Présentation, aide à la crédibilité d'un roman

[mikha005]

Bonjour à tous,

 

Mikhaël, 45 ans, médecin, curieux de l'astronomie, je suis en train d'écrire un roman SF/heroic fantasy qui se passe dans un autre système solaire, relativement comparable au nôtre.

 

J'ai une idée, mais j'aimerais qu'elle soit crédible: pourrait-il y avoir une géante rouge suffisamment grosse ou bien proche, pour être visible depuis la terre un peu comme une "petite lune rouge"?

Bien entendu, sans qu'elle perturbe de façon importante la rotation des planètes autour du soleil...

 

Est-ce que certains auraient des éléments de réponse?

 

Un grand merci pour votre aide!

[Fred_76]

Bnjour,

 

Les systèmes binaires (et plus) d’étoiles existent et sont même relativement courants. Des planètes peuvent très bien graviter dans un tel système, soit autour d'une des étoiles (la plus massive, comme les planètes tournent autour de notre Soleil, la seconde étoile moins massive étant par exemple Jupiter), soit comme des satellites autour de Saturne, le Soleil étant la plus massive des étoiles, et Saturne l'autre étoile.

 

Pour votre roman, un des critères est que la géante rouge soit visible depuis la planète comme une petite lune. Cela contraint la taille et la distance de cette géante. La Lune a une taille de 30 minutes d’arc dans le ciel terrestre, la même que le Soleil dans notre ciel. On peut supposer :

- Dimension apparente dans le ciel = 10 fois plus petite que la Lune

- Diamètre de la géante de type Aldebaran soit environ 50 x le diamètre du Soleil

 

On en déduit la distance entre la planète et la géante qui sera simplement égale à 10x50/2 unités astronomiques, soit 250 UA. La géante sera donc 250 fois plus distante que le Soleil ne l’est de la Terre et apparaitra 10 x plus petite dans le ciel que le Soleil, donnant l'impression de petite lune que vous cherchez. Avec les 250 UA de distance, les orbites ne seront pas trop perturbées.

 

Le soleil de la planète orbitera autour de la géante et la planète autour de son soleil.

 

Quelques caractéristiques de la géante rouge :

- masse : 1,2 x la masse du Soleil

- distance à l'autre étoile : 250 UA

- luminosité : 400 x plus que celle du Soleil, mais en tenant compte de la distance, elle éclairera près de 150x moins que le soleil.

 

Quelques caractéristiques de l'étoile "normale" :

- masse : 1 x la masse du Soleil

- distance à la planète : 1 UA

- luminosité : 1 x celle du Soleil

 

C’est à peaufiner mais crédible.

 

Par contre, une géante rouge n’est pas une étoile de tout repos. Elle provient de l’explosion d’une étoile plus massive une fois que tout l’hydrogène a été consommé. Cette explosion a « stérilisé » toute la zone autour d’elle, projetant des nuées de gaz dans l’espace. La vie a donc été effacée a ce moment. Mais rien ne l’empêche de réapparaître ensuite. L’évolution de la géante rouge est d’exploser plus tard une fois tout l’hélium consommé. Selon la masse de l’étoile, cela peut prendre plus ou moins de temps, mais on peut considérer quelques milliards d’années : largement assez pour qu’une vie développée puisse exister.

 

Une autre chose sympa, c'est que l'explosion a projeté une bulle de gaz autour de la géante. Cette bulle est ensuite "rétro" éclairée par la géante et son étoile compagne, ce qui doit donner des aspects sympas au ciel de nuit vu depuis la planète.

 

 

A+

 

Fred

Modifié 25 novembre 2016 par Fred_76

[Jean-Baptiste_Paris]

Bienvenue Mickaël et bravo pour ton projet !

 

Par contre, une géante rouge n’est pas une étoile de tout repos. Elle provient de l’explosion d’une étoile plus massive une fois que tout l’hydrogène a été consommé.

 

T'es sur de toi Fred ?

 

Pour moi une géante rouge ne résulte pas de l'explosion d'une étoile plus massive, mais c'est la phase suivante après la séquence principale d'une étoile "normale" (de 0.3 à 8 masses solaires). Si tu penses au "flash de l'hélium", c'est juste pour les étoiles de moins de 2,5 masses solaires, mais ce n'est pas à proprement parler une explosion.

 

C'est plutôt à la fin de la séquence géante rouge que les couches externes vont être expulsées.

 

Ou alors tu penses au cas particulier des Wolf-Rayet ? Mais ce sont des étoiles beaucoup plus massives que le soleil.

 

jb

[Fred_76]

Non je ne suis pas sur, c'est pour ça que j'ai dit qu'il fallait peaufiner

[Fred_76]

Effectivement, le cycle de vie d'une géante rouge est quand même plus calme que ce que j'ai décrit. Une étoile de masse inférieure à 8 masses solaire devrait progressivement avoir un noyau qui va se contracter et s'échauffer, ce faisant, sa couche externe va se dilater et le diamètre de l'étoile augmenter.

