Le 13 février 2021, à 12 h 03 min 59 s UTC (13 h 03 min 59 s en Temps légal français), se produira un regroupement de type (II) entre les planètes Mercure, Vénus et Jupiter.

À cet instant, l’élongation au Soleil de Vénus, la planète la plus proche du Soleil, est de 10° 8′ 23,6″ Ouest. Le diamètre du cercle de regroupement est de 4° 35′ 38,6″, soit presque deux fois plus large que celui de janvier. Ce regroupement ne sera pas observable, car les trois planètes ne sont pas visibles au mois de février.

Pour rappel, le système de représentation est celui de la sphère céleste, les côtés du triangle sphérique formé par les directions des trois planètes sont donc des arcs de grands cercles de la sphère céleste.

Les élongations entre les planètes sont données par le tableau suivant.

Planètes	Élongation
Mercure et Jupiter	4° 21′ 53,7″
Mercure et Vénus	4° 33′ 47,8″
Jupiter et Vénus	1° 55′ 39,5″

Ce regroupement est encadré par trois conjonctions en longitude entre les trois corps :

Jeudi 11/02/2021 à 14 h 59 min 36 s UTC
Conjonction géocentrique en longitude entre Vénus et Jupiter, différence de latitude : − 25′ 49,16″, élongation solaire de Jupiter : 11° O.

Samedi 13/02/2021 à 07 h 48 min 01 s UTC
Conjonction géocentrique en longitude entre Mercure et Vénus, différence de latitude : 4° 33′ 49,71″, élongation solaire de Vénus : 10° O.

Dimanche 14/02/2021 à 21 h 39 min 38 s UTC
Conjonction géocentrique en longitude entre Mercure et Jupiter, différence de latitude : + 3° 53′ 44,66″, élongation solaire de Jupiter : 13° O.

Le phénomène intéressant en ce mois de février 2021 est le rapprochement d’un corps de notre système solaire avec un célèbre amas d’étoiles : il s’agit de la planète Mars qui, en fin de mois, va se rapprocher de l’amas des Pléiades, M45, dans la constellation du Taureau.

La planète Mars était déjà à l’honneur le mois précédent, puisque nous avons parlé de sa conjonction avec la planète Uranus. Pourquoi remettre à nouveau sous les feux de la rampe la planète rouge ?

Tout d’abord parce qu’après sa magnifique opposition d’octobre 2020, Mars voit sa distance à la Terre grandir de plus en plus, ce qui en conséquence réduit son éclat et sa taille angulaire. Il faut donc en profiter avant qu’elle ne tire sa révérence pour de longs mois.

Il s’agit aussi d’une belle occasion de marier, pour le plaisir des yeux, deux objets aux caractéristiques physiques et aux distances très différentes. Ce sont deux mondes opposés qui vont, par la perspective d’un alignement, se frôler : le monde des planètes et le monde des étoiles.

Enfin, troisième et dernière raison : ce phénomène nous permettra de mettre en évidence le mouvement d’une planète par rapport au fond de ciel marqué par les étoiles fixes les unes par rapport aux autres. Rappelons que le rapprochement de mars et d’Uranus mis en lumière lors de la Lettre d’information du mois dernier s’est produit le 20 janvier 2021. Les planètes étaient alors situées au milieu de la constellation du Bélier, Mars étant placée 8° au sud de l’étoile α du Bélier (Hamal). Cinq semaines plus tard, vers le 27 février, du fait de son déplacement sur son orbite autour du Soleil, Mars sera proche des Pléiades, soit 20° plus à l’est. Le phénomène est intéressant, car, d’habitude, le mouvement d’une planète est quasi imperceptible lorsqu’elle se meut devant un fond de ciel pauvre en étoiles. Privé de repères, l’œil ne parvient pas à visualiser ce mouvement. Par contre, si la planète vient à s’approcher d’un repère stellaire brillant (étoile, groupe d’étoiles…), alors un mouvement, même de quelques minutes d’arc seulement, sera perceptible à l’œil nu.

Les Pléiades vont donc constituer une balise visuelle qui va permettre, jour après jour, de voir Mars s’approcher, puis tangenter l’amas.

Voilà de quoi appréhender la vitesse de déplacement d’une planète dans le ciel (rappelons que planète signifie astre errant en grec), ainsi que la notion d’écliptique, cette ligne imaginaire qui représente le plan de notre système solaire, et qui traverse les 13 constellations du zodiaque.

