TPE : La vie humaine ailleurs ?

Les conditions de vie sur Terre

          La vie est capable de prospérer sur Terre dans des endroits très surprenants : certaines espèces sous-marines sont ainsi capables de survivre à des profondeurs si extrêmes que l'Homme n'a pas encore percé tous leurs mystères. L'un des exemples les plus incroyables est le tardigrade : cet animal invertébré aux capacités extraordinaires ne mesure qu'entre 0,1 et 1,5 mm ! Il est pourtant capable de supporter des températures extrêmes (-272,8 °C, soit quasiment le zéro absolu) et des pressions importantes (jusqu'à 1200 atmosphères !), mais également de survivre à des doses de radiations extraordinaires (jusqu'à 570 000 rads, alors que 500 suffisent à tuer un humain) : de quoi qualifier les super-héros de "petites natures" ! Les scientifiques sont amenés à penser que le tardigrade serait d'origine extraterrestre...Mais alors, est-ce que cela signifie que la vie est capable de se développer partout dans l'Univers ? La réponse est évidemment non.

        La vie est capricieuse, c'est une de ses premières caractéristiques que les scientifiques ont eu le "plaisir" de constater...Pour qu'elle puisse apparaître sur une planète, il faut que cette dernière se plie à des règles très spécifiques. Ces règles, ou conditions, sont celles d'un équilibre : la taille de cette planète, son poids, son champ magnétique, son atmosphère...tous ces détails sont primordiaux pour que la vie puisse faire son apparition. Nous allons tout d'abord nous concentrer sur les conditions de vie sur une planète à l'aide d'une fiche technique détaillée, puis nous nous intéresserons aux caractéristiques physiques d'une planète avant de terminer par une les caractéristiques chimiques qui ont retenus l'attention des scientifiques quant au développement de la vie à sa surface.

A) FICHE TECHNIQUE : Quelles sont les conditions qui peuvent amener à la vie sur une planète ?

La vie est capable de se maintenir partout où elle peut disposer d'eau et d'une source d'énergie : certaines moisissures vivent ainsi sur une roche et s'en nourrissent. Mais pour apparaître sur une planète, il faut que la plupart des conditions de vie soient réunies pour qu'elle puisse s'y développer...

• Sur le plan galactique : elle doit se trouver assez proche du centre galactique afin que des minéraux puissent se former après la mort de certaines étoiles, mais aussi assez loin pour éviter les explosions de supernovae, les radiations extrêmes ou encore l'attraction des trous noirs galactiques

• Sur le plan de son système : elle ne doit pas être située trop proche de son étoile, au risque de ne pas avoir d'eau liquide à sa surface

• Sur le plan de sa taille et de son axe de rotation : elle ne doit être ni trop grosse, ni trop petite

• Sur le plan de son voisinage : il est préférable qu'elle est une voisine de très grosse taille (semblable à celle de notre Jupiter), afin d'empêcher les comètes et les astéroïdes de s'écraser à sa surface grâce à un puissant pouvoir d'attraction

• Sur le plan de son champ magnétique : elle doit posséder un champ magnétique qui la protégera des radiations solaires et des rayons cosmiques mortels pour les formes de vie

• Sur le plan atmosphérique : elle doit avoir une atmosphère qui la protégera des rayons cosmiques mortels

• Sur le plan géologique : elle doit sans cesse pouvoir renouveler les molécules de gaz carbonique de son atmosphère pour assurer la présence d'eau liquide

Ainsi, si ces conditions sont respectées, et si de gigantesques astéroïdes ne décident pas de venir tout détruire en s'écrasant à sa surface, la vie pourra peut-être se développer sur cette planète...

B) Les caractéristiques physiques particulières d'une planète

       La physique est une branche de la science qui s'intéresse à la "connaissance de la nature" (du latin "physica" qui signifie "science de la nature"). Les caractéristiques physiques d'une planète sont donc liées aux mécanismes naturels de celle-ci. Nous allons nous intéresser à deux d'entre elles : la distance entre une planète et son étoile dans un même système planétaire, puis la masse de cette étoile et de la planète elle-même.

a) La distance par rapport à son étoile

          La distance entre une planète et son étoile permet aux astrophysiciens de déterminer la quantité reçue par la planète de rayonnement solaire, conditionnant ainsi trois facteurs primordiaux à l'apparition de la vie : la température, la lumière disponible et la quantité reçue de rayonnements nocifs. Mais comment peut-on donc calculer cette distance ? Par quelle formule est-il possible d'étudier l'espace séparant une planète, telle que notre Terre, à son étoile, comme le Soleil ?

         Pour cela, nous allons devoir remonter bien des années auparavant, dans l'Antiquité, et plus précisément vers 289 avant Jésus-Christ. Aristarque de Samos, un astronome et mathématicien grec, se penche sur la question des distances et des dimensions du Soleil et de la Lune. En effet, il est le premier à avoir compris que les éclipses solaires étaient dues au passage de la Lune devant le Soleil, prouvant ainsi que ce dernier était plus éloigné de la Terre qu'il n'y paraissait ! Il fut également célèbre pour être l'un des premiers scientifiques à s'intéresser à la théorie de l'héliocentrisme, théorie plaçant le Soleil (et non la Terre, contrairement au géocentrisme) au centre de l'Univers. 

