Voilà des années qu'on décrit les atmosphères d'exoplanètes comme des anneaux : une même épaisseur tout autour du disque. James Webb vient de lever cette approximation. En observant la géante gazeuse WASP-17b passer devant son étoile, une équipe internationale a mesuré son atmosphère tous les 20 degrés autour du limbe. Résultat, un anneau déformé, avec un renflement du côté du soir. L'étude paraît le 14 octobre 2026 dans Nature Astronomy.

« On est passés d'un anneau à la compréhension de l'endroit où se trouvent les gemmes sur cet anneau », résume Lili Alderson, de l'université Cornell, première autrice de l'étude. La formule est restée.

Le flanc du soir est 664 °C plus chaud, et plus haut

Commençons par le chiffre qui résume tout. Entre le flanc du matin et le flanc du soir de WASP-17b, la température de l'atmosphère varie de 664 °C. Le matin, elle mesure 585 °C, un peu plus de la moitié de la chaleur d'un four de cuisine. Le soir, elle grimpe à 1 249 °C, la température d'une coulée de lave.

Les chercheurs publient ces valeurs en kelvins, l'unité des physiciens qui part du zéro absolu, à moins 273 °C. 858 kelvins valent donc 585 °C, et 1 522 kelvins valent 1 249 °C. Nous gardons ici les degrés Celsius, plus parlants.

Une telle différence a une conséquence visible. Un gaz chaud occupe plus de place qu'un gaz froid. L'atmosphère du soir se dilate, et la planète paraît plus large de ce côté. Les chercheurs ont mesuré l'ampleur du phénomène : la hauteur caractéristique de l'atmosphère du soir vaut 1,77 fois celle du matin.

Le renflement le plus marqué se trouve à l'équateur du flanc du soir. C'est lui que les auteurs appellent une « gemme », une bosse posée sur l'anneau. Elle n'a rien d'un objet solide. C'est simplement la zone où l'air chaud arrive, après avoir fait le tour de la planète.

WASP-17b vue de face pendant son transit : le disque sombre de la planète découpe un croissant de lumière stellaire, avec un limbe atmosphérique bleu à gauche et un limbe rouge orangé plus épais à droite.
WASP-17b devant son étoile. La lumière de l'étoile rase l'atmosphère avant d'arriver jusqu'à nous. Le côté rouge, plus épais, est du gaz venu de la face éclairée. Le côté bleu, plus fin, a refroidi pendant la traversée de la face de nuit. Crédit : Engine House et Hannah Wakeford (université de Bristol).

Comment on mesure le contour d'un monde qu'on ne voit pas

WASP-17b ne se distingue pas sur une image. À 1 300 années-lumière, elle se résume à une baisse de luminosité quand elle passe devant son étoile. Cette baisse, appelée transit, dure quelques heures et vaut environ 2 % de l'éclat de l'étoile.

Pendant le transit, une partie de la lumière stellaire traverse l'atmosphère de la planète avant de filer vers nous. Elle y laisse sa signature : chaque molécule absorbe certaines couleurs et laisse passer les autres. En découpant cette lumière en 24 tranches de couleur, de 0,6 à 12 micromètres, on obtient un spectre. C'est l'empreinte chimique de l'air traversé.

Le problème, c'est que ce spectre mélange tout. La lumière qui frôle le bord du matin, celle qui frôle le bord du soir et celle qui passe au-dessus du pôle sortent du même entonnoir. Les méthodes classiques corrigent ce mélange en supposant un cercle parfait, ce qui revient à moyenner des atmosphères différentes.

L'astuce de la nouvelle méthode tient en une image. Imaginez une ombre projetée sur un mur, celle d'un objet que vous ne voyez pas. Vous devez retrouver son contour. Un cercle donnerait toujours la même largeur. Mais si vous autorisez le contour à se déformer, comme un élastique posé autour d'une pomme de terre, l'ombre révèle ses irrégularités.

C'est exactement ce que fait le logiciel Harmonica, développé à Bristol par David Grant et Hannah Wakeford. Pour chaque couleur, il décrit le rayon de la planète comme une série de Fourier, c'est-à-dire une somme de vagues de plus en plus fines superposées. Le premier terme donne un cercle. Les suivants dessinent des déformations de plus en plus détaillées, comme les curseurs d'un égaliseur audio qui sculptent un son.

Reste à savoir jusqu'où déformer sans raconter n'importe quoi. Un contour trop souple épouse le bruit de mesure et invente des bosses qui n'existent pas. Les chercheurs ont donc utilisé une validation croisée : ils retirent une partie des données, ajustent la forme sur le reste, puis vérifient si le modèle prédit bien la partie mise de côté. La déformation retenue est celle qui prédit le mieux, pas celle qui colle le mieux.

