toujours la même face à leur étoile (comme la Lune autour de la Terre). Ceci induit un très fort contraste thermique entre le côté jour permanent (entre 1000-1800℃) et le côté nuit permanent (entre 500-1300 ℃).
En complément des observations réalisées par le JWST, une équipe française, incluant des scientifiques CNRS Terre & Univers (voir encadré), a développé un Modèle de Climat Global (GCM), un modèle numérique tridimensionnel de simulation des atmosphères planétaires prenant ses racines dans l’étude du climat terrestre, afin d'interpréter les observations et de comprendre les processus physiques, dynamiques et chimiques contrôlant ces atmosphères exotiques.
IIlustration de la circulation atmosphérique et de la structure thermique de WASP-43 b
iIlustration de la circulation atmosphérique et de la structure thermique de WASP-43 b modélisées à l'aide du Generic PCM. La gradation de couleur représente l'évolution spatiale de la température, du plus chaud côté jour (jaune-rouge) aux températures les plus froides du côté nuit permanent (violet).
En particulier, l’équipe scientifique s’est concentrée sur la question des nuages pouvant exister sur le côté nuit de ces planètes, leur impact sur la structure thermique et dynamique de l’atmosphère, ainsi que leurs effets sur les observations.
L’étude porte sur le cas d’un Jupiter Chaud, WASP-43 b, récemment observée avec le spectromètre à basse résolution dans l’infrarouge moyen du JWST, l’instrument MIRI-LRS. Les simulations numériques montrent que des nuages se forment naturellement sur le côté nuit de la planète, et ont un effet de serre réchauffant sur l’atmosphère. De plus, les nuages modifient la circulation atmosphérique, réduisant notamment la vitesse des vents.
La comparaison aux observations confirme la présence de nuage sur le côté nuit de la planète mais pas sur le côté jour. Pour les conditions de température de WASP-43 b, ces nuages devraient être composés de particules rocheuses, mais leur composition n’est pas encore clairement identifiée.
Cartes de l’émission thermique et de la répartition nuageuse
Cartes de l’émission thermique (gauche) et de la répartition nuageuse (droite) issues d’une modélisation de WASP-43 b à l’’aide du Generic PCM. Le côté jour représente un pic d’émission thermique (en jaune-beige) et une absence totale de nuages, et le coté nuit un minimum d’emission thermique (violet-noir, à gauche) du à une opacité nuageuse maximale (gris-noir, à droite).
Laboratoires CNRS impliqués
- Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA - Observatoire de Paris)
Tutelles : CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Cité - Laboratoire de météorologie dynamique (LMD - ECCETERRA)
Tutelles : CNRS / ENS / Institut polytechnique de Paris / Sorbonne Université - Astrophysique, Interprétation, Modélisation (AIM)
Tutelles : CNRS / CEA / Université Paris Cité - Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux (LAB - OASU)
Tutelles : CNRS / Université de Bordeaux
Pour en savoir plus
Teinturier et al., The radiative and dynamical impact of clouds in the atmosphere of the hot Jupiter WASP-43 b, A&A, 2024.