Mais revenons à notre distance Terre-Soleil. Aristarque s'interrogea sur le moyen de la calculer avec précision. Ce fut à l'aide de méthodes mathématiques fortes ingénieuses et de beaucoup d'application qu'il parvint à obtenir un résultat...très encourageant !

         Aristarque, pour calculer cette distance, choisit d'observer lorsque la lune est à "demi-pleine". On appelle cette forme le Premier Quartier de Lune. Elle se produit lorsque l'on peut voir seulement la moitié de la Lune éclairée, prouvant ainsi que l'angle formé par la Terre, la Lune et le Soleil est droit : nous appellerons cet angle TLS. Il en déduit une condition : si le Soleil était situé à l'infini, cela signifierait que le Premier Quartier serait à mis chemin entre la Nouvelle Lune et la Pleine Lune. Or, Aristarque comprend que ce n'est pas le cas, et en déduit que le Soleil est à une distance finie de la Terre. De plus, l'arc d'orbite entre le Premier Quartier et la Pleine Lune est plus long que celui entre le Premier Quartier et la Nouvelle Lune. En supposant que l'orbite de la Lune autour de la Terre est un cercle qu'elle parcours à vitesse constante, l'intervalle de temps entre la Nouvelle Lune et le Premier Quartier est le plus court. Aristarque a donc mesuré cet intervalle de temps, puis celui entre la Pleine Lune et le Premier Quartier. Il a ainsi trouvé une différence de 6 heures, et déduit un angle de 3°. A l'aide d'équation lui permettant de résoudre le triangle TLS, il affirme que le Soleil est 19 fois plus loin que la Lune de la Terre.

Schéma de l'expérience d'Aristarque

Cependant, Aristarque commis une erreur dans son raisonnement. En effet, en observant seulement à l'œil nu, la mesure du temps ne peut pas être précise : ce n'est donc pas une valeur de 6 heures qu'il est censé trouver, mais une valeur de 35 minutes. Ainsi, le Soleil n'est pas 20, mais 387 fois plus éloigné que la Lune de la Terre : Aristarque s'est donc trompé d'un facteur de 20 environ ! Cette méthode reste cependant forte ingénieuse, et nous permettait déjà de comprendre que le Soleil se trouvait beaucoup plus loin de la Terre que la Lune.

Il existe, évidemment, de nouvelles méthodes pour les calculer. De plus, il faut comprendre que la Terre n'est pas toujours située à la même distance du Soleil suivant sa position : c'est également le cas des autres planètes du système solaire. Il s'agit donc toujours de mesures approximatives et instables. 

          Nous avons vu que la distance séparant une planète de son étoile déterminait la quantité reçue de rayonnement solaire. Elle conditionne donc :

• la température : la température détermine la présence ou non d'eau liquide à la surface de la planète, ce qui est indispensable pour le développement de la vie
  
• la lumière : les végétaux ont besoin de lumière pour se développer
• la quantité de rayonnements nocifs : certains rayonnements solaires, tels que les rayons ultra-violets et les rayon gamma, sont néfastes pour le développement de la vie et la stabilité de l'ADN sur une planète.
  

          Ainsi, si la Terre avait été plus proche du Soleil de seulement 4%, sa destinée aurait été celle de Vénus, celle d'une véritable fournaise, tandis que si elle avait été éloignée de 1 ou 2%, son sort aurait été celui de Mars, la planète glacée : on peut en déduire que la bande d'espace favorable à la vie autour d'une étoile est relativement étroite.

b) Sa masse et celle de son étoile

          La masse d'une planète permet aux scientifiques de déterminer la composition de leur atmosphère, tandis que la masse de l'étoile est utile pour comprendre sa durée de vie. Quels sont donc les moyens pour les calculer, et à quoi cela sert-il réellement concernant le développement de la vie sur une planète ?

         Tout d'abord, intéressons-nous au calcul de la masse de certaines étoiles doubles. On distingue plusieurs types de ces étoiles :

• les étoiles dites "visuelles" : il s'agit de celles qui peuvent être observées par des astronomes amateurs, elles sont donc visibles avec de simples télescopes
• les "astrométriques" : elles ne sont pas séparables, mais mesurables par des modifications d'éclat
• les "spectroscopiques" : elle ne sont pas séparables, mais mesurables par des décalages spectraux
  
• les étoiles dites "à éclipses" : ce sont des cas particuliers d'étoiles qui s'occultent mutuellement
  

          La masse est une des caractéristiques les plus importantes d'une étoile : elle permet en effet de déterminer sa durée de vie, mais également son comportement pendant son évolution, jusqu'à sa "mort". Il existe de nombreux procédés pour calculer cette masse. Certains relient ainsi les différentes caractéristiques de l'étoile (comme la luminosité et la gravité). D'autres encore utilisent la spectrophotométrie. Ne pouvant pas nous intéresser à chacune de ces méthodes, nous allons nous intéresser à l'une d'entre elle en particulier : celle permettant de calculer la masse d'étoiles doubles spectroscopiques. En effet, la majeure partie des étoiles sont des étoiles doubles spectroscopiques : on estime qu'une étoile sur trois en moyenne est une étoile double spectroscopique. Leurs périodes observées s'échelonnent entre quelques heures et quelques années. A l'aide de l'étude de la courbe de vitesse radiale (il s'agit de courbe représentant une période T et une amplitude donnant la composante parallèle "Vr" à la ligne de visée de la vitesse de l'étoile), on peut calculer les différents paramètres qui définissent l'orbite elliptique d'une étoile par rapport à l'autre. Toutefois, il faut savoir que l'on ne connaît (à priori) pas l'orientation du plan orbital dans l'espace, cette détermination se fait à l'effet de projection près.

