When a comet hits a tidally locked exo-Earth
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lorsqu'une comète percute une exo-Terre en phase de marée
Par David Appell, Phys.org
Image ultraviolette du train de fragments de la comète Shoemaker-Levy 9 impactant l'atmosphère de Jupiter en 1994. Le point noir en haut représente Io, la lune de Jupiter. Crédit : Hubble Space Telescope Comet Team, NASA
Les comètes qui ont percuté la Terre ont été diverses et variées. Au début de l'histoire de la Terre, lors des débuts chaotiques du système solaire, elles étaient probablement la source de l'eau de notre planète, représentant finalement environ 0,02 % de la masse de la planète. (Mars et Vénus ont reçu une fraction similaire.)
Les comètes ont apporté des molécules organiques complexes et la biosphère, mais ont ensuite représenté une menace pour celle-ci lors de collisions cométaires. Une comète (ou un astéroïde) a probablement provoqué l'événement de Toungouska en 1908 en Russie, et un fragment de comète a probablement déclenché le changement climatique rapide du Dryas récent il y a 12 800 ans, avec ses extinctions massives.
Si de telles collisions se produisent ici, elles se produiront probablement aussi dans d'autres systèmes solaires. Trois scientifiques britanniques ont modélisé les impacts d'une collision cométaire glacée avec une planète tellurique semblable à la Terre, soumise aux marées. De tels objets sont des candidats de choix pour la recherche d'exoplanètes habitables hors de notre système solaire.
Ils ont découvert que même des impacts cométaires relativement petits peuvent perturber significativement le climat d'une planète tellurique semblable à la Terre, soumise aux marées, ainsi qu'apporter de l'oxygène à l'atmosphère et être à l'origine des océans d'une exoplanète. En fait, nous pourrions même les observer avec les télescopes spatiaux actuels.
Le premier de leurs deux articles sur le sujet a été publié dans The Astrophysical Journal.
En fait, les exoplanètes à effet de marée, qui montrent toujours la même face de leur étoile, pourraient avoir un taux d'impacts cométaires plus élevé que la Terre. Cela s'explique par le fait que nombre d'entre elles orbitent dans la zone habitable des naines M, une région très proche de ces étoiles froides.
À des distances orbitales aussi faibles, les exoplanètes auraient des vitesses orbitales supérieures à celle de la Terre (deuxième loi de Kepler), ce qui, combiné à l'effet de focalisation des intrus cométaires sur l'étoile, engendrerait des taux d'impacts plus élevés.
Par exemple, le système planétaire TRAPPIST-1, situé à environ 40 années-lumière de la Terre, possède une naine M rouge froide (« naine rouge »), avec sept exoplanètes connues, toutes situées à des distances orbitales très circulaires comprises entre 0,01 et 0,06 UA (unité astronomique), avec des périodes orbitales allant de 1,5 à 19 jours. Trois ou quatre de ces exoplanètes pourraient se trouver dans la zone habitable de l'étoile, où de l'eau liquide pourrait exister à la surface de l'exoplanète.
Les naines M sont le type d'étoile le plus courant dans la Voie lactée, représentant environ 75 % de toutes les étoiles. Une telle proximité avec une naine M pourrait également influencer la dynamique et la chimie atmosphériques d'une exoplanète, ce qui affecterait à son tour la réponse de l'atmosphère aux impacts de comètes.
Ces exoplanètes proches peuvent subir d'importants échanges de moment angulaire avec leur étoile via des couples de marée. C'est ce type d'exoplanètes que Sainsbury-Martinez et ses deux collègues ont étudié.
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Pour étudier l'effet d'un impact cométaire unique, le groupe a couplé un modèle d'impact cométaire de 2024, créé par Sainsbury-Martinez et un collègue, à un modèle climatique commun, précédemment utilisé pour explorer la dynamique et la chimie atmosphériques d'exoplanètes analogues à la Terre et d'exoplanètes à effet de marée.
