La découverte de Gemma

Astrophysique: La découverte de Gemma

Le système planétaire autour d’AltaMira a été confirmé en 2012 par une équipe de l’observatoire de Genève. A l’origine, l’étoile double était appelée 55 Eridani A et B, du fait de son appartenance à la constellation de l’Eridan.

Utilisant le fait que depuis la Terre, les deux étoiles s’éclipsent, une équipe de recherche a démontré une lente variation dans le temps de la période de ces éclipses, laissant supposer que d’autres corps étaient en orbite autour de la binaire. Ceci déclencha une campagne de mesures, utilisant la technique dite des vitesses radiales. En 2012, deux planètes géantes gazeuses sont confirmées par l’observatoire de Genève combinant toutes les donnéesdisponibles : une assez grosse faisant près de 5 Mjup (5 fois la masse de Jupiter) sur une orbite presque circulaire de 9 AU (Unités Astronomiques), l’autre de masse similaire à Jupiter est située à 25 AU. La proximité de ce système planétaire avec le Soleil simplifie la détection directe des planètes. Un programme d’imagerie directe est donc démarré.

Après maintes acquisitions de données et un long traitement des images, une troisième planète fut détectée, alors vraisemblablement tellurique et de taille modeste, que l’on nomma 55 Eridani d, la future Gemma. Ces images révélèrent aussi la présence d’anneaux autour de la géante externe. Le système comprend également deux autres petites planètes, découvertes plus tard.

Il faudra attendre une vingtaine d’années (le temps nécessaire au développement de technologies plus précises) pour découvrir que cette planète possède une atmosphère composée d’azote, d’oxygène et de gaz rares. Une atmosphère respirable par l’humain et découlant de processus biologiques. Son albédo élevé indique également la présence d’étendues fortement réfléchissantes: de la glace.

Caractéristiques du système planétaire AltaMira

Système binaire:
Deux objets en orbite l’un autour de l’autre, par exemple deux étoiles, une étoile et un trou noir, deux trous noirs…

Alta:
Étoile de 1.4 Msolaire et 1.7 Rsolaire, qui donne une température de 6500K, suffisant pour développer la vie, mais pas trop. De type spectral: F5V.

Mira:
Étoile de 0.8 Msolaire, 0.8 Rsolaire, 5000K de température. De type spectral K1V.
Les deux étoiles sont âgées de 2 Gyr (2 milliards d’années). De par sa magnitude élevée, cette paire d’étoiles est l’une des plus brillantes du ciel terrestre. Elles sont visibles à l’œil nu. Le système se situe à une distance de 6.5 années lumière de la Terre.

La période de cette binaire est de 30 et quelques jours. Ce qui rend les observations assez aisées pour détecter une planète par variations de temps d’éclipses. Les deux étoiles apparaissent le plus souvent dans le ciel ensemble, mais peuvent aussi être séparées par l’horizon, l’une se levant alors que l’autre est encore cachée.

Ces deux étoiles engendrent une zone habitable entre 1.8 et 2.7 AU (Unités astronomiques). Du fait de leur proximité, elles vont s’éclipser fréquemment (à peu près tout les quinze jours). Lorsque la plus petite passe devant la plus grosse, on assiste à une baisse de température à la surface de Gemma pendant quelques heures, activant ainsi des vents. Certains coups de blast (vent violent catabatique) peuvent donc être prévisibles.

Système de AltaMira (Vestiges)

Télécharger le Système planétaire de Alta-Mira au format pdf
Source: Sylvia Ekström

Gemma:
la période orbitale de Gemma est de 4.4 ans. Son orbite est excentrique de 0.2, ce qui la fait aller de 2.6 à 4.4 AU. La plupart du temps, Gemma se trouve hors de la zone habitable, ce qui la rend glaciale. L’hiver, très long et très froid, s’étend sur la quasi totalité de l’année (3.5 ans). Les autres saisons, très courtes, se concentrent sur le reste de l’année.

Point de Lagrange:
Sur une orbite, il existe 5 points d’équilibre: L1, L2, L3, L4, L5. Un objet placé sur l’un de ces points va demeurer en place. Les plus stables sont L4 et L5. Les points L1, L2, L3 sont plus instables et nécessitent un ajustement pour maintenir un satellite en orbite, par exemple.

Le Grand Arc est situé au point de Lagrange L1, et nécessite de l’énergie pour se maintenir en orbite.

