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D’où vient l’eau de la Terre ?

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D’où vient l’eau de la Terre ?

Les chercheurs suggèrent que l’eau de la Terre pourrait provenir d’interactions entre l’atmosphère riche en hydrogène et les océans de magma des premiers embryons planétaires qui ont finalement formé la Terre. Leurs travaux, qui ont utilisé de nouveaux modèles de formation des planètes grâce à l’essor récent de la recherche sur les exoplanètes, ont montré que ces interactions pouvaient expliquer les principales caractéristiques de la formation de la Terre, telles que l’abondance de l’eau et l’état redox global, sans nécessairement dépendre d’autres sources d’eau.

Les exoplanètes récemment découvertes contribuent au développement d’un nouveau modèle qui offre des explications possibles à l’origine de certaines des caractéristiques déterminantes de la Terre, telles que l’abondance de l’eau.

De nouvelles recherches menées par Anat Shachar de l’Université des sciences Carnegie, ainsi que par Edward Young et Helk Schlichting de l’Université de Californie, Californie, suggèrent que l’eau de notre planète pourrait provenir de l’interaction entre les atmosphères riches en hydrogène et les mers d’eau en fusion. lave des premiers corps planétaires qui se sont formés à l’époque du début. étapes de formation de la terre. Leur recherche, qui pourrait faire la lumière sur l’origine de certaines des caractéristiques déterminantes de la Terre, a récemment été publiée dans la revue nature.

Historiquement, notre compréhension de la formation planétaire a été grandement influencée par l’exemple de notre propre système solaire. Malgré l’émergence de géantes gazeuses comme[{ » attribute= » »>Jupiter and Saturn still sparks discussions among scientists, there is a broad consensus that Earth and other terrestrial planets were formed from the accumulation of dust and gas that once orbited around our Sun in its youth.

As increasingly larger objects crashed into each other, the baby planetesimals that eventually formed Earth grew both larger and hotter, melting into a vast magma ocean due to the heat of collisions and radioactive elements. Over time, as the planet cooled, the densest material sank inward, separating Earth into three distinct layers—the metallic core, and the rocky, silicate mantle and crust.

The Origin of Earth’s Water

An illustration showing how some Earth’s signature features, such as its abundance of water and its overall oxidized state could potentially be attributable to interactions between the molecular hydrogen atmospheres and magma oceans on the planetary embryos that comprised Earth’s formative years. Credit: Illustration by Edward Young/UCLA and Katherine Cain/Carnegie Institution for Science.

However, the explosion of exoplanet research over the past decade informed a new approach to modeling the Earth’s embryonic state.

“Exoplanet discoveries have given us a much greater appreciation of how common it is for just-formed planets to be surrounded by atmospheres that are rich in molecular hydrogen, H2, during their first several million years of growth,” Shahar explained. “Eventually these hydrogen envelopes dissipate, but they leave their fingerprints on the young planet’s composition.”

Using this information, the researchers developed new models for Earth’s formation and evolution to see if our home planet’s distinct chemical traits could be replicated.

Using a newly developed model, the Carnegie and UCLA researchers were able to demonstrate that early in Earth’s existence, interactions between the magma ocean and a molecular hydrogen proto-atmosphere could have given rise to some of Earth’s signature features, such as its abundance of water and its overall oxidized state.

The researchers used mathematical modeling to explore the exchange of materials between molecular hydrogen atmospheres and magma oceans by looking at 25 different compounds and 18 different types of reactions—complex enough to yield valuable data about Earth’s possible formative history, but simple enough to interpret fully.

Interactions between the magma ocean and the atmosphere in their simulated baby Earth resulted in the movement of large masses of hydrogen into the metallic core, the oxidation of the mantle, and the production of large quantities of water.

Even if all of the rocky material that collided to form the growing planet was completely dry, these interactions between the molecular hydrogen atmosphere and the magma ocean would generate copious amounts of water, the researchers revealed. Other water sources are possible, they say, but not necessary to explain Earth’s current state.

“This is just one possible explanation for our planet’s evolution, but one that would establish an important link between Earth’s formation history and the most common exoplanets that have been discovered orbiting distant stars, which are called Super-Earths and sub-Neptunes,” Shahar concluded.

This project was part of the interdisciplinary, multi-institution AEThER project, initiated and led by Shahar, which seeks to reveal the chemical makeup of the Milky Way galaxy’s most common planets—Super-Earths and sub-Neptunes—and to develop a framework for detecting signatures of life on distant worlds. Funded by the Alfred P. Sloan Foundation, this effort was developed to understand how the formation and evolution of these planets shape their atmospheres. This could—in turn—enable scientists to differentiate true biosignatures, which could only be produced by the presence of life, from atmospheric molecules of non-biological origin.

