Observer · Ciel profond

Détecter une exoplanète : le creux qui trahit un autre monde

On ne voit jamais une exoplanète : à des dizaines d'années-lumière, son étoile l'écrase de plusieurs milliards de fois en éclat. Ce qu'on mesure, c'est la baisse de lumière de l'étoile quand la planète passe pile devant elle — un transit. Pendant deux à trois heures, un Jupiter chaud masque 1 à 2,4 % du disque stellaire, et son éclat chute d'autant. Ce creux-là, un télescope de 100 mm et une caméra suffisent à l'enregistrer depuis un jardin. Voici comment on prévoit un transit, comment on lit la courbe de lumière, et trois cibles pour commencer dès ce mois-ci.

2 %: la chute de lumière d'une étoile quand un Jupiter chaud passe devant : le signal à mesurer
100 mm: le diamètre de télescope qui suffit déjà à enregistrer un transit profond
65 al: la distance de HD 189733, l'étoile-hôte transitante la plus proche et la plus brillante
1999: l'année du premier transit d'exoplanète mesuré, sur l'étoile HD 209458
84000: les courbes de transit archivées par les amateurs dans l'Exoplanet Transit Database

Le principe du transit

On ne voit pas la planète — on mesure l'ombre qu'elle porte

Une exoplanète est invisible depuis la Terre : son étoile la noie sous des milliards de fois son éclat, et aucun télescope d'amateur ne sépare les deux. La méthode du transit contourne le problème. Quand l'orbite de la planète est vue presque par la tranche, la planète passe périodiquement devant le disque de son étoile, et bloque une petite fraction de sa lumière. L'étoile reste un point ; c'est son éclat qui baisse, le temps du passage. La profondeur de ce creux ne dépend que du rapport des tailles : elle vaut le carré du rayon de la planète divisé par celui de l'étoile. Un Jupiter chaud — une planète géante de la taille de Jupiter serrée à quelques millions de kilomètres de son soleil — devant une étoile pas trop grosse bloque de 1 à 2,4 % de la lumière : c'est énorme à l'échelle de la photométrie, et parfaitement mesurable. Devant une étoile géante, le même Jupiter ne masquerait qu'un millième : voilà pourquoi les bonnes cibles d'amateur sont toujours des Jupiter chauds autour d'étoiles brillantes et compactes.

La courbe de lumière

Une baignoire à fond plat dans le flux de l'étoile

On porte l'éclat de l'étoile en fonction du temps. Hors transit, la ligne est plate : c'est la ligne de base. Au premier contact, la courbe amorce sa descente pendant quelques minutes, le temps que le disque de la planète glisse entièrement devant l'étoile ; elle atteint un plancher presque plat, y reste une à deux heures, puis remonte à la sortie. Le dessin est une baignoire : deux flancs obliques et un fond plat. La profondeur du fond donne la taille de la planète, la durée totale et la pente des flancs renseignent sur l'orbite. Sur la courbe ci-dessous, mesurée par le télescope Webb sur WASP-96 b, la chute atteint environ 1,4 % et le bruit est infime — c'est l'idéal de laboratoire. Depuis un jardin, votre courbe sera plus bruitée, mais le creux d'un transit profond ressort sans ambiguïté : c'est bien ce point-là, reproductible d'une nuit à l'autre, qui prouve qu'un monde tourne là-haut.

Courbe de lumière réelle du transit de WASP-96 b : l'éclat relatif reste plat à 100 %, plonge d'environ 1,4 % pendant le transit, puis remonte — Courbe de lumière du transit de WASP-96 b mesurée par le télescope Webb — NASA, ESA, CSA, STScI (domaine public)

Le matériel

Ce qu'un astrophotographe possède déjà suffit

La clé n'est pas le diamètre, c'est la stabilité. Un télescope de 100 à 200 mm enregistre déjà les transits profonds ; l'important est une monture équatoriale motorisée qui garde l'étoile immobile sur le capteur pendant cinq heures. Côté capteur, une caméra CMOS moderne — faible bruit de lecture, grande dynamique — est l'outil de choix, mais un simple reflex enregistrant en RAW ou en FITS fait l'affaire sur les cibles brillantes. On défocalise légèrement l'étoile pour étaler sa lumière sur plus de pixels et éviter la saturation, on choisit une pose de quelques secondes à deux minutes, et on laisse tourner : une nuit de transit, c'est souvent plus de 1000 images en FITS. Le secret de la précision tient dans la photométrie différentielle : on ne mesure pas l'étoile-cible seule, on la compare à plusieurs étoiles voisines stables du même champ. Nuages passagers, turbulence, buée : tout ce qui affecte la cible affecte aussi les comparaisons, et le rapport des deux annule ces parasites. Le traitement se fait ensuite au chaud avec un logiciel gratuit — AstroImageJ ou HOPS — qui place une ouverture sur chaque étoile et trace la courbe automatiquement.