Le modèle d'impact cométaire incluait la physique de la dynamique de la fragmentation de la comète et de l'ablation thermique (fusion) de sa surface. Ils ont supposé une comète de 2,5 km de rayon, constituée de glace d'eau pure, arrivant perpendiculairement à la surface de l'exoplanète, déversant de l'eau et de l'énergie thermique dans l'atmosphère terrestre de l'exoplanète TRAPPIST-1e, un objet d'intérêt majeur dans la recherche d'une exoplanète habitable semblable à la Terre. (Une telle comète aurait une masse d'environ 65 gigatonnes, soit un peu plus d'un tiers de celle de l'Everest.)
Lorsque la comète pénètre dans l'atmosphère, sa densité augmente, tout comme la traînée et la contrainte atmosphériques qui s'exercent sur la comète, ce qui accroît l'ablation thermique (fusion et évaporation).
Finalement, cette pression dynamique dépasse la résistance à la traction de la comète, qui commence à se désagréger. Ce processus peut être très complexe, mais on sait que la seule prise en compte de la désintégration par bélier suffit à reproduire les points de désintégration, par exemple, du train de comètes Shoemaker-Levy 9 qui a percuté Jupiter en 1994.
Une fonction de décroissance exponentielle a été utilisée pour garantir que la désintégration de toute la matière de la comète et de son énergie cinétique se produise dans l'atmosphère, avant que la surface ne soit atteinte.
En utilisant les modèles couplés, le groupe a constaté qu'il fallait environ 20 ans pour que l'atmosphère du modèle retrouve un état quasi stationnaire. La comète a modifié la teneur en eau de l'atmosphère, la majeure partie de l'eau étant libérée à des pressions supérieures à 10 pascals (Pa) (la pression à la surface de la Terre est de 101 000 Pa).
Après un mois de simulation, on a observé une augmentation de plusieurs ordres de grandeur pour les pressions inférieures à 100 Pa. Étant dans l'atmosphère externe, la surface n'a pratiquement pas réagi à l'afflux d'eau, principalement en raison de l'augmentation exponentielle de la pression atmosphérique près de la surface. L'augmentation de la teneur en eau atmosphérique dans la moyenne atmosphère a été la plus durable depuis plus de 15 ans après l'impact.
« Même un impact cométaire relativement faible peut perturber considérablement le climat d'une planète tellurique (similaire à la Terre) », a déclaré Sainsbury-Martinez, « les changements étant suffisamment importants pour que nous puissions même les observer à l'aide de télescopes spatiaux tels que l'actuel télescope spatial James Webb (JWST) ou le futur observatoire des mondes habitables (HWO).»
Dans un article complémentaire, il étudie un impact similaire avec une planète semblable à la Terre – la masse de TRAPPIST-1e ne représente que 70 % de celle de la Terre – qui ne serait pas soumise à un effet de marée.
Il s’attend à ce que les différences par rapport au modèle actuel, dues aux différences de circulation/vents, soient significatives en raison du transport horizontal autour de la planète dans l’atmosphère, tandis que les différences dues aux différences de circulation/vents sont significatives, le transport horizontal jouant un rôle plus important dans le mélange.
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RESUME
Lorsqu'une comète percute une exo-Terre en rotation synchrone
Les comètes qui ont percuté la Terre ont été diverses. Au début de l'histoire de la Terre, lors des débuts chaotiques du système solaire, elles étaient probablement la source de l'eau de notre planète, représentant environ 0,02 % de sa masse. (Mars et Vénus ont reçu une fraction similaire.)
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COMMENTAIRES
L 'hypothèse de l apport d eau par collisions de comètes
avecla jeune Terre est recevable ,mais il faut reconnaitre que les causes et la cinétique de la transformation d une nébuleuse proto planétaire (de galette )en systeme etoile+ plantes sont trés divers ert encore imprécises ....
Les cas de systemes à 2 étoiles ne sont pas rares ,.
.Combien y a-t-il de systèmes stellaires ?
Sur un total de 4 461 étoiles connues pour avoir des exoplanètes (au 17 avril 2025), il existe un total de 976 systèmes multiplanétaires connus , ou étoiles avec au moins deux planètes confirmées, au-delà du système solaire.
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More information: F. Sainsbury-Martinez et al, The Response of Planetary Atmospheres to the Impact of Icy Comets. I. Tidally Locked Exo-Earths, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/ad96ad
Journal information: Astrophysical Journal
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