“Increasingly powerful telescopes are enabling astronomers to understand the compositions of exoplanet atmospheres in never-before-seen detail,” Shahar said. “AEThER’s work will inform their observations with experimental and modeling data that, we hope, will lead to a foolproof method for detecting signs of life on other worlds.”

Reference: “Earth shaped by primordial H2 atmospheres” by Edward D. Young, Anat Shahar and Hilke E. Schlichting, 12 April 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05823-0

The study was funded, in part, by the Alfred P. Sloan Foundation.

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Les astronomes ont enfin découvert pourquoi WASP-107 b est gazeux, gonflé et gonflé

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Les astronomes ont enfin découvert pourquoi WASP-107 b est gazeux, gonflé et gonflé

Deux célèbres télescopes spatiaux ont permis de comprendre pourquoi une planète résidant autour d’une autre étoile peut être « gonflée ».

Cette exoplanète, baptisée WASP-107 b, est géante et remplie de gaz. Mais c’est étrange. Selon Selon l’annonce de la NASA lundi, cet objet fait 80 % de la taille de Jupiter, mais moins de 10 % de sa masse.

Grâce au télescope spatial James Webb (JWST) et au télescope spatial Hubble, les astronomes ont pu étudier le corps gonflé de l’exoplanète d’une nouvelle manière.

Pourquoi si gonflé ?

Les astronomes peuvent en apprendre beaucoup sur la composition des exoplanètes sans avoir à s’y rendre en personne. Les scientifiques utilisent une technique spéciale appelée spectroscopie pour analyser la lumière émise par la surface de ces exoplanètes. « Différents matériaux émettent et réagissent à différentes longueurs d’onde (couleurs) de lumière de différentes manières. » Il explique Fonctionnaires du JWST. Ils interprètent ensuite leurs compositions à partir de ces données. Le télescope spatial James Webb et Hubble transportent des instruments pour ce faire.

L’analyse spectroscopique a révélé que WASP 107-b contient très peu de méthane dans son atmosphère. Cela indique aux astronomes que l’exoplanète est chaude. Le méthane est instable à haute température.

Cela semble contredire une autre caractéristique de ce monde. Bien qu’il orbite autour de son étoile à une distance très proche, décrite dans un communiqué de la NASA comme « un septième de la distance entre Mercure et le Soleil », il en reçoit très peu de chaleur. L’étoile est Frais et petit.

La deuxième grande découverte est que son noyau est plus gros que prévu. Les éléments plus lourds se séparent des éléments plus légers, donc connaître leur rapport dans WASP-107 b révèle des indices sur la masse de l’exoplanète et la taille de son noyau.

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De nouveaux détails sur son noyau signifient qu’il ressemble beaucoup à Neptune, offrant ainsi aux astronomes une contrepartie similaire pour mieux comprendre, entre autres choses, comment il apparaît.

La chaleur provoque la dilatation de la matière, tandis que le froid provoque sa contraction. La chaleur soudaine de l’exoplanète est à l’origine de l’inflation. Au lieu de capter la chaleur du rayonnement de l’étoile, les astronomes soupçonnent que la comète est l’orbite elliptique de l’exoplanète. Parfois, elle est plus proche de son étoile mère, et parfois plus éloignée. « À mesure que la distance entre l’étoile et la planète change continuellement au cours d’une période de 5,7 jours, l’attraction gravitationnelle change également, provoquant l’expansion et le réchauffement de la planète », selon la NASA.

Aujourd’hui, l’une des exoplanètes les moins massives connues, située à 210 années-lumière de la Terre dans la constellation de la Vierge, est devenue moins mystérieuse grâce à l’innovation télescopique.

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

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Les échantillons atmosphériques martiens peuvent-ils nous en apprendre davantage sur la planète rouge que les échantillons de surface ?

La NASA travaille activement au retour d’échantillons de surface de Mars dans les prochaines années, ce qui, espère-t-elle, nous aidera à mieux comprendre si une vie ancienne existait à la surface de la planète rouge il y a des milliards d’années. Mais qu’en est-il des échantillons atmosphériques ? Pourraient-ils fournir aux scientifiques de meilleures informations sur l’histoire de Mars ? C’est ce qu’un Étude récente Introduction dans 55oui Conférence sur les sciences lunaires et planétaires Envisagez de vous lancer dans cette aventure alors qu’une équipe de chercheurs internationaux a étudié l’importance de rapporter des échantillons atmosphériques de Mars et comment ces échantillons pourraient nous renseigner sur la formation et l’évolution de la planète rouge.