Qui verra-t-on ?

Mars est la quatrième et dernière planète rocheuse de notre système solaire. Entre elle et le Soleil orbitent, en se rapprochant du Soleil, la Terre, Vénus et Mercure. Au-delà de Mars s’étend le monde des planètes gazeuses : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Sa position de quatrième planète sur huit pourrait faire penser qu’elle est approximativement placée à mi-distance du Soleil et de Neptune, soit 50 % des 4,5 milliards de kilomètres qui séparent Neptune du Soleil. Or, il n’en est rien : Mars est située à 228 millions de kilomètres du Soleil, soit 5 % de la distance Soleil‑Neptune. On comprend ainsi que les planètes telluriques (rocheuses) sont situées très proches du Soleil.

La partie physique de la planète (taille, atmosphère…) ayant été abordée dans la Lettre d’information de janvier 2021, passons à l’acteur du monde des étoiles : les Pléiades (M45).

Cet amas des Pléiades est l’un des plus beaux objets visibles dans une simple paire de jumelles ou une petite lunette. Déjà visible à l’œil nu sous la forme d’un petit paquet de cinq étoiles très proches qui dessinent une « petite Grande Ourse », cet amas offre dans tous les instruments d’astronomie une image qui ravit même des personnes peu ou pas intéressées par l’astronomie.

M45 est un amas ouvert, c’est-à-dire un groupe d’environ 1 000 étoiles, nées ensemble et qui sont toujours liées gravitationnellement entre elles. La distance de l’amas est estimée à environ 440 années‑lumière de la Terre, ce qui en fait l’un des plus proches. Son âge est d’environ 100 millions d’années. Malgré cette relative jeunesse, l’amas montre déjà une faible densité stellaire. Cela signifie que lentement, mais sûrement, les étoiles s’éloignent les unes des autres. De récentes estimations avancent que, d’ici environ 250 millions d’années, l’amas des Pléiades se sera disloqué et que ses étoiles se seront dispersées, puis vivront séparément au milieu du bras spiral d’Orion dans notre galaxie.

Les étoiles visibles à l’œil nu sont toutes des étoiles massives, chaudes et brillantes de classe spectrale B. Pourtant, l’amas contient plus encore d’étoiles plus petites, de type solaire, ainsi que des naines rouges et brunes.

Sur les plus belles photos, on note que la plupart des grosses étoiles de l’amas baignent dans un voile diaphane de gaz bleuté. Longtemps, des auteurs ont affirmé qu’il s’agissait des résidus de la nébuleuse primitive au sein de laquelle l’amas se serait formé. Or, une découverte récente remet en cause cette interprétation. Il est maintenant avéré que l’amas croise un nuage de gaz et de poussières, appelé la ceinture de Gould. L’étude des vitesses radiales montre que le gaz traverse l’amas à la vitesse de 11 km/s. Les nébulosités sont des nébuleuses par réflexion ; les spectres de ces voiles diaphanes sont en effet en tout point identiques à ceux des étoiles, preuve que les poussières du nuage jouent simplement le rôle de petits miroirs.

Que verra-t-on ?

À partir du 25 février, Mars va commencer à s’approcher à moins de 6° des Pléiades par le sud‑ouest (elle va de la droite vers la gauche). Son mouvement d’ouest en est va provoquer une conjonction (distance la plus proche) le 3 mars 2021. Mars sera alors à 2,5° de l’étoile Alcyone des Pléiades.

Pourquoi annoncer dans la Lettre d’information de février un phénomène qui interviendra le mois d’après ? Parce que la conjonction ayant lieu en tout début de mois, la « marche d’approche » mettant en lumière le mouvement de Mars dans le ciel sera ratée par l’observateur s’il est prévenu seulement 24 ou 48 heures avant ledit phénomène. Informé de l’événement en février, le lecteur de la Lettre d’information aura ainsi tout le loisir de suivre pendant 8 ou 10 jours, à sa convenance, le lent rapprochement qui mettra en lumière la belle et immuable mécanique céleste de notre système solaire.

Tout au long du rapprochement, de la conjonction puis de la séparation, le phénomène pourra être admiré à l’œil nu. Mars sera alors vue comme une étoile de couleur orangée et les Pléiades comme un petit paquet d’étoiles serrées. Toutefois, l’amas gagnera en esthétique avec une paire de jumelles qui résoudra mieux encore sa distribution stellaire. Enfin, une lunette ou un petit télescope permettront de voir que Mars montre un minuscule disque, et l’amas dévoilera une belle couleur bleutée, ainsi qu’un nombre d’étoiles bien plus important.

