Mini-challenge
NIVEAU DÉBUTANT
12 à 18 ans
Complétez cette enquête
pour découvrir comment analyser les données satellitaires afin de découvrir la taille et la période orbitale
période orbitale des exoplanètes et devenir un véritable détective des exoplanètes.
Question 1
Les exoplanètes sont des planètes en orbite autour d'étoiles autres que notre soleil. Nous avons découvert plus de 5 000 exoplanètes, mais elles sont difficiles à détecter, car le signal qu'elles émettent est faible par rapport à celui, beaucoup plus important, de leur étoile hôte, plus grosse et plus brillante.
Comment les exoplanètes sont-elles détectées ?
Choisir une ou plusieurs options.
- En repérant directement les exoplanètes
- En se rendant sur les exoplanètes
- En mesurant les variations du mouvement de l'étoile hôte
- En mesurant les variations de la lumière que nous recevons de l'étoile
- En repérant directement les exoplanètes
- En mesurant les variations du mouvement de l'étoile hôte
- En mesurant les variations de la lumière que nous recevons de l'étoile
Question 2
L'une des méthodes de détection des exoplanètes est la suivante photométrie de transit. L'exoplanète est détectée en mesurant l'affaiblissement de la lumière provenant de l'étoile lorsque l'exoplanète passe entre l'étoile et le télescope. C'est ce qu'on appelle un transit d'exoplanète.
A courbe de lumière est la mesure de la lumière de l'étoile hôte sur une période de temps. La taille du creux dans la courbe de lumière d'une étoile lors du passage d'une exoplanète est appelée profondeur du transit.
Quelle est la profondeur du transit dans la représentation de la courbe de lumière de la figure 1 ?
Choisir une option.
- 10%
- 1%
- 8%
- 0.8%
Question 3
Analysons maintenant une courbe de lumière réelle de l'étoile KELT-3. Les données ont été acquises par le satellite Cheops de l'ESA en janvier 2023.
Analyser la courbe de lumière. Mesurez la profondeur de transit de l'exoplanète KELT-3b et estimez son rayon à l'aide de l'équation ci-dessous.
\text{radius de la planète} \approx \sqrt{\text{radius de l'étoile}^2 × \frac{\text{profondeur de transit}}{100\%}}
Le rayon de l'étoile KELT-3 est 1,7 fois le rayon du Soleil.
Quel est le rayon de l'exoplanète KELT-3b ?
Choisir une option.
- Environ 0,16 fois le rayon du soleil
- Environ 1,6 fois le rayon du soleil
- Environ 0,43 fois le rayon du soleil
- Environ 0,04 fois le rayon du soleil
La bonne réponse est 0,16 fois le rayon du Soleil.
Examinons le calcul en détail :
Figure 2a : Données KELT-3b de Cheops avec le modèle de courbe de lumière de transit le mieux ajusté de allesfitter avec estimation de la profondeur du transit.
Le rayon de l'étoile KELT-3 est connu et fourni :
\thickspace \thickspace \text{rayon de l'étoile} = 1,7 × \text{rayon du Soleil}
En analysant les données de Cheops, nous pouvons mesurer la profondeur du transit comme étant approximativement de 0.9\% (figure 2a).
En utilisant l'équation :
\thickspace \thickspace \text{radius de la planète} \approx \sqrt{\text{radius de l'étoile}^2 × \frac{\text{profondeur de transit}}{100\%}}
\thickspace \thickspace \text{radius de la planète} \approx \sqrt{(1.7 × \text{rayon du Soleil} )}^2 × \frac{0.9\%}{100\%}}
\thickspace \thickspace \text{rayon de la planète} \approx 0.16 × {\text{radius du Soleil}}
Vous pouvez également comparer cette valeur à celle de la Terre en la convertissant en unités de rayons terrestres.
\n- espace restreint \n- espace restreint \n-texte{rayon du Soleil} \approx 109 × \text{rayon de la Terre}
\n- espace restreint \n- espace restreint \n-texte{rayon de la planète} \N- Environ 0,16 × 109 \N- Environ 17,44 × \N- Texte{rayon de la Terre}
Question 4
Quelle est la période orbitale de cette exoplanète ?
Choisir une option.
- 1 jour
- 1,5 jours
- 2 jours
- 2,5 jours
L'option correcte est 2 jours.
Question 5
Vous êtes maintenant prêt à interpréter la courbe de lumière mesurée de K2-141. Les données ont été acquises par le satellite Cheops de l'ESA en septembre 2023.
Analysez la courbe de lumière de la figure 4. Décrivez les informations que vous pouvez extraire de cet ensemble de données.
Informations supplémentaires : Le rayon de l'étoile K2-141 est 0,7 fois le rayon du Soleil.
Voyez-vous quelque chose d'inhabituel dans l'intrigue ?
Expliquez vos observations.
Question 6
Les exoplanètes sont très diverses : elles peuvent avoir des tailles, des masses et des températures différentes. Nous pouvons les regrouper en différents types en comparant leurs propriétés à celles des planètes de notre système solaire.
Analysez les caractéristiques de toutes les planètes et exoplanètes ci-dessous. Reliez le type de chaque exoplanète à son nom.
-
Hot Jupiter
-
Mini-Neptune
-
Super-Terre
-
K2-141b
-
KELT-3b
-
TOI-560c
Terre
\footnotesize \text{radius} = 1 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 1 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = 15 \degree C
Jupiter
\footnotesize \text{rayon} = 11,21 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 317,8 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = -110\degree C
Neptune
\footnotesize \text{radius} = 3,88 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 17,1 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = -200\degree C
KELT-3b
\footnotesize \text{radius} = 17,5 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 617 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = 1543 \degree C
TOI-560c
\footnotesize \text{radius} = 2,4 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 10 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = 225 \degree C
K2-141b
\footnotesize \text{radius} = 1,5 × \text{rayon de la Terre} \footnotesize \text{masse} = 5 × \text{masse de la Terre} \footnotesize \text{temperature} = 1830 \degree C
La température fait référence à la température moyenne à la surface de la planète.
La taille des planètes et des exoplanètes n'est pas à l'échelle.
La solution correcte est la suivante :
- Jupiter chaud - KELT-3b
- Mini-Neptune - TOI-560c
- Super-Terre - K2-141b
Question 7
À ce jour, la Terre est le seul endroit de l'univers où l'on trouve de la vie. Les fossiles les plus anciens de la planète ont 3,7 milliards d'années. Lorsque la vie s'est formée sur notre planète, les conditions étaient très différentes.
Pensez-vous que la vie pourrait exister sur l'une des trois exoplanètes citées précédemment ?
Expliquez pourquoi.
Poursuivez votre travail d'investigation en analysant en détail les données Cheops de KELT-3b, TOI-560c ou du système planétaire K2-141.