ici, L’univers aujourd’hui Cette recherche est discutée avec l’auteur principal de l’étude, Dr Edward Youngprofesseur au Département des sciences de la Terre, des planètes et de l’espace à l’UCLA et co-auteur de l’étude, Dr Timothy Swindell, professeur émérite au Laboratoire Lunaire et Planétaire de l’Université d’Arizona, concernant la motivation derrière l’étude, la manière dont les échantillons atmosphériques seront obtenus, les missions en cours ou proposées, les études de suivi et s’ils croient que la vie a déjà existé sur le Rouge. Planète. Alors, quelle est la motivation pour étudier ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Nous en apprenons beaucoup sur l’origine d’une planète grâce à son atmosphère ainsi qu’à ses roches. En particulier, les rapports isotopiques de certains éléments peuvent contraindre les processus qui conduisent à la formation des planètes.

Crédit : Agence spatiale européenne

« Il existe essentiellement deux types de motivation », poursuit le Dr Swindle. « La première est que nous prévoyons d’apporter tous ces échantillons de roches, et nous souhaiterions savoir comment ils interagissent avec l’atmosphère, mais nous ne pouvons pas. Nous savons cela sans connaître la composition de l’atmosphère en détail. Nous avons donc besoin d’un échantillon de l’atmosphère pour savoir avec quoi les roches échangeaient des éléments et des isotopes, mais nous voulons également obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne pour répondre. Quelques questions fondamentales sur les processus qui se sont produits ou se produisent sur Mars. Par exemple, les météorites martiennes contiennent des gaz rares piégés dans l’atmosphère. Les composants atmosphériques, tels que le krypton et le xénon, semblent être au moins deux composants « atmosphériques » différents dans ces météorites.

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Pour l’étude, les chercheurs ont proposé plusieurs avantages pour le retour d’un échantillon de l’atmosphère martienne sur Terre, notamment la présence d’échantillons atmosphériques dans les tubes à échantillons du vaisseau spatial Perseverance de la NASA (PERSIE), l’obtention d’un aperçu d’un voisin solaire potentiel à l’intérieur de Mars et l’évolution tendances des compositions. Atmosphère, cycle de l’azote et sources de méthane sur Mars. Pour l’échantillon d’air de Percy, également connu sous le nom Echantillon n°1 « Rubion »L’étude indique comment cet échantillon a été obtenu après que Percy ait tenté de collecter un échantillon de substrat rocheux, mais a fini par collecter des gaz atmosphériques. De plus, l’étude suggère qu’il n’y aura aucune fuite que le tube d’échantillon rencontrera en attendant son retour sur Terre, et que les gaz à l’intérieur de l’échantillon sont également idéaux pour l’analyse une fois qu’il reviendra sur Terre. Mais en dehors de l’échantillon de Percy, comment obtenir un échantillon de l’atmosphère martienne ?

« Au moins deux autres idées ont été proposées pour collecter un échantillon de l’atmosphère martienne », explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui. « L’une consiste à lancer un vaisseau spatial à travers l’atmosphère martienne, à collecter un échantillon lors de son passage, puis à le renvoyer sur Terre. L’autre consiste à disposer d’un « bidon » de retour d’échantillon (il n’est pas nécessaire qu’il soit plus gros que le Perseverance). tube) qui contient des valves et un compresseur d’air (martien).  » Vous pouvez l’atterrir sur la surface de Mars, ouvrir la valve de l’atmosphère, allumer le compresseur et obtenir un échantillon contenant l’atmosphère martienne des centaines ou des milliers de fois plus grande que l’atmosphère martienne. le volume a été scellé sans compression, comme Perseverance l’a fait, et nous espérons le refaire « 

Le Dr Swindell et le Dr Young mentionnent tous deux Collecte d’échantillons pour l’étude de Mars (SCIM) La mission, proposée en 2002 par une équipe de chercheurs de la NASA et d’universitaires, visait à collecter des échantillons atmosphériques à 40 kilomètres (25 miles) au-dessus de la surface de Mars et à les renvoyer sur Terre pour une analyse plus approfondie. Alors que SCIM Il a été sélectionné comme demi-finaliste Quant au programme Mars Scout 2007, il n’a malheureusement pas été sélectionné pour un développement ultérieur, disent le Dr Young et le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui Aucune mission d’échantillonnage atmosphérique n’est actuellement prévue, à l’exception du rover d’échantillonnage Percy. Par conséquent, quelles études de suivi de cette recherche sont actuellement en cours ou prévues ?