Courbe de vitesses radiales des 2 composantes de l'étoile double 55 Uma

Le coin des démonstration : 
D'après la définition du centre de masse :

on a la relation, donnée par le rapport des amplitudes des deux courbes :
 
D'autre part, d'après la troisième loi de Kepler, on a :

Puis on obtient :

Si l'inclinaison  est différente de 90°, l'amplitude de la courbe de vitesse radiale est diminuée d'un facteur   .
Dans les équations précédentes,  est donc remplacé par  (respectivement ).

          Nous avons vu que la masse d'une étoile permet de déterminer la durée de vie de cette étoile, en étant lié à la température de cette étoile. On peut ainsi distinguer plusieurs catégories d'étoiles :

• les naines brunes (spectre M, L, T, Y et masse solaire inférieure à 0,08) : elles sont incapables de "s'allumer", c'est-à-dire de démarrer le processus de fusion thermonucléaire faisant la différence entre une étoile et une planète
• les naines rouges (spectre MV et masse solaire entre 0,08 et 0,8) : avec une température en surface de 2 500 et 5 000 K, elles brûlent très lentement leur carburant, s'assurant ainsi une longue existence (la majorité des étoiles de notre galaxie sont des naines rouges)
• les naines jaunes (spectre GV et masse solaire entre 0,8 et 0,2) : les naines jaunes sont des étoiles de "taille moyenne", avec une température de surface d'environ 6000 K. Par exemple, le Soleil est une naine jaune, il s'agit donc de la catégorie d'étoiles la plus susceptible d'entraîner l'apparition de la vie sur les planètes de son système.
• les naines blanches (spectre DA et masse solaire de 1,44) : il s'agit d'étoiles "mortes" n'ayant plus de réaction thermonucléaire de petite taille (environ celle de la terre) qui se refroidissent par rayonnement
• les naines noires (spectre T) : naines blanches ayant perdu tout leur éclat
• les géantes rouges (spectre M et masse solaire supérieure à 1) : il s'agit d'étoiles en fin d'existence, dont le noyau a quasiment épuisé tout son carburant, l'hydrogène
• les géantes bleues (spectre O, B et masse solaire supérieure  18) : ce sont des étoiles très brillantes, très chaudes et très massives, leur température est d'environ 20000 K ou plus, et leur durée de vie est extrêmement courte, entre 10 000 et 100 000 millions d'années, empêchant le développement de toute forme de vie intelligente à proximité
• les supergéantes rouges (spectre MI et masse solaire supérieure à 20) : décrites comme les "grandes sœurs" des géantes rouges dont la durée de vie est minimale.
  

On peut ainsi en déduire que les étoiles de taille moyenne (ou naines jaunes) comme le Soleil sont les plus favorables à l'apparition de le vie.

         Nous allons maintenant nous intéresser à la masse d'une planète. Cette dernière permet de déterminer la composition de l'atmosphère. Il est cependant plus aisé de calculer la masse d'une planète ayant un satellite en orbite autour d'elle, en considérant ce système comme un "mini système solaire". Prenons ainsi l'exemple de Jupiter, planète géante du système solaire ayant quatre principaux satellites : Io, Europe, Ganymède et Callisto. En supposant que leurs orbites sont à peu près circulaires, on peut calculer la masse de Jupiter à l'aide de la distance "r" entre la planète et son satellite en une période "T".

Le coin des démonstration : 
D'après la formule :

avec :

• M la masse
  
• r la distance entre la planète et son satellite
• T le temps que le satellite met pour faire le tour de la planète

A l'aide de ces calculs, on obtient, pour Jupiter, M = 1,91 x 10²⁷ kg. En effet, on a pu constater que la distance entre la planète géante et son satellite Europe est de 671 000 km, et que sa période T est de 3,55 jours. Grâce à cette méthode de calcul, on peut atteindre une précision de 0,01% si les mesures sont bien sûr affinées. 

De plus, il n'est pas possible d'utiliser cette méthode de calcul lorsque nous sommes confrontés à une planète isolée, c'est-à-dire à une planète sans satellite (comme Mercure ou Vénus)

. Trois solutions sont alors envisageables, solutions que nous ne développeront pas plus, mais qu'il est tout de même bon de citer :

• la première solution est de déterminer la composition chimique de la planète, afin de pouvoir en déduire sa densité. En multipliant le résultat obtenu par sa taille, on peut obtenir une masse approximative, mais cette méthode n'est pas vraiment fiable car certaines propriétés des matières composant une planète sont encore inconnues
• la seconde solution consiste à analyser les petites variations de trajectoires que les planètes exercent entre elles, car ces variations sont directement liées à la masse de la planète
• les troisième et dernière solution reste alors la plus simple : en envoyant un satellite artificiel et en mesurant son orbite autour de la planète, les scientifiques peuvent utiliser la méthode la plus fiable, celle expliquer un peu plus tôt.