Vitesses radiales:
La méthode des vitesses radiales est une méthode spectroscopique utilisée dans la recherche d’exoplanètes (par exemple équipe de Michel Mayor à l’observatoire de Genève/Sauvergny). Elle implique l’observation de l’effet Doppler-Fizeau dans le spectre de l’étoile autour de laquelle une planète orbite.

Système de Bantak (Origines)

Télécharger le Système planétaire de Bantak au format pdf
Source: Sylvia Ekström

La durée du voyage vers le système AltaMira:
Dix-sept ans et neuf jours.

Dans le détail: deux phases d’accélération et de décélération à 1.2 g de deux cent quatre-vingt-trois jours chacune; puis quinze ans et cent soixante-treize jours à la vitesse constante de 0.4 c (40% de la vitesse de la lumière c) pour parcourir 6.19 années-lumière. Au total, 6.5 années-lumière pour un aller simple.
Avec cette vitesse, encore peu d’effets relativistes sont ressentis entre les Terriens restés sur Terre et ceux qui voyagent en direction du système AltaMira. Sur Terre, le temps ne s’écoule que 9% plus rapidement qu’à bord du vaisseau.

La colonisation de Gemma est devenue une priorité après l’échec de la terraformation de Mars. Le GNOM, gouvernement mondial, a tout mis en œuvre pour rendre ce périple possible. L’intrigue de Vestiges se déroule en 2310.

Notion de Physique

Constante de Planck:
Paramètre fondamental de la physique quantique qui détermine la taille des unités discrètes d’énergie, de masse, de spin, qui quantifient le monde microscopique.

Dualité onde-particule:
Fait que toutes les ondes se comportent parfois comme des particules ❨corpuscules❩ et toutes les particules parfois comme des ondes.

Effet tunnel:
Phénomène quantique montrant que des objets peuvent traverser des barrières infranchissables selon les lois de la physique classique.

Espace-temps:
Tissu à quatre dimension résultant de l’unification de l’espace et du temps, issue de la relativité restreinte. Matériau à partir duquel l’Univers est façonné.

Fonction d’onde:
Ondes de probabilité qui sont les fondements de la théorie quantique.

Force de marée:
Accélération gravitationnelle qui comprime les objets dans certaines directions et les dilate dans d’autres. Les forces de marée produites par la lune et le Soleil sont responsables des marées océaniques terrestres et, dans le cas de Gemma, des déformations du Glacier.

Fluctuations quantiques ou fluctuations du vide:
Comportement turbulent d’un système aux échelles microscopiques, dû aux relations d’incertitude de Heisenberg. Ou : oscillations aléatoires, imprévisibles et impossibles à supprimer dun champ, causées par une « lutte d’influence » au cours de laquelle des régions voisines de l’espace se volent mutuellement de l’énergie avant de la restituer.

Longueur de Planck:
Environ dix puissance moins trente-trois centimètre. Echelle en deçà de laquelle les fluctuations quantiques de la structure de l’espace-temps deviennent énormes. Taille d’une corde dans la théorie des cordes.

Macroscopique:
Se réfère aux échelles rencontrées dans le monde courant.

Mousse ou écume quantique:
Caractère tumultueux et effervescent de la structure de l’espace-temps aux échelles ultramicroscopiques.

Multivers:
Idée selon laquelle notre univers ne serait qu’un univers parmi un nombre énorme d’univers distincts.

Particules virtuelles:
Particules qui font temporairement éruption du vide ; elles n’existent que grâce à de l’énergie empruntée et, en accord avec les relations d’incertitude de Heisenberg, s’annihilent rapidement.

Principe anthropique:
Doctrine selon laquelle l’Univers abrite la vie du fait de ses propriétés intrinsèques. Si ces propriétés avaient été différentes, la vie aurait eu peu de chances de se former.

Principe ou relation d’incertitude:
Principe de la physique quantique, découvert par Heisenberg, et en vertu duquel il existe certaines caractéristiques de l’Univers ❨comme la position et la vitesse d’une particule❩ que l’on ne peut connaître avec une précision totale. Ces aspects incertains du monde microscopique deviennent d’autant plus forts que les échelles de temps et de distance sont petites. Cela implique que le monde microscopique est une grouillante effervescence, immergée dans un océan de fluctuations quantiques.