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Les Drs Swindle et Young mentionnent tous deux comment des efforts sont déployés pour collecter de petites quantités de gaz atmosphériques en raison de la petite taille des tubes d’échantillonnage, explique le Dr Swindle. L’univers aujourd’hui« Une grande série de questions à l’heure actuelle est de savoir dans quelle mesure le tube hermétique de Perseverance retiendra un échantillon atmosphérique. Quelle est la qualité de l’étanchéité ? Le tube pourrait-il fuir lors d’un atterrissage dur ? Certaines molécules de l’atmosphère martienne adhéreront-elles aux couches du Il y a eu des activités autour de toutes ces questions, et jusqu’à présent, les réponses ont toutes été bonnes – il semble que ces tubes Perseverance pourraient bien fonctionner, même s’ils n’ont pas vraiment été conçus pour l’échantillonnage atmosphérique.

Comme mentionné précédemment, l’obtention et le retour d’un échantillon atmosphérique de Mars peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre la formation et l’évolution de la planète rouge. Alors que Mars d’aujourd’hui est un monde extrêmement froid et sec, avec une atmosphère qui ne représente qu’une fraction de celle de la Terre, aucune possibilité d’eau liquide à la surface et aucun volcan actif non plus. Cependant, des preuves significatives obtenues auprès des atterrisseurs, des rovers et des orbiteurs au cours des dernières décennies suggèrent que Mars était très différente des milliards d’années après sa formation. Ceux-ci comprenaient un intérieur actif qui produisait un champ magnétique protégeant la surface des rayonnements solaires et cosmiques nocifs, une atmosphère plus épaisse reconstituée par des volcans actifs et de l’eau liquide qui coulait, qui seraient tous susceptibles de soutenir une certaine forme de vie sur Terre. Surface.

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Cependant, étant donné la petite taille de Mars (la moitié de la taille de la Terre), cela signifiait que sa température interne se refroidissait beaucoup plus rapidement (peut-être sur des millions d’années), rendant les volcans inactifs et dissipant le champ magnétique entraîné par l’activité interne. , ce dernier entraînant un rayonnement solaire et cosmique nocif qui détruit l’atmosphère et l’eau liquide de surface s’évapore avec elle dans l’espace. Alors, le Dr Young et le Dr Swindle croient-ils que la vie a déjà existé sur Mars, et la trouverons-nous un jour ?

dit le Dr Young L’univers aujourd’hui« Je ne sais vraiment pas. Je pense que la vie microbienne à un moment donné dans le passé, ou même maintenant, est une hypothèse plausible, mais nous n’avons pas suffisamment d’informations. »

Le Dr Swindell fait également écho à son incertitude quant à savoir si la vie a jamais existé sur Mars, mais le précise à travers la narration. L’univers aujourd’hui« Sinon, pourquoi la vie a-t-elle commencé si tôt sur Terre, et pas sur Mars, qui avait un climat similaire à l’époque. Et si elle existait, dans quelle mesure était-elle similaire à la vie sur Terre puisque la Terre et Mars échangent toujours des roches ? En raison des collisions, la vie sur Terre est-elle liée à la vie sur Mars ? Si elle existe, elle serait difficile à trouver, mais un échantillon atmosphérique pourrait aider. Par exemple, il semble y avoir du méthane dans la plupart, mais pas dans la totalité. Le méthane présent dans l’atmosphère terrestre est biologique, et l’analyse des rapports relatifs des isotopes du carbone ou de l’hydrogène est l’un des meilleurs moyens de le savoir.

Quand aurons-nous un échantillon atmosphérique de Mars et que nous apprendra-t-il sur la formation et l’évolution de la planète rouge dans les années et décennies à venir ? Seul le temps nous le dira, c’est pourquoi nous étudions !

Comme toujours, continuez à faire de la science et continuez à rechercher !

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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La première preuve de l’existence de « régions englouties » autour des trous noirs dans l’espace

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

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Le trou noir attire la matière de l’étoile compagnon vers lui, formant un disque qui tourne autour du trou noir avant de tomber dedans. Crédit image : NASA/CXC/EM. Weiss.