          La masse de la planète est déterminante pour analyser la composition chimique de l'atmosphère qui l'entoure, car elle est directement liée à la gravité. Cette force sélectionne les atomes retenus sur la planètes et ceux qui peuvent "s'échapper" vers l'espace. Ainsi, si la planète est trop massive, elle retiendra forcément les gaz les plus légers, tels que l'hélium et l'hydrogène, créant ainsi une atmosphère faite de méthane ou d'amoniac (comme sur Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). Au contraire, si la planète s'avère très peu massive, elle laissera s'échapper non seulement l'hydrogène, mais aussi les gaz plus lourds, comme l'oxygène. L'eau s'évaporera également. Des planètes dépourvues d'atmosphère sont exposés à la radioactivité solaire (ultraviolets) et au bombardement des astéroïdes (par exemple, la planète Mercure est dépourvue d'atmosphère). Pour abriter la vie, une planète ne doit donc pas être trop ou trop peu massive.

C) Les caractéristiques chimiques particulières d'une planète

       La chimie est une branche de la science qui s'intéresse à la matière. Les caractéristiques chimiques d'une planète sont donc liées aux substances qui composent la matière de la planètes, ainsi que leurs propriétés (transformations de la matière...) : l'atmosphère d'une planète et la présence d'eau à l'état liquide à sa surface, par exemple...

a) Son atmosphère

          L'atmosphère d'une planète est un élément essentiel concernant le développement de la vie sur une planète. Nous savons que, dans le système solaire, la Terre est la seule planète à posséder du dioxygène dans son atmosphère. Or, la vie ne pourrait se maintenir sur Terre sans cette épaisse enveloppe de gaz qui entoure la planète. Mais de quoi est composée cette atmosphère ?

          L'atmosphère s'étend jusqu'à environ 1 000 km dans l'espace. Elle est évidemment plus dense près de la surface de la Terre, mais s'atténue au fur et à mesure où on s'en éloigne. Cette enveloppe protectrice n'est composée que de gaz, dont les deux principaux sont l'azote, (78%) et l'oxygène (21%), mais on peut également y trouver de l'argon, du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau.

Composition de l'atmosphère

L'atmosphère terrestre est composée de 5 couches :

• la troposphère : la couche la plus proche de la surface terrestre et la plus stable, la troposphère est la zone où se trouve la couche d'ozone. C'est ici que les nuages se forment
• la stratosphère : la seconde couche de l'atmosphère, la température y croît avec l'altitude, notamment grâce à l'absorption du rayonnement solaire par l'ozone (O3)
• la mésosphère : la troisième couche de l'atmosphère, l'air y est plus mince, mais les météores peuvent quand même s'y consumer (d'où les étoiles filantes)
  
• la thermosphère : la quatrième couche de l'atmosphère, c'est dans la thermosphère que les aurores (polaires par exemple) se forment
  
• l'exosphère : la cinquième et dernière couche de l'atmosphère, elle marque la limite supérieure. C'est dans cette zone que les vaisseaux spatiaux orbitent.

Schéma de l'atmosphère

         L'eau circule entre la surface terrestre et l'atmosphère, assurant ainsi l'approvisionnement constant en eau douce : c'est le cycle de l'eau. Ainsi, les nuages (comme les stratus, les cumulus...) sont fabriqués dans la troposphère par la vapeur d'eau qui s'évapore des cours d'eau (lorsqu'elle est chauffée par le Soleil). Il existe plusieurs types de nuages, comme par exemple les stratus, larges couches d'air tranquille, les cumulus qui moutonnent quand l'air chaud monte, les cumulonimbus, larges et particulièrement hauts, qui apportent la pluie (ou la grêle), et, enfin, les cirrus, au sommet de la troposphère, qui sont constitués d'infimes cristaux de glace.

b) La présence d'eau liquide

          La présence d'eau liquide sur Terre est considéré comme le principal atout de la planète concernant l'apparition de la vie à sa surface. Elle contient ainsi une incroyable quantité d'eau : on considère qu'environ 70% de la surface de la Terre est recouverte d'océans ! Mais pour quelle raison est-elle si importante ?

          L'eau, avant tout, est une molécule appelée H₂O qui peut exister sous trois états bien connus : l'état solide (comme les glaciers), l'état liquide (comme les rivières) et l'état gazeux (comme la vapeur d'eau). L'état sous lequel l'eau se trouve dépend de la température, bien sûr (l'eau se solidifie quand la température est inférieure à 0°C et s'évapore à partir de 100°C), mais aussi de la pression atmosphérique. C'est pour cela que l'eau se trouve sous la forme de neiges éternelles aux sommets de certains glaciers. Afin de savoir se trouverait l'eau, nous allons nous intéresser à un diagramme d'état de l'eau, qui indique les zones de température ET de pression correspondantes à chaque état.

Diagramme de l'eau 

          Ainsi, sur Terre, les conditions sont telles que l'eau est présente à l'état liquide, avec une température moyenne de 15°C à sa surface et une pression atmosphérique de 101 325 Pa. C'est, actuellement, la seule planète du système solaire possédant ces caractéristiques. La présence d'eau liquide à la surface d'autres planètes par le passé (comme Mar) est une question scientifique majeure.

