Imaginez que vous puissiez, depuis votre fauteuil, deviner ce que respire un habitant vivant à des centaines de milliers de milliards de kilomètres de chez vous. C’est, à peu de choses près, le tour de force que réalisent aujourd’hui les astronomes. En scrutant des planètes situées à des dizaines, voire des centaines d’années-lumière, ils parviennent à identifier les gaz qui composent leur atmosphère. Ni sonde envoyée sur place, ni photographie détaillée : rien qu’un filet de lumière, patiemment décortiqué. Ce qui relevait hier de la pure science-fiction est devenu une routine scientifique fascinante. Plongeons dans les coulisses de cet exploit.

Quand une planète passe devant son étoile, la lumière raconte tout

Tout commence par un phénomène d’une simplicité déconcertante : le transit. Lorsqu’une exoplanète passe précisément entre nous et son étoile, elle en masque une infime partie, comme une mouche traversant le faisceau d’un projecteur. Mais l’essentiel se joue sur les bords. Une fraction de la lumière stellaire ne fait pas que contourner la planète : elle traverse sa fine couche d’atmosphère avant de nous parvenir.

Et c’est là toute la subtilité. En chemin, cette lumière laisse quelques plumes. Chaque molécule présente dans l’atmosphère absorbe certaines longueurs d’onde bien précises, laissant une empreinte discrète mais reconnaissable. Il suffit alors de comparer la lumière de l’étoile filtrée par l’atmosphère à celle, non filtrée, de l’étoile seule. La différence, aussi ténue soit-elle, trahit la composition de cet air lointain.

La spectroscopie de transmission, ou l’art de lire les molécules dans un rayon

Cette technique porte un nom : la spectroscopie de transmission. Concrètement, elle consiste à décomposer la lumière reçue en ses différentes couleurs, un peu comme un prisme étale la lumière blanche en arc-en-ciel. Le résultat s’appelle un spectre de transmission. En observant les zones plus sombres de ce spectre, les scientifiques identifient les molécules responsables de l’absorption : vapeur d’eau, méthane, dioxyde de carbone, chacune signe sa présence à sa manière.

L’infrarouge joue ici un rôle central. C’est dans cette partie du spectre que se produisent la plupart des transitions moléculaires, autrement dit là où les gaz se dévoilent le plus nettement. Accéder à ces longueurs d’onde est donc crucial pour mesurer l’abondance de gaz comme l’eau, le méthane et le dioxyde de carbone. Et cette composition n’a rien d’anecdotique : elle renseigne les chercheurs sur l’origine et l’évolution de la planète, un peu comme les cernes d’un arbre racontent son histoire.

Des télescopes surpuissants pour capter l’infiniment ténu

Pour saisir des signaux aussi faibles, il faut s’affranchir d’un obstacle de taille : notre propre atmosphère. Depuis le sol, l’air terrestre brouille les observations et masque une partie du spectre infrarouge. La solution ? Observer depuis l’espace. C’est tout l’intérêt du télescope spatial James Webb, véritable virtuose de l’exercice.

Les résultats parlent d’eux-mêmes. Avec son spectrographe NIRSpec, Webb a livré un spectre de la géante gazeuse chaude WASP-39 b qui a révélé la première preuve définitive de dioxyde de carbone sur une planète hors du système solaire, sur une plage allant de 3 à 5,5 microns. Autre exploit, WASP-96 b, premier spectre collecté par l’instrument, a affiché des signes clairs de vapeur d’eau en couvrant d’un seul coup toute la gamme de 0,6 à 2,8 microns. Plus étonnant encore, l’exoplanète HD 80606 b, quatre fois plus massive que Jupiter et située à 217 années-lumière, a livré ses secrets : sur son orbite très elliptique de 111 jours, elle subit une hausse de température d’environ 600 °C à l’approche de son étoile, tandis que sa signature révélait méthane et dioxyde de carbone. La précision atteinte, en combinant plusieurs instruments comme sur la sous-Saturne chaude HAT-P-12b, est tout bonnement inédite.

Respirer ailleurs : ce que ces atmosphères révèlent sur la vie possible

Au-delà de la prouesse technique, ces analyses nourrissent la plus vertigineuse des questions : sommes-nous seuls ? La détection de molécules comme le méthane sur une planète telle que K2-18 alimente les discussions sur des mondes potentiellement habitables, où se côtoieraient méthane, dioxyde de carbone et eau. Attention toutefois : détecter ces gaz ne signifie pas trouver la vie. Cela dessine plutôt une carte des candidats à explorer, un tri méthodique parmi l’immensité.

Et l’aventure ne fait que commencer. La mission Ariel de l’Agence spatiale européenne, attendue au point de Lagrange L2 à partir de 2029, sera entièrement dédiée à cette chasse aux atmosphères. Elle ambitionne de mener le premier grand relevé d’environ 1000 planètes dans l’optique et le proche infrarouge. De quoi passer du portrait individuel à la véritable enquête statistique.

Décomposer un simple rayon de lumière pour y lire la composition de l’air d’un monde lointain : voilà où en sont les astronomes. Ce que la spectroscopie de transmission a rendu possible dépasse largement la simple curiosité technique, car chaque spectre analysé nous rapproche un peu plus d’une réponse à la plus ancienne des interrogations humaines. Et si, quelque part dans ces empreintes lumineuses, se cachait déjà la signature d’un ciel respirable ?