La chaîne de mesure, maillon par maillon
Maillon	Ce qu'il apporte
Télescope 100–200 mm	collecte assez de lumière ; au-delà, le gain sert surtout à atteindre des étoiles plus faibles
Monture équatoriale motorisée	garde l'étoile sur les mêmes pixels durant 4 à 5 heures — la condition n°1 de la précision
Caméra CMOS (ou reflex FITS)	faible bruit et grande dynamique ; on défocalise pour ne pas saturer l'étoile brillante
Étoiles de comparaison	servent de référence : leur rapport à la cible efface nuages, buée et turbulence
AstroImageJ / HOPS (gratuits)	réduisent les 1000+ images en une courbe de lumière et mesurent la profondeur du transit
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Trois cibles pour commencer

De HD 189733 b, la plus facile, à Qatar-1 b, le cran au-dessus

Commencez par HD 189733 b, comme le veut la règle du débutant. Son étoile brille à la magnitude 7,7, à seulement 64,5 années-lumière : c'est l'étoile-hôte transitante la plus proche et l'une des plus brillantes du ciel. Le Jupiter chaud qui l'orbite en 2,22 jours (soit 2 j 5 h) bloque près de 2,4 % de sa lumière — un creux franc, repéré dès 2005 par la méthode du transit. Vient ensuite WASP-33 b : une étoile blanche de type A, magnitude 8,3, période très courte de 1,22 jour, transit un peu moins profond (environ 1,3 %, soit 14 millimagnitudes). Découverte en 2010, c'est un Jupiter ultra-chaud proche de 3200 K et le premier transit connu autour d'une étoile pulsante de type Delta Scuti : ses pulsations ondulent la ligne de base, excellent exercice de lecture. Enfin Qatar-1 b, le cran au-dessus : une naine orange plus faible, magnitude 12,8, transit d'environ 2,3 % en 1,42 jour, débusquée en 2010 par le Qatar Exoplanet Survey. Elle demande un ciel correct et un peu de métier, mais reste à la portée d'un 200 mm. En repère de distance : HD 189733 b, confirmée dès 2004, est à 64,5 al ; WASP-33 se tient vers 400 al et Qatar-1 vers 1200 al — plus loin, donc plus faible, mais le creux reste net. Un 150 mm motorisé et une caméra CMOS suffisent pour les deux premières.

Vue d'artiste de HD 189733 b : une planète géante d'un bleu profond, frôlant son étoile orangée — Vue d'artiste de HD 189733 b, le Jupiter chaud bleu — ESA / NASA / M. Kornmesser (ESA/Hubble) (domaine public)

Trois Jupiter chauds à la portée d'un amateur
Cible	Éclat de l'étoile	Période	Profondeur	Pourquoi elle
HD 189733 b	mag 7,7	2,22 j	≈ 2,4 %	la plus proche, la plus brillante, le transit le plus profond — la cible-école
WASP-33 b	mag 8,3	1,22 j	≈ 1,3 %	période courte donc transits fréquents ; étoile pulsante, bon exercice
Qatar-1 b	mag 12,8	1,42 j	≈ 2,3 %	plus faible : le pas suivant, dès qu'on maîtrise la comparaison
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Prévoir et mesurer un transit

De l'éphéméride à la courbe versée dans la base

Un transit ne s'improvise pas : il faut savoir quand regarder. Deux bases publiques donnent les prévisions à la minute. L'Exoplanet Transit Database (ETD), ouverte en 2008, prédit les transits visibles depuis votre position et archive déjà plus de 84 000 courbes mesurées par les amateurs. Le projet ExoClock, lancé en 2019, coordonne le suivi des cibles de la future mission Ariel de l'ESA (départ prévu vers 2029) avec des télescopes de particuliers. Toutes deux fournissent l'heure de début, de milieu et de fin, plus la hauteur de l'étoile — le nécessaire pour planifier la nuit.