La singularité de la Terre

          Ah, notre très chère planète bleue ! Ses océans et ses déserts, ses glaciers et ses gouffres sous-terrains, ses forêts, ses vallées...mais aussi son atmosphère, son noyau, son champ magnétique...tous ces "petits" détails qui font de la Terre une planète si singulière, sont également responsables de l'apparition de la vie à sa surface. En effet, cette dernière est recouverte d'eau à l'état liquide, et l'oxygène, gaz permettant à tous les êtres vivants de respirer, y abonde. Son atmosphère, qui la protège des rayonnements solaires nocifs et des météorites, et son champ magnétique, sont également des éléments qu'il ne faut pas négliger. Ainsi, nous connaissons les différentes caractéristiques de cette planète, depuis la distance moyenne qui la sépare du Soleil, jusqu'à la valeur de la gravité à sa surface. Ces caractéristiques ne sont pas les mêmes sur les autres planètes du système solaire, qui, elles, n'abritent pas la vie. Cela signifie-t-il donc que la Terre est un astre unique ? Les scientifiques se posent encore la question, mais il ne fait tout de même aucun doute qu'il s'agit d'une planète bien singulière.

          La Terre, ou le "troisième rocher en partant du Soleil" est, pour le moment, le seul monde connu réunissant toutes les conditions appropriées à l'épanouissement de la vie. A distance idéale du Soleil, il n'est ni trop chaud ni trop froid, l'eau liquide y abonde, des végétaux y poussent, des animaux y vivent...Aucun doute ! C'est bien une planète incroyable qui se révèle à nous, dévoilant tous les jours un peu plus de son identité, mais aussi de mystères...Nous verrons tout d'abord, dans une fiche technique détaillée, l'évolution de la vie sur Terre depuis son apparition, puis nous étudierons en quoi la planète bleue peut-être considérée comme unique pour, enfin, analyser en détail les caractéristiques rendant cet astre si singulier.

A) FICHE TECHNIQUE : Quelle est l'évolution de la vie sur Terre ?

La vie est présente presque partout sur notre planète, depuis les plus hautes montagnes aux abysses sous-marines, en passant par les sources hydrothermales très chaudes. Mais elle ne s'est pas développé en quelques secondes : les premières formes de vie remonteraient sans doute à il y a 3,8 milliards d'années. Selon de nombreux scientifiques, la vie serait née dans les océans car les terres émergées étaient trop chaudes et l'atmosphère irrespirables et empoisonnées. D'autres pensent qu'elle dériverait de substances chimiques complexes apportées par les comètes et les météores. Dans tous les cas, des molécules simples se formèrent et se répliquèrent, s'organisant en cellules puis en colonies. Nous découperons ainsi la chronologie de l'évolution de la Terre en quatre grandes périodes :

• les débuts de la Terre : tout commence avec la formation de notre planète, il y a 4,5 milliards d'années (soit plus de 10 milliards d'années après le Big Bang). Au début, ce n'est qu'une boule de lave en fusion, avec une atmosphère constituée de vapeur d'eau et de gaz toxiques. Puis, en se refroidissant, sa surface s'est solidifiée pour formée la croûte terrestre, la vapeur d'eau s'est condensée pour former des océans. C'est dans ces océans que les premières bactéries simples ont commencé à apparaître, il y a 3,8 milliards d'années, puis à se développer. Ces bactéries, bien que faites d'une seule et unique cellule, possédaient déjà l'attribut essentiel de la vie, une chaîne d'ADN. Il y a 3,6 milliards d'années, les cyanobactéries (aussi appelées "algues bleues") libèrent de l'oxygène dans l'atmosphère, puis, près de deux milliards d'années plus tard, les premiers organismes complexes (cellules dotées d'un noyau) apparaissent, formant des assemblages permanents grâce à des groupes de bactérie vivant en symbiose : ce sont les ancêtres des champignons, des végétaux et des animaux.
• la vie pluricellulaire : une accélération du rythme de la "Création" va marquer le début d'une nouvelle ère. Nous ne parlons plus en milliards d'années, mais en millions (de quoi avoir quelques cheveux blancs quand même !). Il y a 630 millions d'années, les premiers "animaux" complexes apparaissent dans les océans : mollusques sans coquille, diatomées, coraux...la vie commence à se développer. Puis, il y a 490 millions d'années apparaissent les poissons, 430 millions d'années les premiers végétaux, et 415 millions d'années, les tétrapodes...Les insectes ailés colonisent alors le ciel, il y a 360 millions d'années, et les reptiles évoluent à partir des amphibiens...
• les formes de vie supérieures : pendant que les forêts d'arbres carbonifères prospèrent sous un climat tropical (les plantes à graines datent d'il y a 300 millions d'années), les premiers reptiles volants font leur apparition (il y a 250 millions d'années) : on les appelle les "ptérosaures". A la même époque, les plantes à fleurs viennent au monde. Il y a 200 millions d'années, les dinosaures et les oiseaux évoluent à partir de reptiles mutants. Les premiers régneront en maîtres sur la planète durant plusieurs millions d'années empêchant des formes de vie plus évoluées (comme les mammifères apparus il y a 150 millions d'années) de se développer. Ils seront cependant éliminés, il y a 65 millions d'années, probablement à cause de la chute d'un astéroïde (bien que les hypothèses sur ce sujet soient une source de débat chez les scientifiques).
  