 

Certaines géantes rouges ne sont pas stables et pulsent. Dans de telles conditions, la quantité de matière expulsée à chaque pulsation rendront difficiles le maintient de la vie même à bonne distance. Mais si une planète orbite autour d'une étoile qui orbite elle même à bonne distance de la géante, le champ magnétique et électro-magnétique de cette étoile pourrait la protéger de la matière expulsée.

 

D'autres géantes rouges sont assez stables et expulsent régulièrement leur matière.

 

Dans les deux cas, cette expulsion intense de matière (bien plus que ce que l'on reçoit du Soleil) provoquerait des aurores énormes sur la planète.

 

Quand la masse de la géante rouge est comprise entre 0.5 et 2.3 masses solaires, elle devrait exploser d'un coup lorsque la fusion de l'hélium en carbone commencera (le flash d'hélium). Là ce sera la fin des haricots pour la planète... Quand l'étoile fait plus de 2,5 masses solaires, il n'y aura pas de flash et la transition sera plus tranquille.

 

Mais il y a quand même pas mal de millions d'années de stade "géante rouge" avant que le flash de l'hélium ne survienne. Cela permettrait à une civilisation avancée de coloniser une planète gravitant autour d'une étoile compagnonne de la géante... et de perdre le souvenir de sa venue (donc retour à un moyen âge, cf. Romance de Tenébreuse de Marion Zimmer Bradley, ou Cycle de Pern de Ann McCaffrey).

Modifié 25 novembre 2016 par Fred_76

[Qorche]

Bonjour,

 

l'état de géante rouge est un état relativement court sur la période de vie d'une étoile : quelques millions d'années à quelques dizaines de millions d'années. De plus pour des étoiles comparables à notre Soleil la fin de vie est assez complexe, avec une première phase de géante rouge à la fin de laquelle la fusion de l'hélium commence dans le cœur, un retour à des conditions plus proches de la séquence principale et plus stables le temps de fusionner l'hélium du cœur (red clump voire branche horizontale) puis un ultime stade de géante rouge, au cours duquel l'étoile devient instable et expulse ses couches les unes après les autres, jusqu'à ce qu'il ne reste plus que le noyau.

 

La luminosité de l'étoile varie d'un facteur 1000 entre la séquence principale et le paroxysme du stade de géante rouge, tandis que le red clump est à peu près 100 fois plus lumineux que la séquence principale.

 

Admettons que l'étoile autour de laquelle orbite notre planète soit similaire à notre Soleil. L'autre étoile doit effectivement se situer à au moins 100 ou 200 UA pour que ses fortes variations de luminosité n'aient pas trop de conséquences sur la planète. Et encore, même à une telle distance ces variations de luminosité pourraient faire la différence entre une glaciation et une étuve.

La seconde hypothèse crédible est de considérer que la géante est dans une période assez stable, comme le red clump. Je ne donne pas cher de la vie lorsque la géante commencera à expulser ses couches extérieures, même à des centaines d'UA.

 

En red clump l'étoile aurait juste une apparence jaune.

[Fred_76]

Prenons une étoile mélangeant les caractéristiques de Nu Aurigae et d'Epsilon Tauri comme exemple :

- rayon = 19 x rayon solaire

- masse = 2,8 x masse solaire

- luminosité = 135 x luminosité solaire

 

On veut que le soleil soit à 100 AU de la géante. La géante fera alors environ 3 minutes d'arc de diamètre apparent dans le ciel de la planète (10 x plus petit que le Soleil dans le ciel).

 

Le soleil et sa planète mettront 513 années terrestres pour faire le tour de la géante.

 

La luminosité reçue sera 1.4% de la luminosité solaire, ou 18 W/m², sachant que la Terre reçoit 1361 W/m² du Soleil.

 

La couleur serait jaune orangée.

 

Pour d'autres distances :

50 AU : période = 181 ans, taille = 5,7 minutes, luminosité = 5.4% (environ 74 W/m²), mag apparente = -23.5

100 AU : période = 513 ans, taille = 2.9 minutes, luminosité = 1.4% (environ 18 W/m²), mag apparente = -22.0

150 AU : période = 942 ans, taille = 1,9 minutes, luminosité = 0.6% (environ 8 W/m²), mag apparente = -21.1

200 AU : période = 1451 ans, taille = 1,4 minutes, luminosité = 0.3% (environ 5 W/m²), mag apparente = -20.5

250 AU : période = 2027 ans, taille = 1.1 minutes, luminosité = 0.2% (environ 3 W/m²), mag apparente = -20.0

 

Dans tous les cas la géante sera visible en plein jour.

Modifié 25 novembre 2016 par Fred_76

[mikha005]

Je suis sans voix... C'est tout simplement passionnant! Vous venez de me livrer une mine d'informations extraordinaires, de quoi faire bouillonner l'imagination.

