Une planète peu lumineuse à proximité d’une étoile très brillante.

Une exoplanète est une planète qui orbite autour d’une étoile autre que le Soleil. L’étoile la plus proche au-delà du Soleil, Proxima Centauri, se trouve à environ 4,24 années-lumière, donc chaque exoplanète est bien plus loin que tout ce qu’une sonde spatiale a visité. Tout ce que nous savons sur elles vient de la lumière qui a voyagé pendant des années.

Pourquoi ne pas simplement les photographier ? Une planète ne produit pas de lumière visible importante par elle-même. Elle brille uniquement en réfléchissant la lumière de son étoile, et elle n’en réfléchit qu’une toute petite fraction.

Une estimation approximative du contraste (luminosité de la planète divisée par luminosité de l’étoile) est

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

où Rp est le rayon de la planète, a est sa distance par rapport à l’étoile et l’albédo est la fraction de lumière qu’elle réfléchit. Pour une planète semblable à la Terre à 1 AU autour d’une étoile semblable au Soleil, le résultat est d’environ 10⁻¹⁰ : l’étoile est environ dix milliards de fois plus lumineuse que la planète. Pour Jupiter à 5,2 AU, il est d’environ 10⁻⁹, soit un milliard de fois. Cela concerne uniquement la lumière visible réfléchie.

La planète est aussi très proche de son étoile dans le ciel. À une distance de 1 parsec (3,26 années-lumière), 1 AU correspond à 1 seconde d’arc. L’angle en secondes d’arc est donc θ = a (in AU) ÷ d (in parsecs). Depuis 10 parsecs, une orbite semblable à celle de la Terre, à 1 AU, ne mesure que 0,1 seconde d’arc. Vue depuis une distance de 30 années-lumière (9,2 parsecs), l’orbite de Jupiter a un rayon de 5,2 ÷ 9,2 ≈ 0,57 seconde d’arc. Une lumière parasite dix milliards de fois plus brillante que la planète, située à 0,1 seconde d’arc, est extrêmement difficile à distinguer.

Deux éléments facilitent la tâche. D’abord, les planètes jeunes, chaudes, géantes et éloignées de leur étoile brillent grâce à leur propre chaleur, principalement dans l’infrarouge, leur contraste est donc bien meilleur que 10⁻⁹. Les quatre géantes du système HR 8799, photographiées en 2008 puis plus tard, en sont l’exemple classique. Ensuite, un coronographe est un petit masque placé à l’intérieur d’un télescope, qui bloque la lumière de l’étoile avant qu’elle n’atteigne le détecteur. Un starshade reprend la même idée dans l’espace : un grand écran qui vole loin devant le télescope. Un masque trop grand cache aussi la planète : celle-ci doit donc être assez éloignée de l’étoile pour se trouver à l’extérieur du masque.