Infographie en trois cartes : 664 °C d'écart entre les flancs du matin et du soir, une atmosphère du soir 1,77 fois plus haute à l'équateur, et une carte découpée tous les 20 degrés.
Les trois chiffres de la carte. Le même air fait le tour de la planète : refroidi après la face de nuit, il arrive par le flanc du matin, puis il est réchauffé sur la face du jour et revient par le flanc du soir, où l'atmosphère s'épaissit. Températures mesurées entre 0,6 et 12 μm. Schéma : Tracker-1, d'après Alderson et al., Nature Astronomy (2026).

Un courant qui fait le tour du monde

Pourquoi un côté chauffe-t-il plus que l'autre ? La réponse tient à l'orbite de WASP-17b. La planète boucle son tour en 3,7 jours seulement, à 0,051 unité astronomique de son étoile, soit environ un huitième de la distance qui sépare Mercure du Soleil.

À cette distance, les marées de l'étoile ont arrêté la rotation de la planète. Elle montre toujours la même face à son étoile, comme la Lune montre toujours la même face à la Terre. Un hémisphère est donc en plein jour permanent, l'autre en nuit permanente.

Cette configuration crée un déséquilibre que l'atmosphère s'emploie à corriger. L'air de la face du jour chauffe, se dilate et s'élève. Il file ensuite vers la face de nuit, poussé par un courant rapide qui ceinture l'équateur. C'est ce courant, appelé super-rotation, que les modèles prévoyaient depuis vingt ans.

Le flanc du soir est le point de passage de ce flux. L'air y arrive encore chaud, chargé de l'énergie prise sur la face éclairée. Le flanc du matin, lui, voit arriver un air qui a passé des jours dans le noir, cédé sa chaleur à l'espace et perdu de son volume. D'où le contraste.

Un détail rend le résultat plus solide encore. Les chercheurs ont mesuré l'abondance de l'eau et du dioxyde de carbone à chaque angle. Ces deux molécules ne bougent pas d'un côté à l'autre : la composition de l'air reste la même tout autour du limbe. Seule la température varie. C'est exactement ce que prévoient les simulations de circulation, qui transportent la chaleur sans beaucoup mélanger la chimie.

Ce que cela change pour l'étude des exoplanètes

Le résultat ne se limite pas à une jolie carte. Il donne une méthode et un point de comparaison.

La méthode, d'abord. Elle fonctionne sur n'importe quel transit assez précis, et le logiciel est libre. Les atmosphères d'exoplanètes étaient jusqu'ici décrites en deux blocs, jour et nuit. Elles peuvent maintenant être découpées en tranches fines, comme on le fait pour une planète du système solaire.

Le point de comparaison, ensuite. WASP-17b devient l'une des rares planètes dont l'atmosphère est cartographiée par les deux bouts : par le limbe pendant le transit, et par la face du jour pendant l'éclipse. Les deux mesures racontent la même histoire. La planète est chaude là où les vents déposent la chaleur, et froide là où ils l'ont emportée.

Les chiffres situent aussi WASP-17b dans une famille. Les écarts mesurés sur d'autres Jupiters chauds allaient de 100 °C pour WASP-107b à 280 °C pour WASP-94A b. Avec 664 °C, WASP-17b est la plus contrastée. Elle est aussi la plus chaude de la série, ce que les modèles attendaient.

Vue d'artiste de WASP-17b : une géante gazeuse orangée très gonflée, traversée de bandes nuageuses claires, devant un fond d'étoiles.
Vue d'artiste de WASP-17b fondée sur les observations de James Webb, Hubble et Spitzer. La planète est si peu dense qu'elle évoque une guimauve : elle fait 1,9 fois le rayon de Jupiter pour la moitié de sa masse. Crédit : NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI).

« Les planètes sont capricieuses, leurs atmosphères complexes et chaotiques, confie Hannah Wakeford, coautrice et professeure à Bristol. Que tous ces chiffres se rejoignent pour montrer une image aussi structurée et dynamique de ce monde géant, à plus de 1 000 années-lumière, c'était vraiment enthousiasmant. »

L'équipe reste lucide sur les limites. La carte suppose une symétrie entre l'hémisphère nord et l'hémisphère sud, ce qui simplifie les calculs. Les spectres sont aussi moins fins que ceux obtenus par les méthodes classiques, avec environ 120 parties par million de précision sur la profondeur du transit. Les prochaines observations dans l'infrarouge moyen devraient affiner la partie la plus lointaine du spectre.

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