• l'ère des mammifères : il y a 60 millions d'années, les mammifères ont commencé à dominer la Terre, des formes modernes des poissons, des reptiles, des insectes et des végétaux sont apparus. Puis de grands singes descendent des arbres et marchèrent dressés, il y a "seulement" 5 millions d'années : ce sont les plus lointains ancêtres de l'Homme, que l'on nomme "australopithèques". La maîtrise du feu s'est alors faite il y a 750 000 ans. L'Homme actuel, dit Homo sapiens est apparu il y a 250 000 ans. A cette époque, les Hommes vivaient en groupes de nomades, ils chassaient, cueillaient et pêchaient. Ils étaient même conscients de la mort et utilisaient un langage particulier. Les dernières 10 000 années de la préhistoire ont été marquées par l'invention de l'agriculture, entraînant la sédentarisation, la création de villages puis de villes. C'est ici que s'arrête la préhistoire et que commence alors l'histoire : ce n'est plus l'évolution biologique qui détermine le destin de l'homme, mais ses idées culturelles et scientifiques.

C'est ainsi que l'on peut qualifier l'évolution de la vie d'incroyablement longue à l'échelle humaine, mais de si courte à l'échelle de l'Univers...

B) Une Terre unique ?

          Pour le moment unique planète connue a abriter la vie dans tout l'Univers, la Terre est un astre que l'on pourrait décrire comme parfait : malgré tous les efforts pour découvrir de nouveaux mondes habitables (la recherche d'eau sur Mars, la découverte d'exoplanètes toujours plus incroyables...), celui-ci est unique en son genre en réunissant toutes les conditions optimales propices à la vie.

a) Structure interne de la Terre

          La Terre est la planète la plus dense du système solaire, et ceux, pour une raison fort simple : son noyau est principalement composé d'alliage de fer et de nickel. Mais quelle est donc ce que l'on appelle la structure interne de la Terre ?

Coupe de la structure interne de la Terre

          On peut facilement décomposer la structure interne de la planète bleue en cinq grandes parties :

• la croûte terrestre (la croûte océanique et la croûte continentale) : la croûte terrestre est la partie superficielle et supérieure de la lithosphère. Elle est composée de parties distinctes : la croûte continentale (faisant 45% de la surface de la Terre) et la croûte océanique (en faisant 55%). Ainsi, la première croûte forme essentiellement les continents (bien que certaines parties, comme la plate-forme continentale, peuvent être immergées sous des mers ou des océans), elle est épaisse de 15 à 80 km, avec une moyenne de 30 km, et a une composition moyenne de roche granitique (de densité 2,7 à 2,8). La seconde croûte forme principalement le fond des océans et est beaucoup plus fine que la précédente (5 à 7 km environ) ; elle est formée de roches basaltiques et de gabbro. La limite entre cette croûte et le manteau supérieure est appelée discontinuité de Mohorovicic (ou Moho pour raccourcir).
• le manteau (manteau supérieur et manteau inférieur) : le manteau est la couche la moins rigide de la structure interne de la Terre, mais aussi la plus volumineuse (environ 84% du volume terrestre). C'est la discontinuité de Mohorovicic qui marque la transition entre la croûte terrestre et le manteau. Contrairement à ce que pourrait laisser penser les coulées de lave, le manteau est loin d'être liquide, mais reste solide (bien que visqueux). Cela est dû à l'effet de pression aux profondeurs de la couche, qui s'avère plus important que l'effet de température : la fusion n'est donc pas provoquée. Ainsi, le manteau est composé de deux couches : le manteau supérieur, moins visqueux que le manteau inférieur. Le premier doit supporter des contraintes physiques qui le rendent en partie plastique, et il est essentiellement composé de roches péridotites. Le second est le siège de courants de convection transférant la majeure partie de l'énergie calorifique du noyau de la Terre vers la surface : ces courants provoquent alors ce que l'on appelle la "dérive des continents", bien que leurs caractéristiques ne soient pas encore très précises.
• le noyau (noyau externe et noyau interne) : le noyau représente 15% du volume terrestre, et est séparé du manteau par la discontinuité de Gutenberg. Il est composé du noyau externe et du noyau interne (ou graine terrestre). Le noyau externe est liquide. Il est principalement composé de fer (80 à 85%), mais contient aussi un élément léger qui n'a pas encore déterminé par les scientifiques (qui hésitent entre le soufre, l'oxygène, le silicium et le carbone, ou encore un mélange des quatre) et du nickel (5%). Il a un viscosité incroyable, estimée entre 1 et 100 fois celle de l'eau, et sa température moyenne atteint les 4 000°C. Il a une densité de 10. L'énorme quantité de métal en fusion qu'il contient est brassée par convection, surtout thermique (ce qui signifie le refroidissement séculaire de la planète). Les mouvements du noyau externe et ceux de la Terre sont en interaction et la nature conductrice du fer permet le développement de courants électriques variables, qui donnent naissance au champ magnétique terrestre. Le noyau interne, quant à lui, est une boule solide essentiellement métallique (80% d'alliage de fer et 20% de nickel environ) constituée par cristallisation fractionnée (changements de condition physico-chimiques du magma) du noyau externe. La pression y est de 350 gigapascals (le maintenant ainsi à l'état solide malgré une température supérieur à 6 000°C et une densité d'environ 13). C'est la discontinuité de Lehmann qui sépare le noyau interne du noyau externe. Cette partie centrale de la Terre reste pour les scientifiques un mystère incroyable, source de nombreux débats : certaines observations, par exemple, laisseraient entendre que le noyau interne serait en mouvement...

