La NASA aide à déchiffrer comment certaines planètes lointaines ont des nuages ​​de sable

La plupart des nuages ​​​​sur Terre sont constitués d’eau, mais au-delà de notre planète, ils se présentent sous de nombreuses variétés chimiques. Le sommet de l’atmosphère de Jupiter, par exemple, est recouvert de nuages ​​jaunes composés d’ammoniac et d’hydrosulfure d’ammonium. Et sur les mondes en dehors de notre système solaire, il y a des nuages ​​composés de silicates, la famille des minéraux formant des roches qui composent plus de 90 % de la croûte terrestre. Mais les chercheurs n’ont pas pu observer les conditions dans lesquelles ces nuages ​​de petits grains de poussière se forment.

Une nouvelle étude parue dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society donne un aperçu : la recherche révèle la plage de températures à laquelle les nuages ​​de silicate peuvent se former et sont visibles au sommet de l’atmosphère d’une planète lointaine. La découverte a été dérivée d’observations par le télescope spatial Spitzer à la retraite de la NASA de naines brunes – des corps célestes qui se situent entre les planètes et les étoiles – mais elle s’inscrit dans une compréhension plus générale du fonctionnement des atmosphères planétaires.

« Comprendre les atmosphères des naines brunes et des planètes où les nuages ​​de silicate peuvent se former peut également nous aider à comprendre ce que nous verrions dans l’atmosphère d’une planète dont la taille et la température sont plus proches de la Terre », a déclaré Stanimir Metchev, professeur d’études sur les exoplanètes à Western Université de London, Ontario, et co-auteur de l’étude.

Chimie trouble

Les étapes pour créer n’importe quel type de nuage sont les mêmes. Tout d’abord, chauffez l’ingrédient clé jusqu’à ce qu’il devienne une vapeur. Dans les bonnes conditions, cet ingrédient peut être une variété de choses, y compris de l’eau, de l’ammoniac, du sel ou du soufre. Piégez-le, refroidissez-le juste assez pour qu’il se condense, et voilà, des nuages ! Bien sûr, la roche se vaporise à une température beaucoup plus élevée que l’eau, de sorte que les nuages ​​de silicate ne sont visibles que sur les mondes chauds, comme les naines brunes utilisées pour cette étude et certaines planètes en dehors de notre système solaire.

Bien qu’elles se forment comme des étoiles, les naines brunes ne sont pas assez massives pour déclencher la fusion, le processus qui fait briller les étoiles. De nombreuses naines brunes ont des atmosphères presque impossibles à distinguer de celles des planètes dominées par le gaz, telles que Jupiter, elles peuvent donc être utilisées comme proxy pour ces planètes.

Avant cette étude, les données de Spitzer suggéraient déjà la présence de nuages ​​de silicate dans une poignée d’atmosphères de naines brunes. (Le télescope spatial James Webb de la NASA sera en mesure de confirmer ces types de nuages ​​sur des mondes lointains.) Ce travail a été effectué au cours des six premières années de la mission Spitzer (lancée en 2003), lorsque le télescope faisait fonctionner trois instruments refroidis cryogéniquement. Dans de nombreux cas, cependant, les preuves de nuages ​​de silicate sur les naines brunes observées par Spitzer étaient trop faibles pour se suffire à elles-mêmes.

Pour cette dernière recherche, les astronomes ont rassemblé plus de 100 de ces détections marginales et les ont regroupées par la température de la naine brune. Tous se situaient dans la plage de températures prévue pour l’endroit où les nuages ​​de silicate devraient se former : entre environ 1 900 degrés Fahrenheit (environ 1 000 degrés Celsius) et 3 100 F (1 700 C). Bien que les détections individuelles soient marginales, elles révèlent ensemble un trait définitif des nuages ​​de silicate.

« Nous avons dû fouiller dans les données de Spitzer pour trouver ces naines brunes où il y avait des indications de nuages ​​de silicate, et nous ne savions vraiment pas ce que nous allions trouver », a déclaré Genaro Suárez, chercheur postdoctoral à l’Université Western et auteur principal de la nouvelle étude. « Nous avons été très surpris de la force de la conclusion une fois que nous avons eu les bonnes données à analyser. »

Dans les atmosphères plus chaudes que l’extrémité supérieure de la plage identifiée dans l’étude, les silicates restent sous forme de vapeur. En dessous de l’extrémité inférieure, les nuages ​​se transformeront en pluie ou s’enfonceront plus bas dans l’atmosphère, là où la température est plus élevée.

En fait, les chercheurs pensent que les nuages ​​de silicate existent profondément dans l’atmosphère de Jupiter, où la température est beaucoup plus élevée qu’au sommet, en raison de la pression atmosphérique. Les nuages ​​​​de silicate ne peuvent pas monter plus haut, car à des températures plus basses, les silicates se solidifieront et ne resteront pas sous forme de nuage. Si le sommet de l’atmosphère était plus chaud de plusieurs milliers de degrés, les nuages ​​d’ammoniac et d’hydrosulfure d’ammonium de la planète se vaporiseraient et les nuages ​​de silicate pourraient potentiellement monter au sommet.

Les scientifiques découvrent une ménagerie de plus en plus variée d’environnements planétaires dans notre galaxie. Par exemple, ils ont trouvé des planètes avec un côté faisant face en permanence à leur étoile et l’autre en permanence dans l’ombre – une planète où des nuages ​​de compositions différentes peuvent être visibles, selon le côté observé. Pour comprendre ces mondes, les astronomes devront d’abord comprendre les mécanismes communs qui les façonnent.