La méthode des transits
Quand une planète passe devant son étoile vue depuis la Terre, elle masque une infime partie de la lumière. Les télescopes spatiaux comme Kepler et TESS ont découvert des milliers d’exoplanètes en guettant ces baisses régulières de luminosité. La mission européenne PLATO, dont la sortie est prévue fin 2026, doit poursuivre ce travail en visant des planètes semblables à la Terre.
La profondeur du transit
La fraction de lumière masquée vaut à peu près le rapport des surfaces des deux disques :
Profondeur ≈ (Rp ÷ R)²*
où Rp est le rayon de la planète et R* celui de l’étoile. On l’exprime souvent en parties par million (ppm).
- La Terre devant le Soleil : environ 84 ppm (0,0084 %).
- Jupiter devant le Soleil : environ 1 %.
- Une planète de taille terrestre autour d’une petite naine rouge : plusieurs milliers de ppm, bien plus facile à voir.
La durée du transit
Pour une planète qui passe devant le centre du disque de l’étoile, le transit dure environ :
T ≈ (P ÷ π) × arcsin((R + Rp) ÷ a)*
où P est la période orbitale et a la distance orbitale, donnée par la troisième loi de Kepler : a (ua) = (M × P²)^(1/3), avec P en années. Les transits décentrés sont plus courts.
Exemple : la Terre vue de loin
Un astronome extraterrestre bien placé verrait la Terre :
- atténuer le Soleil de 84 ppm ;
- pendant environ 13 heures ;
- une fois par an.
C’est pourquoi détecter une vraie jumelle de la Terre demande des observations spatiales extrêmement précises et longues.
La probabilité de transit
Un transit n’a lieu que si l’orbite est vue presque par la tranche. Pour une orientation au hasard, la probabilité vaut environ R ÷ a* :
- la Terre autour du Soleil : environ 0,47 % ;
- un Jupiter chaud à 0,05 ua : environ 10 %.
Pour chaque planète en transit découverte, beaucoup d’autres autour d’étoiles proches restent invisibles par cette méthode.
Ce que révèlent les transits
- Associé à la masse mesurée par vitesses radiales, le rayon donne la densité : planète rocheuse, riche en eau ou gazeuse.
- La lumière de l’étoile filtrée par l’atmosphère de la planète pendant le transit révèle sa composition, comme le fait le JWST pour l’eau ou le dioxyde de carbone.
- Les variations de l’instant des transits peuvent trahir d’autres planètes invisibles dans le système.
Les courbes de lumière réelles dépendent aussi de l’assombrissement centre-bord, des taches stellaires et du paramètre d’impact, que les ajustements professionnels prennent en compte.