Voici comment vous pouvez «voir» des molécules sur une planète entière

Alors peut-être avez-vous entendu cette chose sur les signes possibles de vie sur Vénus. Oui, c’est Vénus cette fois et pas Mars. Les scientifiques ont détecté la signature de la molécule phosphine dans l’atmosphère de cette planète à l’aide de la spectroscopie rotationnelle. D’après ce que nous comprenons maintenant, la seule façon d’obtenir de la phosphine est de la fabriquer dans un laboratoire ou comme sous-produit de certains types de bactéries. Oh, des bactéries sur Vénus? Ce serait un gros problème.

Maintenant, une physique assez impressionnante est impliquée dans la détection possible de cette molécule. Permettez-moi de passer en revue certaines des idées les plus intéressantes afin que vous puissiez les comprendre pleinement.

Les ondes radio sont des ondes lumineuses

Le signal pour la phosphine est une onde radio d’une longueur d’onde de 1,123 mm. Alors, comment «voyez-vous» les ondes radio? Oui, vous utilisez un radiotélescope. Dans ce cas, ce télescope était le télescope James Clerk Maxwell de l’observatoire Mauna Kea à Hawaï. Bien qu’un radiotélescope puisse sembler assez différent d’un télescope optique, il s’agit essentiellement de la même chose.

La lumière visible et les ondes radio sont des types d’ondes électromagnétiques. Une onde électromagnétique commence par une particule chargée électriquement comme un proton ou un électron. Ces charges électriques créent un champ électrique autour des particules – ce champ permet aux charges d’interagir avec d’autres charges sans même se toucher. Mais quelque chose d’autre se produit si vous pouviez réellement maintenir cette charge et accélérer cette charge d’avant en arrière (ce que vous ne pouvez pas réellement faire avec un électron – pas avec votre main). La charge accélératrice modifie la magnitude du champ électrique. Voici la partie froide – ce champ magnétique changeant crée un champ électrique tel que ce champ électrique et magnétique changeant peut créer une oscillation de maintien. Je sais, c’est fou mais c’est exactement ce qu’on appelle une onde électromagnétique.

Alors qu’est-ce qui différencie une onde radio d’une onde lumineuse visible? La seule différence est la longueur d’onde. Nous classons généralement les ondes radio comme des ondes électromagnétiques avec une longueur d’onde supérieure à 1 millimètre et inférieure à l’univers (c’est juste une sorte de blague). La lumière visible a une longueur d’onde de 680 nanomètres pour la lumière rouge jusqu’à 380 nm pour la lumière violette. Mais toutes les ondes électromagnétiques se déplacent à la même vitesse – la vitesse de la lumière à 300 millions de mètres par seconde.

Bien que la radio et la lumière visible soient toutes deux des ondes électromagnétiques, il y a une chose qui est très différente: la façon dont elles interagissent avec la matière. Bien sûr, vous le saviez déjà. Vous savez que les ondes radio que votre radio reçoit peuvent traverser des murs solides, mais pas la lumière visible du soleil ou une lampe. Mais cela signifie également qu’au lieu d’un miroir parabolique brillant pour votre télescope, vous pouvez utiliser du métal peint uni pour une lentille de radiotélescope. Cela rend beaucoup plus facile la construction d’objectifs de très grand diamètre comme le télescope James Clerk Maxwell (oui, le même gars que dans les équations de Maxwell). Bien sûr, nous voulons toujours une lentille aussi grande que possible pour la meilleure image possible, mais vous avez en fait besoin du radiotélescope pour avoir une parabole plus grande car la longueur d’onde est plus grande. Le radiotélescope fonctionnerait toujours avec un objectif plus petit, mais vous obtiendriez une mauvaise résolution d’image.

Qu’est-ce que la spectroscopie rotationnelle?

Vous ne pouvez évidemment pas littéralement «voir» la phosphine dans l’atmosphère de Vénus. Cependant, vous pouvez en voir la preuve grâce aux ondes radio que la phosphine absorbe – la longueur d’onde radio exacte que la phosphine absorbe dépend du niveau d’énergie de rotation particulier de la phosphine.

Permettez-moi de commencer par la simple spectroscopie de la lumière visible pour l’atome le plus simple: l’hydrogène. L’hydrogène se compose d’un seul proton dans le noyau et d’un électron dans la coquille orbitale. Comme il existe une force attractive entre l’électron négatif et le proton positif, il est courant de représenter cet atome comme s’il s’agissait d’un minuscule système solaire avec l’électron se déplaçant sur une orbite circulaire autour du proton beaucoup plus lourd.

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Written by Naruto Uzumaki

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