          Notre Terre est donc composée de ces différents éléments. Cependant, les mesures ne sont pas toujours les mêmes selon les lieux étudiés. Par exemple, la croûte rocheuse n'est épaisse que de 6,5 km sous les océans, tandis que son épaisseur moyenne au niveau des terres émergées est d'environ 35 km.

Cette structure interne rend la Terre vraiment singulière, notamment grâce à son noyau que l'on peu qualifier de "vivant", contrairement à celui de Mars...

Nous avons précédemment parler de la création du champ magnétique terrestre...Quel est donc ce champ magnétique ?

b) Le champ magnétique

          La Terre possède un puissant champ magnétique qui s'étend autour d'elle jusqu'à une distance de 64 000 km en direction du Soleil, et ceux, de manière non uniforme à cause de son interaction avec le vent solaire (on dit d'ailleurs qu'il est en forme de têtard) ! Il s'étend aussi dans la croûte et le manteau de la planète. Quelles sont alors les propriétés de ce "bouclier terrestre" ?

Vue d'artiste du champ magnétique de la Terre par rapport au Soleil

          Pour répondre à cette question, nous allons nous intéresser à l'histoire des expériences portées sur ce champ géomagnétique. Les premiers relevés datent de 1596, puis des études ont été menées par de nombreux scientifiques, notamment par William Gilbert (en 1600), Edmund Halley (en 1692), Charles Coulomb (1777)...et bien d'autres ! Certains posaient les concepts fondamentaux, d'autres les démonstrations mathématiques. Selon certaines études, notamment celles de John Tarduno (un américain), le champ magnétique terrestre existait déjà il y a 3,45 milliards d'années ! A cette époque, cependant, l'intensité du champ n'était pas la même qu'actuellement, entre 50 et 70% de sa valeur actuelle. Le champ magnétique terrestre fut engendré par les mouvements de convection du noyau externe de notre planète (constitué, comme nous l'avons vu précédemment, de métal liquide, essentiellement de fer et de nickel). Ces mouvements de convection sont les mouvements du magma fluide : dans un mouvement hélicoïdal (d'après la force de Coriolis), cet océan de magma remonte vers la surface du globe. On appelle ce phénomène le "géodynamo", qui est à l'origine du champ magnétique terrestre protecteur. Cependant, l'effet de la conductivité électrique ne permet pas au dipôle du champ magnétique de se maintenir...Une seule théorie semble pouvoir expliquer son existence actuelle : la dynamo auto-excitée...Mais qu'est-ce donc ?

Dessin représentatif du Disque de Faraday

          La dynamo est un système proposé par les théoriciens, notamment avec le Disque de Faraday. Ce système est constitué par un disque métallique mobile (symbolisant le noyau fluide de la Terre) monté sur un axe métallique placé près d'un aimant permanent (symbolisant les lignes du champ magnétique) afin qu'il soit partiellement plongé dans son champ magnétique. Dans le cas du Disque de Faraday, le courant est généré et réinjecté dans un solénoïde de telle sorte que l'on obtienne une rétroaction positive avec le champ magnétique initial. Les expériences menées par les scientifiques ont prouvé que, malgré sa complexité, le modèle de dynamo terrestre pouvait se matérialiser par ce modèle de dynamo. Ils en ont déduit qu'il existait un mécanisme de régénération des courants électriques maintenant l'activité du champ magnétique terrestre...et c'est là que la dynamo auto-excitée intervient ! En 1919, Sir Joseph Larmor, qui émit l'hypothèse de ce procédé permettant au champ magnétique solaire d'être entretenu, eut l'idée de supprimer l'aimant permanent du modèle théorique en le remplaçant par des spires électriques. On suppose que des courants électriques très faibles existent à plusieurs milliers de kilomètres sous terre, courants qui remontent en spirale vers la surface suite à la rotation de la Terre. Ils génèrent ensuite de petits champs magnétiques qui, à leur tour, produisent à leur tour du courant, créant ainsi un véritable cycle auto-alimenté : le système dynamo est ainsi auto-excité, et donne naissance à notre champ magnétique terrestre actuel.

          On dit souvent que la Terre peut être symbolisée par un énorme aimant bipolaire : cette représentation de vient pas donc pas de nulle part ! A la manière d'un aimant, le champ magnétique de la planète est bipolaire : l'axe des pôles magnétiques n'est pas aligné avec l'axe de rotation de la Terre, ces pôles subissent en permanence une dérive par rapport aux pôles géographiques et se sont inversés à de nombreuses reprises au cours du temps.

