Sur Terre, la tectonique des plaques n’est pas seulement responsable de la montée des montagnes et des tremblements de terre. C’est également une partie essentielle du cycle qui amène la matière de l’intérieur de la planète à la surface et à l’atmosphère, puis la ramène sous la croûte terrestre. La tectonique a donc une influence vitale sur les conditions qui rendent finalement la Terre habitable.
Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont trouvé aucune preuve d’activité tectonique mondiale sur des planètes en dehors de notre système solaire. Une équipe de chercheurs dirigée par Tobias Meier du Center for Space and Habitability (CSH) de l’Université de Berne et avec la participation de l’ETH Zurich, de l’Université d’Oxford et du National Center of Competence in Research NCCR PlanetS a maintenant trouvé des preuves de les modèles d’écoulement à l’intérieur d’une planète, située à 45 années-lumière de la Terre: LHS 3844b. Leurs résultats ont été publiés dans Les lettres du journal astrophysique.
Un contraste extrême et aucune atmosphère
«L’observation des signes d’activité tectonique est très difficile, car ils sont généralement cachés sous une atmosphère», explique Meier. Cependant, des résultats récents suggèrent que LHS 3844b n’a probablement pas d’atmosphère. Légèrement plus grande que la Terre et probablement aussi rocheuse, elle orbite autour de son étoile si près qu’un côté de la planète est en plein jour et l’autre en nuit permanente – tout comme le même côté de la Lune fait toujours face à la Terre. En l’absence d’atmosphère la protégeant du rayonnement intense, la surface devient extrêmement chaude: elle peut atteindre jusqu’à 800 ° C en journée. Le côté nuit, par contre, est glacial. Les températures peuvent descendre en dessous de moins 250 ° C. «Nous pensions que ce contraste de température sévère pouvait affecter le flux de matière à l’intérieur de la planète», se souvient Meier.
Pour tester leur théorie, l’équipe a effectué des simulations informatiques avec différentes forces de matériaux et de sources de chaleur internes, telles que la chaleur du noyau de la planète et la désintégration des éléments radioactifs. Les simulations comprenaient le grand contraste de température sur la surface imposé par l’étoile hôte.
Flux à l’intérieur de la planète d’un hémisphère à l’autre
« La plupart des simulations ont montré qu’il n’y avait qu’un flux ascendant d’un côté de la planète et un flux descendant de l’autre. Les matériaux circulaient donc d’un hémisphère à l’autre », rapporte Meier. Étonnamment, la direction n’était pas toujours la même. « Sur la base de ce à quoi nous sommes habitués depuis la Terre, vous vous attendez à ce que le matériau sur le côté chaud soit plus léger et donc s’écoule vers le haut et vice versa », explique le co-auteur Dan Bower de l’Université de Berne et du NCCR PlanetS. Pourtant, certaines des simulations des équipes ont également montré la direction opposée du flux. «Ce résultat initialement contre-intuitif est dû au changement de viscosité avec la température: le matériau froid est plus rigide et ne veut donc pas se plier, se casser ou se subducter à l’intérieur. Le matériau chaud est cependant moins visqueux – donc même solide la roche devient plus mobile lorsqu’elle est chauffée – et peut facilement s’écouler vers l’intérieur de la planète », explique Bower. Quoi qu’il en soit, ces résultats montrent comment une surface et un intérieur planétaires peuvent échanger de la matière dans des conditions très différentes de celles de la Terre.
Un hémisphère volcanique
Un tel flux de matières pourrait avoir des conséquences étranges. « Quel que soit le côté de la planète où le matériau coule vers le haut, on s’attendrait à une grande quantité de volcanisme de ce côté-là », souligne Bower. Il poursuit «des remontées d’eau profondes similaires sur la Terre entraînent une activité volcanique à Hawaï et en Islande». On pourrait donc imaginer un hémisphère avec d’innombrables volcans – un hémisphère volcanique pour ainsi dire – et un avec presque aucun.
«Nos simulations montrent comment de tels modèles pourraient se manifester, mais il faudrait des observations plus détaillées pour les vérifier. Par exemple, avec une carte à plus haute résolution de la température de surface qui pourrait indiquer un dégazage accru du volcanisme ou une détection de gaz volcaniques. C’est quelque chose nous espérons que les recherches futures nous aideront à comprendre », conclut Meier.
Exploration spatiale bernoise: avec l’élite mondiale depuis le premier atterrissage sur la lune
Lorsque le deuxième homme, « Buzz » Aldrin, est sorti du module lunaire le 21 juillet 1969, la première tâche qu’il a effectuée a été de mettre en place l’expérience bernoise de composition du vent solaire (SWC) également connue sous le nom de « voile de vent solaire » par en le plantant dans le sol de la lune, avant même le drapeau américain. Cette expérience, qui a été planifiée et les résultats analysés par le Prof. Dr. Johannes Geiss et son équipe de l’Institut de Physique de l’Université de Berne, a été le premier grand temps fort de l’histoire de l’exploration spatiale bernoise.
Depuis lors, l’exploration spatiale bernoise fait partie de l’élite mondiale. Les chiffres sont impressionnants: 25 fois des instruments ont été lancés dans la haute atmosphère et l’ionosphère à l’aide de fusées (1967-1993), 9 fois dans la stratosphère avec des vols en ballon (1991-2008), plus de 30 instruments ont été pilotés sur des sondes spatiales et avec CHEOPS l’Université de Berne partage avec l’ESA la responsabilité de toute une mission.
Le travail fructueux du Département de recherche spatiale et des sciences planétaires (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne a été consolidé par la création d’un centre de compétence universitaire, le Centre pour l’espace et l’habitabilité (CSH). Le Fonds national suisse a également attribué à l’Université de Berne le Centre national de compétences en recherche (NCCR) PlanetS, qu’il gère avec l’Université de Genève.
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