Communiqué de presse

"Au delà de la science-fiction" : Les premières observations en 3D de l’atmosphère d’une exoplanète révèlent un climat unique.

18 février 2025

Des astronomes ont scruté l'atmosphère d'une planète située au-delà du système solaire, cartographiant pour la première fois sa structure en trois dimensions. En combinant les quatre télescopes du Very Large Telescope de l'Observatoire Européen Austral (VLT de l'ESO), ils ont trouvé des vents puissants transportant des éléments chimiques tels que le fer et le titane, créant des modèles météorologiques complexes dans l'atmosphère de la planète. Cette découverte ouvre la voie à des études détaillées de la composition chimique et des conditions météorologiques d'autres mondes extraterrestres.

« L'atmosphère de cette planète se comporte d'une manière qui remet en question notre compréhension du fonctionnement des conditions météorologiques, non seulement sur la Terre, mais sur toutes les planètes. On se croirait dans un film de science-fiction », déclare Julia Victoria Seidel, chercheuse à l'Observatoire Européen Austral (ESO) au Chili et auteure principale de l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Nature.

Cette planète, WASP-121b (également connue sous le nom de Tylos), se trouve à quelque 900 années-lumière de nous, dans la constellation de Puppis. Il s'agit d'un Jupiter ultra-chaud, une géante gazeuse en orbite autour de son étoile hôte, si proche qu'une année n'y dure qu'une trentaine d'heures terrestres. De plus, un côté de la planète est brûlant, car il fait toujours face à l'étoile, tandis que l'autre côté est beaucoup plus froid.

L'équipe a maintenant sondé les profondeurs de l'atmosphère de Tylos et a révélé des vents distincts dans des couches séparées, formant une carte de la structure 3D de l'atmosphère. C'est la première fois que des astronomes ont pu étudier l'atmosphère d'une planète en dehors de notre système solaire avec autant de profondeur et de détails.

« Ce que nous avons découvert est surprenant : un courant-jet fait tourner la matière autour de l'équateur de la planète, tandis qu'un flux distinct à des niveaux inférieurs de l'atmosphère déplace le gaz du côté chaud vers le côté plus froid. Ce type de climat n'a jamais été observé auparavant sur aucune planète », explique Julia Victoria, qui est également chercheuse au laboratoire Lagrange, qui fait partie de l'Observatoire de la Côte d'Azur, en France. Le courant-jet observé s'étend sur la moitié de la planète, prenant de la vitesse et agitant violemment l'atmosphère très haut dans le ciel lorsqu'il traverse la face chaude de Tylos. « Même les ouragans les plus violents du système solaire semblent calmes en comparaison », ajoute-t-elle.

Pour découvrir la structure 3D de l'atmosphère de l'exoplanète, l'équipe a utilisé l'instrument ESPRESSO du VLT de l'ESO pour combiner la lumière de ses quatre grands télescopes en un seul signal. Ce mode combiné du VLT recueille quatre fois plus de lumière qu'un des télescopes seul, révélant ainsi des détails moins lumineux. En observant la planète pendant un transit complet devant son étoile hôte, ESPRESSO a pu détecter les signatures de plusieurs éléments chimiques, sondant ainsi différentes couches de l'atmosphère.

« Le VLT nous a permis de sonder trois couches différentes de l'atmosphère de l'exoplanète en une seule fois », explique Leonardo A. dos Santos, co-auteur de l'étude et astronome adjoint au Space Telescope Science Institute de Baltimore, aux États-Unis. L'équipe a suivi les mouvements du fer, du sodium et de l'hydrogène, ce qui lui a permis de retracer les vents dans les couches profondes, moyennes et superficielles de l'atmosphère de la planète, respectivement. « C'est le genre d'observation qu'il est très difficile de faire avec des télescopes spatiaux, ce qui souligne l'importance des observations au sol des exoplanètes », ajoute-t-il.

Il est intéressant de noter que les observations ont également révélé la présence de titane juste en dessous du courant-jet, comme le souligne une étude complémentaire publiée dans Astronomy and Astrophysics. Il s'agit là d'une autre surprise, car les précédentes observations de la planète avaient révélé l'absence de cet élément, peut-être parce qu'il est caché dans les profondeurs de l'atmosphère.

« Il est vraiment incroyable que nous puissions étudier des détails tels que la composition chimique et les conditions météorologiques d'une planète à une distance aussi grande », déclare Bibiana Prinoth, doctorante à l'université de Lund (Suède) et à l'ESO, qui a dirigé l'étude complémentaire et qui est coauteur de l'article paru dans la revue Nature.