Choisir un transit dans une éphéméride

Sur l'ETD ou ExoClock, sélectionnez un transit qui tombe une nuit dégagée, avec l'étoile haute au moment du milieu. Notez les heures de premier et de dernier contact.
Encadrer le transit d'une ligne de base

Commencez à enregistrer une heure avant le premier contact et finissez une heure après la sortie : sans cette base plate de part et d'autre, impossible de mesurer la profondeur du creux.
Filmer la séquence en FITS

Étoile légèrement défocalisée, pose de quelques secondes à deux minutes, cadence régulière. La nuit produit couramment plus de 1000 images à traiter ensuite.
Réduire par photométrie différentielle

Dans AstroImageJ ou HOPS, placez une ouverture sur la cible et sur plusieurs étoiles de comparaison stables : leur rapport efface nuages et turbulence et fait sortir la baignoire.
Verser la courbe dans la base

Mesurez la profondeur et l'instant du minimum, puis téléversez votre courbe dans l'ETD ou ExoClock. Chaque mesure affine l'éphéméride via le diagramme O-C : votre nuit sert vraiment la science.

La méthode du transit — carte d'identité
Repère	Valeur
Ce qu'on mesure	la baisse de flux de l'étoile (photométrie différentielle), pas une image de la planète
Signal typique	un creux de 1 à 2,4 % pour un Jupiter chaud devant une étoile brillante
Durée d'un transit	2 à 3 heures, à encadrer d'une heure de ligne de base avant et après
Instrument minimal	100 mm et une caméra CMOS sur monture motorisée ; 200 mm pour les cibles faibles
Cible d'entrée	HD 189733 b, mag 7,7, transit ≈ 2,4 % — la plus facile du ciel
Où prévoir	Exoplanet Transit Database (depuis 2008) et ExoClock (depuis 2019, mission Ariel)
Logiciels	AstroImageJ ou HOPS, tous deux gratuits, pour la réduction et la courbe
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Un peu d'histoire

De 51 Pegasi à la mission Ariel

1995
Découverte de 51 Pegasi b, le premier Jupiter chaud autour d'une étoile semblable au Soleil. Le concept de planète géante frôlant son étoile — la future cible-type des amateurs — entre dans l'astronomie.
1999
Premier transit d'exoplanète mesuré, sur l'étoile HD 209458 : la courbe plonge exactement comme prévu. La preuve est faite qu'on peut détecter un monde par la seule baisse de lumière de son soleil.
2005
Découverte par transit de HD 189733 b, l'hôte le plus proche et le plus brillant. Sa magnitude 7,7 et son creux de 2,4 % en feront la cible d'apprentissage des observateurs du monde entier.
2008
Ouverture de l'Exoplanet Transit Database : les amateurs y déposent leurs courbes et affinent les éphémérides. Elle dépasse aujourd'hui 84 000 observations.
2009
Lancement du télescope Kepler, qui surveille en continu un même champ d'étoiles et fait exploser le nombre d'exoplanètes connues par la méthode du transit.
2018
Le télescope TESS balaie presque tout le ciel et livre des milliers d'étoiles-hôtes brillantes — un vivier de cibles neuves à la portée des petits instruments.
2019
Lancement d'ExoClock : les observateurs amateurs surveillent les éphémérides des cibles de la mission Ariel de l'ESA, dont le départ est prévu vers 2029.

L'avis de Luc

Aucun transit ne se voit à l'oculaire : pendant les cinq heures que dure le passage, l'étoile ressemble exactement à ce qu'elle était avant. Tout se joue donc ailleurs — dans la mise au point, dans la stabilité de la monture, et dans le traitement. Défocalisez franchement, laissez la caméra tourner, rentrez au chaud : la baignoire n'apparaît qu'après, sur la courbe. HD 189733 b est le bon premier client, la plus profonde et la plus brillante des cibles accessibles, et sa chute arrive à l'heure annoncée à la minute près. Versée dans l'ETD, cette courbe devient une mesure que des professionnels utilisent — de la science faite depuis un jardin, sans avoir rien vu.

Continuer

Après le transit

Carte céleste schématique : la Grande Ourse et la Petite Ourse tracées en bleu, reliées par une ligne rouge pointillée qui saute d'étoile en étoile jusqu'à la Polaire

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