Une équipe internationale dirigée par des chercheurs en physique de l’Université d’Oxford a prouvé qu’Einstein avait raison sur une prédiction clé concernant les trous noirs. En utilisant des données de rayons X pour tester la théorie de la gravité d’Einstein, leur étude a fourni la première preuve observationnelle de l’existence d’une « zone de plongée » autour des trous noirs : une région où la matière cesse de tourner autour du trou et tombe directement dedans. En outre, l’équipe a découvert que cette région exerce certaines des forces gravitationnelles les plus puissantes jamais identifiées dans la galaxie. Les résultats ont été publiés dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Les nouvelles découvertes font partie d’une vaste enquête sur les mystères exceptionnels autour des trous noirs menée par des astrophysiciens de la physique de l’Université d’Oxford. Cette étude s’est concentrée sur des trous noirs plus petits relativement proches de la Terre, en utilisant des données de rayons X collectées à partir des télescopes Nuclear Spectroscopique Space Telescope Array (NuSTAR) et Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER). Plus tard cette année, la deuxième équipe d’Oxford espère se rapprocher de l’enregistrement des premières vidéos de trous noirs plus grands et plus éloignés dans le cadre d’une initiative européenne.

Contrairement à la théorie de la gravité de Newton, la théorie d’Einstein affirme qu’il est impossible pour les particules de suivre des orbites circulaires en toute sécurité à proximité d’un trou noir. Au lieu de cela, ils se « précipitent » rapidement vers le trou noir à une vitesse proche de celle de la lumière. L’étude d’Oxford a évalué cette région en profondeur pour la première fois, en utilisant des données de rayons X pour mieux comprendre la force générée par les trous noirs.

Le Dr Andrew Mummery a déclaré : « Il s’agit du premier aperçu de la façon dont le plasma, décollé du bord extérieur de l’étoile, subit sa chute finale au centre du trou noir, un processus qui se produit dans un système d’environ dix mille années-lumière. loin. » , professeur de physique à l’Université d’Oxford, qui a dirigé l’étude. « Ce qui est vraiment excitant, c’est qu’il existe de nombreux trous noirs dans la galaxie et que nous disposons désormais d’une nouvelle technique puissante à utiliser pour étudier les champs gravitationnels les plus puissants connus. »

« La théorie d’Einstein avait prédit cette baisse récente, mais c’est la première fois que nous sommes en mesure de prouver que cela s’est produit », a poursuivi le Dr Mummery. « Pensez-y comme à une rivière qui se transforme en cascade. Jusqu’à présent, nous regardions la rivière. C’est notre première vue d’une cascade. »

« Nous pensons que cela représente un nouveau développement passionnant dans l’étude des trous noirs, nous permettant d’étudier cette dernière région qui les entoure. Ce n’est qu’alors que nous pourrons pleinement comprendre la force de gravité », a ajouté Mummery. « Cette dernière goutte de plasma se produit au bord du trou noir et montre la réponse de la matière à la gravité la plus forte possible. »

Les astrophysiciens tentent depuis un certain temps de comprendre ce qui se passe près de la surface d’un trou noir, et ils le font en étudiant les disques de matière en orbite autour d’eux. Il existe une dernière région de l’espace-temps, connue sous le nom de région de naufrage, où la descente finale dans le trou noir est impossible à arrêter et où le fluide environnant est effectivement condamné.

Le débat parmi les astrophysiciens dure depuis de nombreuses décennies sur la possibilité de découvrir ce qu’on appelle la zone engloutie. L’équipe d’Oxford a passé les deux dernières années à en développer des modèles et, dans l’étude qui vient de paraître, elle démontre la première détection confirmée réalisée à l’aide de télescopes à rayons X et de données de la Station spatiale internationale.

Alors que cette étude se concentre sur les petits trous noirs plus proches de la Terre, une deuxième équipe d’étude de l’Université de physique d’Oxford fait partie d’une initiative européenne visant à construire un nouveau télescope, le Télescope millimétrique africain, qui améliorerait considérablement notre capacité à prendre des images directes de trous noirs. des trous. . Plus de 10 millions d’euros de financement ont déjà été obtenus, dont une partie servira à soutenir plusieurs premières thèses de doctorat en astrophysique à l’Université de Namibie, en étroite collaboration avec l’équipe de physique d’Oxford.

On s’attend à ce que le nouveau télescope permette pour la première fois d’observer et de photographier de grands trous noirs au centre de notre galaxie, ainsi qu’au-delà. Comme pour les petits trous noirs, les grands trous noirs devraient avoir ce qu’on appelle un « horizon des événements », attirant la matière de l’espace vers leur centre en spirale pendant que le trou noir tourne. Celles-ci représentent des sources d’énergie presque inimaginables, et l’équipe espère les observer et les photographier en orbite pour la première fois.

L’étude « Persistent Emission from Within the Sinking Region of Black Hole Disks » a été publiée dans les Avis mensuels de la Société Astronomique.

Plus d’information:
Andrew Mummery et al., Émission continue depuis la région descendante des disques de trous noirs, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society (2024). est ce que je: 10.1093/mnras/stae1160

Informations sur les magazines :
Avis mensuels de la Royal Astronomical Society


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