L’observation du phénomène mettra aussi en lumière les fortes disparités de distance. Rappelons que si Mars sera située à 215 millions de kilomètres de la Terre vers fin février, les Pléiades seront quant à elle placées à 440 années‑lumière en arrière-plan. Si l’on veut comparer les distances avec la même unité de mesure, rappelons qu’une année‑lumière équivaut à 10 000 milliards de kilomètres…

La Connaissance des temps (CDT) publie depuis 1679 les éphémérides des corps célestes, ainsi que diverses tables et données à destination des astronomes et des curieux de l’astronomie.

Lire le XII^e épisode : « Le système métrique, vers l’internationalisation des éphémérides »

Dans cette lettre d’information, nous continuons d’explorer l’histoire scientifique de cet ouvrage et de voir son évolution au cours des trois derniers siècles. La CDT a‑t‑elle beaucoup changé ? A‑t‑elle été influencée par les événements politiques ? A‑t‑elle participé à l’essor des sciences en général et de l’astronomie en particulier ? Nous allons tenter de répondre à ces questions par une lecture attentive des 342 volumes de la CDT publiés à ce jour. Vous trouverez dans les textes que nous proposons des liens vers les pages de la Connaissance des temps que nous citons pour vous permettre d’avoir accès aux textes originaux.

Cette année, l’année lunaire chinoise (nián 年) commence le vendredi 12 février 2021 et se termine le lundi 31 janvier 2022.

Cette année lunaire est une année commune de douze mois lunaires. C’est une année 辛丑 (xīn chǒu) qui correspond à la branche terrestre 丑 (chǒu) associée au signe du Bœuf 牛 (niú) et au tronc céleste 辛 (xīn) associé à l’élément Métal 金 (jīn).

L’année solaire (suì : 歲岁) est une année commune de onze mois lunaires, elle commence au solstice d’hiver (dōng zhì 冬至) du 21 décembre 2020 et se termine le 20 décembre 2021, veille du solstice d’hiver suivant (dōng zhì 冬至).

Ce service de l’IMCCE permet de calculer les prédictions des éclipses de Lune, ainsi que leurs principales caractéristiques, sur une période allant de l’an 1000 à l’an 2100.

Pour chaque éclipse de Lune, le service fournit les paramètres géométriques et temporels (grandeur, rayon du cône d’ombre, durée de la totalité, de la phase partielle) et les caractéristiques des événements depuis l’entrée dans la pénombre jusqu’à sa sortie.

Le service propose également une représentation graphique du phénomène sous la forme d’une carte des phases du passage de la Lune dans le cône d’ombre de la Terre et d’une carte de visibilité, qui indique les régions du globe terrestre où ces phases peuvent être observées.

Il est aussi possible de télécharger une vidéo mettant en parallèle le déplacement de la zone de visibilité sur le globe au cours du temps avec l’évolution du passage.

La migration rapide des satellites des planètes géantes gazeuses (Lettre d’information n° 170 de juillet-août 2020) a une influence considérable sur l’inclinaison de l’axe de rotation de ces planètes. Ce mécanisme offre une nouvelle explication au basculement de l’axe de Saturne, et prédit une augmentation importante de l’inclinaison des axes de Jupiter et de Saturne dans les prochains milliards d’années.

En plus de leur mouvement orbital autour du Soleil, les planètes tournent sur elles‑mêmes, et leur axe de rotation est lui‑même animé d’un mouvement de précession analogue à celui d’une toupie. On appelle obliquité l’angle entre le plan équatorial et le plan orbital d’une planète. Le processus physique d’accrétion du gaz qui a eu lieu lors de la formation des planètes géantes gazeuses implique que celles-ci se sont formées avec une obliquité voisine de 0°. L’obliquité actuelle de Jupiter est effectivement faible (environ 3°), mais pas celle de Saturne (environ 27°).

Une collaboration de chercheurs de l’IMCCE et de l’université de Pise a donné une explication à ce mystère. Les chercheurs ont montré que la migration des satellites de Saturne modifie la fréquence de précession de son axe. En augmentant, cette fréquence serait devenue égale à la fréquence de précession de l’orbite de Neptune (notée s₈). Par un phénomène de résonance, l’égalité des deux fréquences aurait alors produit une bascule progressive de l’axe de Saturne jusqu’à sa valeur actuelle. C’est donc Titan, le plus gros satellite de Saturne, qui aurait été l’élément déclencheur de cette bascule.

