Comment classer les planètes ?

Une fois qu'on a compté les exoplanètes, on cherche à les ranger selon leurs propriétés. Deux propriétés particulièrement importantes à considérer sont la masse et la température de surface. La masse pour savoir si on a affaire à une planète terrestre ou à une planète gazeuse et la température pour savoir si la planète peut abriter une chimie complexe. Malheureusement, aucune technique de détection ne mesure les deux paramètres à la fois. Il faut donc, quand c'est possible, observer chaque exoplanète en utilisant plusieurs techniques.

Le tableau répartit les exoplanètes selon les valeurs de ces deux paramètres. Pour certaines exoplanètes (appelées "non classables"), on ne dispose pas encore des informations permettant de calculer leur position dans ce tableau.

 1. La masse :

La masse est un paramètre difficile à mesurer avec les techniques actuelles de détection. Seule la technique d'astrométrie en donne une mesure directe en supposant que la masse de l'étoile est connue. Malheureusement, les détections d'exoplanètes par astrométrie sont très rares jusqu'à aujourd'hui. La méthode des vitesses radiales, quant à elle, ne fournit qu'une limite supérieure de la masse de l'exoplanète. Avec toutes les autres techniques de détection (transit, lentilles micro-gravitationnelles, chronométrage, imagerie directe), la masse planétaire est déduite d'autres grandeurs et dépend donc des hypothèses faites sur les liens entre la masse de la planète et les grandeurs mesurées.

La répartition des planètes par masse dans le tableau :

• mercuriennes : 0-0.1 masses terrestres
• mini-terres : 0.1-0.5 masses terrestres
• terriennes : 0.5-2 masses terrestres
• superterriennes : 2-10 masses terrestres
• neptuniennes : 10- 30 masses terrestres
• joviennes : 30 masses terrestres - 25 masses de jupiter

La répartition des planètes par type :

• planètes solides : A partir des modèles de formation et des modèles de structure interne des planètes, on peut dire qu'il est probable que les planètes de masse inférieure à 10 masses terrestres sont de type solide ou liquide avec peu de gaz. Certaines de ces planètes pourraient être constituées de roches et de métaux et d'autres surtout faites de glace ou d'eau, selon leur température. Cette différence de composition dépend de l'endroit où la planète s'est formée.
• planètes gazeuses : Il est très probable que les planètes de masse supérieure à 10 masses terrestre sont majoritairement gazeuses, c'est à dire constituées principalement d'hydrogène et d'hélium. Cependant, les grosses planètes très proches de leur étoile ont pû perdre tout ou partie du gaz qui les constituait.
• Mais... des travaux récents (2016) basent plutôt la transition entre planètes solides et planètes gazeuses sur la taille et mettent la frontière vers un rayon de 1.6 rayon terrestre.

2. La température de surface :

Les méthodes de découverte des planètes ne permettent pas toujours de mesurer leur température. On peut se faire une idée de cette température à partir des propriétés de l'étoile et de la distance de la planète à l'étoile. Mais il faut aussi faire des hypothèses sur les propriétés de l'atmosphère de la planète.

Dans le catalogue, une colonne donne pour chaque planète une température d'équilibre, en degrés Kelvin, calculée à partir des autres paramètres connus.

La formule utilisée est : T_equ = T_et x (R_et/(2*a))^0.5  x (1-A)^0.25. Dans cette formule, T_et est la température de l'étoile en degrés Kelvin, R_et est le rayon de l'étoile, a est le demi-grand axe de l'orbite de la planète et A est l'albédo de la planète. L'albédo est le rapport entre la quantité de lumière/chaleur venant de l'étoile que la planète réfléchit par rapport à celle qu'elle absorbe. A=0 correspond à une surface noire qui absorbe toute la lumière et A=1 correspond à une surface parfaitement réfléchissante. On note que si A=1, la planète n'est pas du tout chauffée par l'étoile.

Pour la plupart des exoplanètes, l'albédo n'est pas connu. Une valeur de A=0,3 (albédo moyen de la Terre) est utilisée pour les calculs du catalogue.

Attention : la température d'équilibre calculée ici est basée sur un modèle simplifié de planète qui ne prend pas en compte de nombreux paramètres, comme l'effet de serre dans l'atmosphère de la planète, qui peuvent modifier fortement la température de la planète.

Cette température est utilisée pour classer les planètes dans le tableau en 3 catégories, planètes chaudes, tiède ou froides comme expliqué ci-dessous.

 La répartition des planètes par température dans le tableau :

Comme la présence d'eau liquide est un facteur critique pour déterminer si une planète peut développer une chimie complexe, on va séparer les planètes dans le tableau, selon ce critère, en :

• Planètes chaudes : T_equ >  100°C (373°K)
• planètes tièdes : 100°C (373°K) >T_equ > 0°C (273°K)
• Planètes froides : T_{equ <} 0°C (273°K)

Notez qu'avec les hypothèses (albedo=0,3 et pas d'effet de serre) et le modèle simplifié utilisé, il y a certainement de nombreuses planètes dont la température est assez différente de la température effective annoncée dans le tableau. Cependant, cette analyse simplifiée donne une idée de la diversité des planètes.