Pour découvrir l'atmosphère des petites planètes semblables à la Terre, des télescopes plus grands seront toutefois nécessaires. Il s'agit notamment de l'ELT (Extremely Large Telescope) de l'ESO, actuellement en construction dans le désert chilien d'Atacama, et de son instrument ANDES. « L'ELT va changer la donne pour l'étude de l'atmosphère des exoplanètes », a expliqué M. Prinoth. « Cette expérience me donne l'impression que nous sommes sur le point de découvrir des choses incroyables dont nous ne pouvons que rêver aujourd'hui. »

Plus d'informations

Cette recherche a été présentée dans un article publié dans la revue Nature intitulé « Vertical structure of an exoplanet's atmospheric jet stream » (doi:10.1038/s41586-025-08664-1).

L'équipe est composée de : Julia V. Seidel (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile]; Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Université Côte d’Azur, Nice, France [Lagrange]), Bibiana Prinoth (ESO Chile and Lund Observatory, Division of Astrophysics, Department of Physics, Lund University, Lund, Sweden [ULund]), Lorenzo Pino (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italy), Leonardo A. dos Santos (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA, Johns Hopkins University, Baltimore, USA), Hritam Chakraborty (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Switzerland [UNIGE]), Vivien Parmentier (Lagrange), Elyar Sedaghati (ESO Chile), Joost P. Wardenier (Département de Physique, Trottier Institute for Research on Exoplanets [IREx], Université de Montréal, Canada), Casper Farret Jentink (UNIGE), Maria Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spain), Romain Allart (IREx), David Ehrenreich (UNIGE), Monika Lendl (UNIGE), Giulia Roccetti (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Meteorologisches Institut, Ludwig-Maximilians-Universität München, Munich, Germany), Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Porto, Portugal [IA-CAUP], Departamento de Fisica e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Porto, Portugal [FCUP]; ESO Chile), Vincent Bourrier (UNIGE), Jorge Lillo-Box (Centro de Astrobiología (CAB); CSIC-INTA, Madrid, Spain), H. Jens Hoeijmakers (ULund), Enric Pallé (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spain [IAC]; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spain [IAC-ULL]), Nuno Santos (IA-CAUP and FCUP), Alejandro Suàrez Mascareño (IAC and IAC-ULL), Sergio G. Sousa (IA-CAUP), Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, Spain), and Francesco A. Pepe (UNIGE).

La recherche complémentaire, qui a révélé la présence de titane, a été publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics dans un article intitulé « Titanium chemistry of WASP-121 b with ESPRESSO in 4-UT mode » (doi : 10.1051/0004-6361/202452405).

L'équipe à l'origine de cet article est composée de Bibiana Prinoth (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile] and Lund Observatory, Division of Astrophysics, Department of Physics, Lund University, Lund, Sweden [ULund]), Julia V. Seidel (ESO Chile; Laboratoire Lagrange, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Université Côte d’Azur, Nice, France [Lagrange]), H. Jens Hoeijmakers (ULund), Brett M. Morris (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Martina Baratella (ESO Chile), Nicholas W. Borsato (ULund, School of Mathematical and physical Sciences, Macquarie University, Sydney, Australia), Yuri Damasceno (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade do Porto, Porto, Portugal [IA-CAUP], Departamento de Fisica e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Porto, Portugal [FCUP]; ESO Chile), Vivien Parmentier (Lagrange), Daniel Kitzmann (University of Bern, Physics Institute, Division of Space Research & Planetary Sciences, Bern, Switzerland), Elyar Sedaghati (ESO Chile), Lorenzo Pino (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italy), Francesco Borsa (INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, Merate, Italy), Romain Allart (Département de Physique, Trottier Institute for Research on Exoplanets [IREx], Université de Montréal, Canada), Nuno Santos (IA-CAUP and FCUP), Michal Steiner (Observatoire de l'Université de Genève, Versoix, Switzerland), Alejandro Suàrez Mascareño (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spain; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, La Laguna, Tenerife, Spain), Hugo M. Tabernero (Departamento de Física de la Tierra y Astrofísica & IPARCOS-UCM (Instituto de Física de Partículas y del Cosmos de la UCM), Universidad Complutense de Madrid, Spain) et Maria Rosa Zapatero Osorio (Centro de Astrobiologia, CSIC-INTA, Madrid, Spain).

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Contacts

Julia Victoria Seidel
European Southern Observatory (ESO) and Lagrange Laboratory, Observatoire de la Côte d'Azur
Santiago, Chile and Nice, France
Tél: +33 743 32 79 73
Courriel: jseidel@oca.eu

Bibiana Prinoth
Lund University
Lund, Sweden
Tél: +46 72 442 03 69
Courriel: bibiana.prinoth@fysik.lu.se

Leonardo A. dos Santos
Space Telescope Science Institute
Baltimore, USA
Tél: +1 (410) 338-4395
Courriel: ldsantos@stsci.edu

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Thierry Botti (contact presse pour la France)
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