Un immense merci pour votre discussion, vraiment, c'est hyper sympa.

 

Il va me falloir quelque temps pour relire toutes ces infos avec mes bouquins d'astronomie sur les genoux et tout maîtriser, mais les éléments cruciaux de réponse sont là!

 

Sans vouloir abuser de votre aide, j'aurais une autre petite question/précision... Vous avez, si j'ai bien compris, proposé une géante rouge au centre du système, une étoile et sa/ses planètes qui gravitent autour. La taille, la luminosité que vous proposez correspondent parfaitement à ce que je souhaite. Par contre, le fait que le système abritant la vie gravite autour de la géante va induire une cyclicité de l'apparition de l'étoile en fin de vie dans le ciel des habitants, un trajet dans le ciel rythmé par les révolutions, donc des éphémérides que je ne suis pas sûr de pouvoir calculer, si je veux rester plausible dans mes descriptions (ceci dit, il n'est pas prévu de situer précisément la géante dans le ciel à chaque journée vécue par les personnages, donc je pourrais rester un peu évasif et m'en sortir).

Donc, serait-il imaginable que la géante soit en dehors du système solaire considéré, pour qu'elle apparaisse dans le ciel en s'y "déplaçant" un peu comme une des étoiles de notre ciel nocturne? Est-ce qu'une taille autour d'1/10e de lune est compatible avec un éloignement suffisant pour ne pas perturber la vie sur la planète? (je comprends le principe de vos calculs d'angle, de taille et de distance, mais ne maîtrise pas les outils pour faire le calcul, désolé...).

 

Encore mille mercis pour vos réflexions!!

[Fred_76]

De rien

 

La géante est au centre du système, l'étoile gravite autour de la géante, ce qui forme ce qu'on appelle une binaire. Mais la planète orbite autour de son étoile comme la Lune gravite autour de la Terre, elle ne gravite pas directement autour de la géante.

 

J'ai donné la quantité d'énergie que fourni la géante sur la planète : c'est entre 0,5 et 2% de l'énergie qu'elle reçoit de son soleil, autrement dit pas grand chose. Acun risque de perturber la vie de la planète à moyen terme. Par contre sur le long terme (plusieurs centaines de millions d'années), la vie ne pourrait pas trop résister dans le coin car la géante va évoluer et dans certains soubresauts, balancer pas mal de matière dans l'espace.

 

Pour l'apparence dans le ciel, on devrait la voir se déplacer très lentement par rapport aux étoiles lointaines. Cela dépend de la distance que tu te seras fixé entre la géante et l'étoile. L'étoile faisant un tour de la géante entre 180 et 2000 ans, tu as le choix ! Avec une courte distance (50 UA = 50 x la distance Terre-Soleil), l'énergie reçue de la géante correspondra à 5% environ de l'énergie totale reçue. C'est à pondérer par la distance entre l'étoile et la géante, car l'orbite ne sera certainement pas circulaire. Une orbite légèrement elliptique provoquera une variation autour de ces 5%, qui sera suffisante pour changer le climat sur une échelle de 180 années : winter is coming !

 

Avec des humains et des générations de 30 ans, ça fera un cycle en 6 générations... suffisant pour que le cycle précédent rentre dans la légende populaire, surtout si la population n'est pas très scientifiquement élaborée.

 

Si l'étoile fait le tour de la géante en 180 années, la géante se déplace dans le ciel de 10 minutes d'angle tous les mois, ou 2 degrés tous les ans. C'est suffisant pour que le gens se rendent compte de son déplacement et prennent conscience des cycles selon la constellation qu'elle traverse. Ils savent donc à peu près ce qui va arriver.

 

Je n'ai pas simulé le système et ne puis te dire s'il est stable sur une période assez longue quand la distance entre l'étoile et la géante est de 50 UA et la distance planète-étoile de 1 UA. 50 UA c'est un peu plus de la distance Soleil-Pluton (40 UA en moyenne).

 

PS : t'as pas fait de maths en médecine ???

Modifié 25 novembre 2016 par Fred_76

[mikha005]

C'est juste nickel, merci pour tous ces éclaircissements.

Je crois disposer maintenant de toutes les infos utiles pour ne pas raconter n'importe quoi!

Je prends bonne note:

- des contraintes de distances et de taille pour la géante pour un visuel "petit lune",

- des émissions de la géante et des possibles dangers pour la vie autour

- de la bulle de gaz rétro-éclairée et des belles aurores potentielles!!

- de l'histoire de la vie des géantes rouges

- des temps probables de révolution du système autour de la géante

- de sa couleur, son énergie, sa visibilité et ses déplacements dans le ciel

... entre autres!

 

Une très bonne continuation! Maintenant, à moi d'essayer de raconter une chouette histoire!

 

PS: des maths? ça me dit vaguement quelque chose, en effet...

[RIGEL33]

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