En analysant les données d’observation du télescope spatial James Webb (JWST), des astronomes ont découvert un étonnant cycle météorologique sur une exoplanète de type Jupiter chaud, où des nuages minéraux se forment chaque matin et disparaissent presque complètement le soir. Ce phénomène pourrait s’expliquer soit par des vents violents entraînant les nuages du côté ensoleillé, soit par une évaporation liée à un changement brusque de température.
Les planètes de type Jupiter chaud sont des géantes gazeuses de taille similaire ou légèrement supérieure à celle de Jupiter et dont la température dépasse généralement les 1 000 °C, d’où leur appellation. Les tentatives d’analyse de composition des Jupiters chauds ont jusqu’ici été entravées par leur atmosphère généralement très nuageuse, qui occulte une grande partie de leurs couches atmosphériques inférieures.
Contrairement aux nuages terrestres, composés de vapeur d’eau, les nuages de ces exoplanètes sont constitués soit de métaux, soit de roches vaporisées, sous forme d’immenses particules minérales en suspension.
En utilisant les instruments d’imagerie de pointe du JWST, des astronomes ont pu observer avec précision le cycle météorologique de WASP-94Ab, une exoplanète de type Jupiter chaud située à environ 690 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Microscope. Cela constitue l’une des premières observations directes, avec un tel niveau de détail, du cycle des nuages sur une exoplanète de ce type.
« Cela fait 20 ans que j’étudie les exoplanètes, et la nébulosité générale a toujours été un problème majeur. Nous savons depuis un certain temps que les nuages sont omniprésents sur les planètes de type Jupiter chaud, ce qui est gênant car c’est comme essayer d’observer la planète à travers une vitre embuée », explique David Sing, co-auteur de l’étude sur l’exoplanète et professeur émérite en sciences de la Terre et des planètes à l’Université Johns Hopkins.
« Non seulement nous avons pu améliorer la visibilité, mais nous pouvons enfin déterminer la composition des nuages et comprendre comment ils se condensent et s’évaporent lorsqu’ils se déplacent autour de la planète. »
Un cycle probablement régulé par les vents violents ou les températures extrêmes
WASP-94Ab est environ 1,7 fois plus grande que Jupiter et orbite autour de l’une des deux étoiles d’un système binaire en quatre jours. Cette très courte période de révolution s’explique par le fait qu’elle est située à seulement 8,2 millions de kilomètres de son étoile mère. Cette proximité fait également que sa température avoisine les 1 200 °C. Pour analyser son atmosphère, Sing et son équipe ont utilisé une technique appelée spectroscopie de transit, consistant à observer la planète lorsqu’elle passe devant son étoile hôte.
Lorsque la planète passe devant son étoile, la lumière de l’étoile est filtrée par les gaz et les nuages présents dans l’atmosphère de la planète, permettant ainsi d’observer séparément ses bords avant et arrière. Le bord avant représente la face matinale de la planète, où les vents atmosphériques transportent l’air froid de la face nocturne vers la face diurne, intensément chaude. Le bord arrière représente la région correspondant au soir de la planète, où l’air retourne vers la face non éclairée.
Les longueurs d’onde auxquelles la lumière de l’étoile est absorbée par les gaz de l’atmosphère de la planète permettent d’en identifier la nature. Les observations — détaillées dans la revue Science — ont révélé une différence frappante entre les conditions météorologiques du matin et du soir. Le matin, le ciel était couvert de nuages de silicate de magnésium, un minéral courant dans les roches terrestres, tandis que le soir, il était presque entièrement dégagé.
« Ce fut une énorme surprise. On s’attendait à quelques différences, comme le fait qu’il fasse plus frais le matin que le soir – c’est un phénomène naturel que l’on observe sur Terre », a déclaré Sing. « Mais nous avons constaté une véritable dichotomie entre les conditions météorologiques des deux hémisphères, ainsi que d’énormes différences de couverture nuageuse, ce qui modifie fortement notre compréhension de cette planète. »
Les chercheurs avancent deux hypothèses qui pourraient expliquer cette différence de couverture nuageuse. La première serait la présence de vents violents entraînant les nuages profondément dans l’atmosphère du côté ensoleillé et brûlant, les rendant ainsi invisibles au niveau du côté non ensoleillé. La seconde possibilité serait que les nuages s’évaporent lorsqu’ils atteignent des températures dépassant les 1 000 degrés, un phénomène similaire à la dissipation du brouillard matinal sur Terre, mais à des échelles bien plus extrêmes.
Des compositions plus précises grâce au JWST
Les données du JWST ont également permis de résoudre un débat de longue date sur la composition de l’atmosphère de WASP-94A b. Des mesures antérieures suggéraient qu’elle contenait des centaines de fois plus d’oxygène et de carbone que Jupiter, ce qui ne correspondait pas avec les théories existantes sur la formation des planètes géantes.
Les nouvelles observations indiquent en revanche qu’elle contient environ cinq fois plus d’oxygène et de carbone que Jupiter, ce qui correspond davantage aux caractéristiques des planètes de type Jupiter.
Après WASP-94A b, l’équipe de recherche a examiné huit autres Jupiters chauds et a identifié un cycle nuageux similaire sur deux autres exoplanètes : WASP-39 b et WASP-17 b. L’équipe prévoit ensuite d’étendre ses recherches dans le cadre d’un programme d’observation plus vaste du JWST, qui aura pour objectif d’étudier les cycles nuageux de nombreuses autres exoplanètes.