Quantum ❨pl.: Quanta❩:
La plus petite unité dans laquelle une grandeur physique peut être divisée. Exemple : les photons sont les quantas du champ électromagnétique.

Relativité générale:
Formulation d’Einstein de la gravitation, qui montre que l’espace et le temps transmettent l’interaction gravitationnelle par leur courbure.

Singularité:
Point où la structure de l’espace-temps souffre d’une rupture.

Vide:
Région de l’espace-temps exempte de toute particule, de tout champ et de toute énergie. Seules demeurent les fluctuations du vide.

Géologie et Glaciologie

Albédo:
Rapport de l’énergie solaire réfléchie par une surface à l’énergie solaire incidente. C’est une notion comparable à la réflectivité, mais d’application plus spécifique, utilisée notamment en astronomie et en planétologie — ainsi qu’en géologie.

Un corps est perçu comme blanc dès qu’il réfléchit au moins 80% de la lumière d’une source lumineuse blanche. À l’inverse tout corps réfléchissant moins de 3% de la lumière incidente paraît noir. Certaines matières ont un albédo très variable, comme les nuages. En revanche, les corps solides ont bien souvent des albédos fixes, qui caractérisent leur composition chimique. Le sable possède un albédo entre 0,25 et 0,30, la glace environ 0,60, la neige jusqu’à 0,90. L’albédo moyen terrestre est de 0,30 toutes surfaces confondues. L’albédo est l’un des indicateurs de la température de la surface terrestre, véritable «baromètre» des variations climatiques.

Le refroidissement d’origine astronomique entraîne une extension des glaces continentales, de l’inlandsis, des glaciers, et donc une augmentation de l’albédo; la planète réfléchit davantage le rayonnement solaire, en absorbe moins, ce qui amplifie son refroidissement.

L’albédo est utilisé en astronomie pour avoir une idée de la composition d’un corps trop froid pour émettre sa propre lumière, en mesurant la réflexion d’une source lumineuse externe, comme le Soleil. On peut différencier ainsi facilement les planètes gazeuses, qui ont un fort albédo, des planètes telluriques qui ont elles, un albédo faible.

Gemma a un albédo maximal, du fait que la planète est une terre «boule de neige», ce qui rend très difficile un hypothétique réchauffement.

Snowball Earth ou planète boule de neige:
Il y a environ 750 millions d’années, la Terre aurait été entièrement recouverte de glace, une hypothèse connue sous le nom de glaciation « boule de neige ».

En 1992 et 1998 des scientifiques émettent l’hypothèse que la Terre aurait connu à la fin du Protérozoïque un épisode glaciaire majeur et unique en son genre. Les calottes polaires auraient atteint l’équateur comme l’indiquent des dépôts glaciaires caractéristiques retrouvés sur le pourtour du globe. L’hypothèse d’un changement d’obliquité de la Terre ayant été éliminée, seule une diminution de la concentration en CO2 de l’atmosphère a paru plausible aux spécialistes. Dans un article de la revue Nature ❨mars 2004❩, deux équipes du CNRS et du CEA montrent que la dislocation du super continent Rodinia a pu, à elle seule, avoir provoqué un refroidissement majeur de la planète.

En effet, il y a 800 millions d’années, à l’ère du néo-Protérozoïque, les continents de la planète étaient groupés en un super continent, la Rodinia, centré sur l’équateur et s’étendant des latitudes 60° nord à 60° sud. La Rodinia commence à se fracturer dès cette époque, probablement du fait d’une activité volcanique importante, et les blocs continentaux, qui vont donner naissance aux continents actuels, se dispersent le long de l’équateur. Cet événement majeur s’accompagne d’une part de l’ouverture d’océans et de bras de mer, créant de nouvelles sources d’humidité à proximité des continents, et d’autre part d’éruptions volcaniques créant d’importants épanchements basaltiques à la surface des continents. L’augmentation des précipitations et du ruissellement sur les continents entraîne alors une dissolution accrue de l’ensemble des roches continentales, y compris des surfaces basaltiques. Or, les surfaces basaltiques, quand elles s’érodent sous l’effet de l’humidité, consomment 8 fois plus de carbone qu’une même surface granitique. On observe alors une chute du CO2 atmosphérique déposé in fine sous forme de carbonates sédimentaires au fond des océans. Cette réaction en chaîne va donc provoquer un refroidissement de l’atmosphère, résultat attendu d’une diminution du CO2 atmosphérique.