À l’aide de simulations numériques, les chercheurs ont montré que la résonance avec s₈ s’était déclenchée il y a environ 1 milliard d’années, c’est-à-dire relativement récemment dans l’histoire du Système solaire (animation 1). Avant cela, l’obliquité de Saturne pourrait avoir été de 2,5° seulement, une valeur comparable à l’obliquité actuelle de Jupiter. Ces résultats remettent en question le scénario établi jusqu’alors : les astronomes s’accordaient déjà sur l’existence de cette résonance, mais pensaient qu’elle s’était produite très tôt, il y a plus de quatre milliards d’années, en raison d’une modification dans l’orbite de Neptune.

La même équipe de recherche est arrivée à des conclusions similaires concernant la planète Jupiter. Celle-ci devrait connaître un basculement analogue dans le futur en raison de la migration de ses quatre satellites principaux : Io, Europe, Ganymède et Callisto. L’augmentation d’obliquité de Jupiter fait intervenir une résonance avec la fréquence de précession de l’orbite d’Uranus (notée s₇). L’obliquité future de Jupiter pourrait ainsi dépasser 30° dans les 5 prochains milliards d’années (animation 2). Comme pour Saturne, la résonance impliquée était connue précédemment, mais il manquait un ingrédient fondamental : la migration rapide des satellites.

Ces nouveaux résultats impliquent que, contrairement à ce que les astronomes pensaient précédemment, l’inclinaison des axes de Jupiter et de Saturne n’est pas constante depuis des milliards d’années, mais évolue de manière continuelle : ce que nous observons aujourd’hui n’est qu’une étape transitoire de leur évolution. Ce mécanisme de basculement est générique et susceptible de s’être déclenché également pour une grande fraction d’exoplanètes. La distribution des obliquités des exoplanètes géantes gazeuses pourrait donc s’étendre très loin des 0° attendus par leur mécanisme de formation.

En 2021 se produira un phénomène qui a lieu tous les 6 ans : ce sera l’équinoxe sur Jupiter, c’est-à-dire que le Soleil va passer dans le plan équatorial de la planète.

Les orbites des satellites galiléens se trouvent dans ce plan, si bien que des éclipses et des occultations entre satellites vont se produire durant cette période (figure 1). L’observation de ces phénomènes rares est essentielle. Les données obtenues permettent d’approfondir notre connaissance de ce système et une campagne d’observation internationale va se dérouler à cette occasion, avec une forte participation des astronomes amateurs. Bien que faciles (les satellites galiléens de Jupiter ont une magnitude de l’ordre de 5 et sont observables avec une petite lunette), les observations de ces phénomènes requièrent un soin particulier pour pouvoir être utilisées par les astronomes pour la validation des modèles de formation et d’évolution du système jovien. Cette opportunité va mobiliser les observateurs.

L’enjeu scientifique

Le système des satellites galiléens est complexe, c’est un système solaire en miniature – Ganymède étant de la taille de Mars ou de Mercure – dont l’évolution rapide est riche d’enseignement. Les volcans d’Io, la banquise et les éventuels océans d’Europe restent inexpliqués et mal connus. Des modèles de formation et d’évolution de ce système sont à l’étude et des observations astrométriques précises permettant de décrire très précisément les orbites sont essentielles pour la validation de ces modèles. Les sondes spatiales fournissent des données précieuses, mais sur des temps trop courts pour valider des modèles d’évolution, aussi des observations du sol sont nécessaires. Il s’avère que les observations de ces phénomènes rares ont une précision proche de celles des sondes, ce qui entraîne une mobilisation internationale pour ces observations.

Le contexte

Ces phénomènes, observables pendant six mois tous les 6 ans, sont observés seulement depuis l’équinoxe de 1973, les prédictions nécessitant des calculs par ordinateur. Ainsi, depuis une quarantaine d’années, des données précieuses ont pu être recueillies. La table 1 donne le bilan des observations réalisées dans le passé pour chaque période favorable. Il est à noter que si l’équinoxe sur Jupiter tombe au moment de la conjonction de Jupiter-Soleil, cela rend les observations très difficiles et donc peu nombreuses. En 2021, l’équinoxe jovien a lieu le 2 mai, l’opposition de Jupiter et du Soleil le 20 août et la plupart des observations se feront entre ces deux dates. La déclinaison de Jupiter sera négative, favorisant les observations dans l’hémisphère sud. Les observations seront bien entendu possibles dans l’hémisphère nord, mais Jupiter sera assez bas sur l’horizon.

Statistiques sur les précédentes campagnes : en 1973, les amateurs observaient visuellement ; en 1979, la période favorable aux phénomènes avait lieu durant la conjonction Jupiter-Soleil. Les équinoxes dans l’hémisphère nord sont celles de 2015, 2003, 1991 et 1979.

Campagne	Taille des télescopes < 50 cm (amateurs)	Taille des télescopes > 50 cm (professionnels)	Nombre de sites	Nombre d’observations
1973	4	20	24	94
1979	4	7	11	22
1985	12	16	28	166
1991	37	19	56	374
1997	32	10	42	292
2003	34	15	42	377
2009	70	12	74	457
2015	74	13	75	609

La méthode

Les phénomènes mutuels ressemblent un peu aux éclipses classiques des satellites entrant dans l’ombre de Jupiter et qui se produisent en permanence. Malheureusement, ces éclipses par la planète n’offrent pas la même qualité d’observation que les phénomènes mutuels. Observées intensivement aux XVIII^e et XIX^e siècles, les éclipses par Jupiter ont été supplantées par les observations photographiques, aujourd’hui elles-mêmes dépassées par les phénomènes mutuels.

L’observation des phénomènes mutuels est une observation photométrique : on réalise une suite d’images (un film à la vitesse de quelques images par seconde, la cadence vidéo étant souvent utilisée bien qu’un peu trop rapide) et on mesure la quantité de lumière réfléchie par les satellites durant le phénomène, soit une occultation d’une partie d’un satellite par un autre, soit une éclipse d’un satellite par un autre (figure 2). L’absence d’atmosphère sur les satellites permet un signal net (figure 3 à gauche) peu bruité et facile à modéliser, contrairement aux éclipses par Jupiter gênée par l’atmosphère épaisse de la planète. Un grand soin doit être apporté à cette observation pour être sûr qu’aucune lumière parasite ne va troubler l’observation. Toutes les observations réalisées doivent être connectées entre elles : pour cela, chaque image doit être datée en Temps universel (le UTC de l’horloge parlante ou du GPS) avec une précision de 0,1 seconde de temps. Sans cela, l’observation est inutilisable. Des informations et un protocole d’observation sont donnés sur la page dédiée à la campagne sur le site web de l’IMCCE pour ceux qui souhaitent observer. À noter que la brillance des satellites permet ces observations même avec un petit instrument d’amateur.

Les résultats

Plusieurs résultats marquants ont été obtenus lors des campagnes d’observations précédentes et l’accumulation des données, couplées avec toutes les autres même moins précises, a contribué à approfondir notre connaissance de ce système.

Les premières observations ont eu lieu avant que les sondes spatiales ne visitent le système jovien et elles ont aidé à mieux connaître la valeur des rayons des satellites grâce à la mesure aisée de la durée des occultations. Rapidement, les sondes spatiales ont fourni des valeurs des rayons bien meilleures. La sonde Voyager a fourni une quantité extraordinaire de données sur les satellites galiléens montrant des volcans sur Io, une banquise sur Europe et des satellites Ganymède et Callisto de roches et de glace. Mais alors s’est posée la question de leur formation et de leur évolution.

La présence de volcans a suscité l’idée de pouvoir les détecter lors d’une occultation de Io en observant dans la bande infrarouge probable de la température des volcans. Le 20 février 1991, profitant d’une occultation de Io par Europe, une observation sera réalisée dans la bande 3,8 micromètres. En comparant avec une observation du même phénomène dans le visible (spectre solaire réfléchi), on voit nettement apparaître les volcans (figure 3 à droite). Cette observation a montré plusieurs choses : une confirmation des volcans actifs en permanence, un déplacement des volcans à la surface de Io depuis l’époque des images de la sonde Voyager et la température plus élevée que prévu des volcans.

Enfin, l’analyse de toutes les observations accumulées depuis un siècle (éclipses par Jupiter, observations méridiennes, puis photographiques et phénomènes mutuels) a montré une accélération du satellite Io et donc une dissipation d’énergie. Cette accélération correspondait bien aux effets de marée induits par Jupiter et correspondait à la dissipation d’énergie mesurée par les sondes spatiales. Ainsi, il était prouvé que Io était en équilibre thermique entre les effets de marée et les éruptions volcaniques.

Observer en 2021

L’observation des phénomènes mutuels est donc une source précieuse de données et une campagne internationale est nécessaire afin de disposer de sites d’observation bien répartis autour du monde (figure 4). Une telle campagne s’organise principalement avec les astronomes amateurs, car il n’est point besoin de grands instruments. Ces phénomènes sont faciles à observer et spectaculaires et nous vous encourageons à les observer, même simplement pour le plaisir de voir ces phénomènes rares. La table ci‑dessous donne les dates et conditions des phénomènes visibles à Paris (et aussi en France). La déclinaison négative de Jupiter limite drastiquement le nombre de phénomènes observables. On remarque qu’il n’y a que des éclipses observables et pas d’occultations. La raison provient du fait qu’au moment de l’équinoxe, la Terre est mal placée dans le ciel jovien. Elle passe elle‑même dans l’équateur de Jupiter (période de maximum pour les occultations) en mars, peu après la conjonction Jupiter-Soleil qui a lieu en février, alors que l’équinoxe a lieu en mai, ce qui réduit le nombre d’occultations observables.

Le télescope spatial CHEOPS a détecté six planètes en orbite autour de l’étoile TOI‑178. Cinq des planètes sont piégées dans une chaîne exceptionnelle de résonances de Laplace dans les rapports 2: 4: 6: 9: 12. Cela peut être visualisé comme un rythme harmonique malgré des compositions très différentes – une nouveauté.

CHEOPS est une mission de l’European Space Agency (ESA) avec la participation de laboratoires suisses et français, dont l’IMCCE/CNRS/Observatoire de Paris/Université PSL/Sorbonne Université.

Des notes de musique qui semblent agréables ensemble peuvent former une harmonie. Ces notes sont généralement dans une relation particulière les unes avec les autres : lorsqu’elles sont exprimées en fréquences, leurs rapports sont des fractions simples, telles que 4/3 ou 3/2. De même, un système planétaire peut aussi former une sorte d’harmonie lorsque les planètes, dont les rapports de période orbitale forment de simples fractions, s’attirent régulièrement par leur gravité. Lorsqu’une planète met trois jours en orbite autour de son étoile et que sa voisine prend deux jours, par exemple. À l’aide du télescope spatial CHEOPS, une équipe internationale de scientifiques, conduite par l’astrophysicien Adrien Leleu, ancien doctorant de l’IMCCE/Observatoire de Paris, maintenant post-doctorant CHEOPS à l’Observatoire de Genève, a trouvé de telles relations entre cinq des six planètes en orbite autour de l’étoile TOI‑178, situées à plus de 200 années-lumière de la Terre. Les résultats sont publiés dans le Journal of Astronomy and Astrophysics.

Une pièce manquante dans un puzzle imprévu

Comme l’avait remarqué J. Schneider (Luth/Observatoire de Paris), les observations du Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) de la NASA mettaient en évidence un système à trois planètes, dont deux avec des périodes orbitales très proches, laissant la possibilité d’un système de planètes co-orbitales. À la recherche de ces planètes co-orbitales depuis plusieurs années, A. Leleu, Ph. Robutel (IMCCE/Observatoire de Paris) et leurs collègues ont donc observé le système avec des instruments supplémentaires, comme le spectrographe ESPRESSO (Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations) au sol à l’Observatoire européen austral (ESO) du Paranal Observatory au Chili, mais les résultats n’ont pas été concluants. Lorsque Leleu et ses collègues ont proposé d’étudier le système de plus près, ils n’étaient donc pas sûrs de ce qu’ils allaient trouver. La haute précision et la facilité de pointage de CHEOPS étaient nécessaires pour apporter de la clarté au problème, mais cela s’est avéré plus difficile que prévu. L’équipe n’a pas trouvé de planètes co-orbitales, mais les résultats étaient tout de même spectaculaires, car il y avait en effet cinq planètes présentes dans le système avec des périodes orbitales d’environ 2, 3, 6, 10 et 20 jours respectivement.

Alors qu’un système à cinq planètes aurait été une découverte assez remarquable en soi, A. Leleu et ses collègues ont remarqué qu’il y avait peut-être plus : le système semblait être piégé dans une chaîne de résonances. « Notre théorie impliquait qu’il pouvait y avoir une planète supplémentaire dans cette harmonie ; cependant, sa période orbitale devait être à une valeur très spécifique, près de 15 jours. Si la période n’avait été que dix minutes de plus ou dix minutes de moins que la valeur prévue, le système aurait été chaotique », explique Leleu. Pour vérifier si leur théorie était bien vraie, l’équipe a programmé une autre observation avec CHEOPS, à l’heure exacte où cette planète manquante passerait – si elle existait. Comme le rapporte Nathan Hara, co-auteur, astrophysicien de l’université de Genève et ancien doctorant à l’IMCCE, « quelques jours plus tard, les données indiquaient clairement la présence de la planète supplémentaire et confirmaient ainsi qu’il y avait bien six planètes dans le système TOI‑178 ».

Ce système est un défi pour les études dynamiques, ce qui explique pourquoi cinq des principaux auteurs de l’article sont des chercheurs ou d’anciens doctorants de l’Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE)/Observatoire de Paris.

Une des chaînes de résonances les plus longues dans un système planétaire

Ces travaux ont révélé que le système possède six planètes et que toutes sauf celle qui est la plus proche de l’étoile sont bloquées dans une chaîne de résonance. Cela signifie qu’il y a des motifs qui se répètent lorsque les planètes tournent autour de l’étoile, certaines planètes s’alignant toutes sur quelques orbites. Une résonance similaire est observée sur les orbites de trois des lunes de Jupiter : Io, Europa et Ganymède. Io, le plus proche des trois de Jupiter, effectue quatre orbites complètes autour de Jupiter pour chaque orbite de la plus éloignée, Ganymède, et deux orbites complètes pour chaque orbite d’Europa.

Les cinq planètes externes du système TOI‑178 suivent une chaîne de résonance beaucoup plus complexe (https://www.eso.org/public/videos/eso2102b/), l’une des plus longues jamais découvertes dans un système planétaire. Alors que les trois lunes de Jupiter sont dans une résonance 4: 2: 1, les cinq planètes extérieures du système TOI‑178 suivent une chaîne 18: 9: 6: 4: 3:, tandis que la deuxième planète de l’étoile (la première dans le chaîne de résonance) effectue 18 orbites, la suivante effectue 9 orbites, et ainsi de suite.

Un système qui est un défi pour notre compréhension actuelle

Grâce à la précision des mesures de CHEOPS, ainsi qu’aux données antérieures de la mission TESS, du spectrographe ESPRESSO de l’ESO et autres, les scientifiques ont pu non seulement mesurer les périodes et les tailles des planètes de 1,1 à 3 fois le rayon de la Terre, mais aussi estimer leurs densités. Avec cela est venue une autre surprise : par rapport à la façon ordonnée de l’agencement des planètes en orbite autour de leur étoile, leurs densités semblent être un mélange incompréhensible. Dans le système TOI‑178, une planète terrestre dense comme la Terre semble être juste à côté d’une planète très peu dense, ayant la moitié de la densité de Neptune, suivie d’une très similaire à Neptune. Comme le conclut Adrien Leleu, « le système s’est donc avéré être un système qui remet en question notre compréhension de la formation et de l’évolution des systèmes planétaires ».

Le mont Canigou est situé à 253 km de la basilique Notre-Dame-de-la-Garde à Marseille et la ligne directe joignant ces deux lieux passe sous le niveau de la mer à une profondeur de 120 mètres environ.

Il est cependant possible d’observer le mont Canigou se détachant en contre-jour sur le disque du Soleil couchant. Cette observation est possible en raison de la réfraction des rayons lumineux dans l’atmosphère terrestre.

La première observation date de 1808, elle fut effectuée par le baron de Zach, astronome du duc de Saxe-Gotha. Les calculs explicatifs du phénomène furent faits en 1880, par Louis Fabry, astronome à l’observatoire de Marseille. Il détermina que le phénomène était observable autour des deux dates du 11 février et du 30 octobre. Il vérifia l’exactitude de cette prédiction le 31 octobre 1882 et le 30 octobre 1886.

La première photographie du phénomène fut prise le 30 octobre 1970 par Arlette Bergès Dinon, Marius Motte et les membres de la Société Scientifique Flammarion. Chaque année, de nombreux amateurs sont à l’affût de ce phénomène. En 2021, les deux dates propices pour l’observer seront le 10 février et le 30 octobre.