          Le champ magnétique n'est pas appelé le bouclier terrestre pour rien : il protège les satellites et les astronautes des projections des particules solaires. Cependant, d'importantes éruptions solaires peuvent parfois l'affaiblir et des turbulences spatiales provoquent des coupures d'électricité et des interruptions de communication. Ce champ magnétique est donc l'un des éléments qui rend notre planète unique en son genre.

C) Les caractéristiques de la Terre

          Les caractéristiques physiques et chimiques de la Terre font de notre planète un astre accueillant, propice à l'apparition de la vie et à son développement...Cependant, notre planète n'est pas seule dans le système solaire. Sa compagne, la Lune, influence notre planète de multiples façons, et a fasciné l'humanité depuis des générations (la légende du loup-garou, le "coup de lune", les aventures d'un certain Cyrano de Bergerac sur cet astre...). L'étoile centrale de notre système, répondant au doux nom de Soleil, est elle-même accompagnée de plusieurs planètes, 7 pour être précis si nous ne comptons pas la Terre : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Notre astre à nous se situe entre Vénus et Mars.

a) La Lune, le Soleil et toutes leurs conséquences sur la Terre

          Notre existence est régie par le temps, et, plus particulièrement, par le calendrier terrestre : à part quelques exceptions, nous sommes éveillés le jour et dormons la nuit. Cette différence jour/nuit est déterminée par la lumière reçue du Soleil par la Terre, tout comme la succession des saisons, à savoir printemps, été, automne et hiver. Mais quel est le rôle de ces saisons ?

          Nous savons tous que la Lune n'a pas toujours la même forme dans le ciel selon les jours. Il existe même un calendrier lunaire pour pouvoir étudier et connaître les différentes phases de ce satellite. Le cycles des phases de la Lune est répété tous les 29,5 jours et fascinent l'humanité depuis des siècles ! Ces phases ne sont cependant pas dues au hasard : elles résultent de l'orbite décrit autour de la Terre par la Lune, faisant que nous voyons une proportion différente de sa face éclairée par le Soleil. Ces phases lunaires sont :

• la Nouvelle Lune : phase où la Lune se trouve entre le Soleil et la Terre, elle n'apparaît pas la nuit, mais dans la journée (seule sa face cachée est illuminée)
• le premier croissant : phase où la surface éclairée augmente chaque jour jusqu'au premier quartier, et ayant la forme d'une parenthèse de fin, ou d'un sourire, selon votre choix :-)
• le premier quartier : phase aussi appelée "demi-Lune", elle est visible à la manière de la boucle du "p" ("PREMIER quartier") dans l'hémisphère nord
• la Lune gibbeuse croissante
  
• la Pleine Lune : phase où la Lune et le Soleil sont en opposition par rapport à la Terre, qui se trouve entre son satellite et son étoile ; la face visible de la Lune est entièrement éclairée.
• la Lune gibbeuse décroissante 
• le dernier quartier : phase de la "demi-Lune", dans l'hémisphère nord, elle est visible comme la boucle d'un "d" ("DERNIER quartier")
• le dernier croissant : phase où la surface éclairée diminue chaque jour jusqu'à la Nouvelle Lune suivante, et ayant la forme d'une parenthèse ouvrante ")".

Phases de la Lune

Cependant, la Lune ne change de phase que parce que nous sommes sur Terre ! Un extraterrestre passant dans le voisinage verrait non seulement le satellite, mais aussi notre planète changer de forme apparente. Ainsi, la Terre apparaîtrait tantôt comme un disque bleu et vert, tantôt à demi-éclairé, tantôt dans l'ombre, avec, bien sûr, des stades dits "intermédiaires". La quantité de lumière reçue par la planète bleue varie selon que l'axe de rotation est penché vers le Soleil ou s'en écarte. La Lune commande également au marées lunaires, en exerçant une attraction gravitationnelle sur les eaux terrestres. C'est pour cela que l'on parle de "marrées basses" et de "marrées hautes".

          Le jour et la nuit sont également des éléments importants concernant la singularité de la Terre. La période d'éclairement diurne varie au fil de l'année, excepté pour ceux qui vivent parfaitement sur l'équateur, à cause de l'axe de rotation de la Terre incliné. Ainsi, les variations sont extrêmes dans les régions polaires, qui connaissent des jours très longs à certaines saisons et très courts à d'autres. Les habitants de ces régions, par exemple les Islandais, vivent 6 mois où il fait toujours nuit (le Soleil ne se "lève" pas) et 6 mois où il fait seulement jour (c'est le "Soleil de minuit" ou "jour polaire"). Dans ce dernier cas, le Soleil descend sur l'horizon, mais ne disparaît jamais.

Sur cette image, nous sommes censé être en pleine nuit en Islande : c'est le Soleil de minuit !

          En exceptant les habitants des régions proches de l'équateur et des pôles, chacun fait l'expérience de quatre saisons différentes. L'inclinaison de la Terre étant de 23,5° par rapport au plan de son orbite, le Pôle Nord penche périodiquement vers le Soleil : c'est l'été dans l'hémisphère nord et l'hiver dans l'hémisphère sud. Au contraire, quand c'est le Pôle Sud qui penche vers l'étoile, les saisons sont inversées, c'est l'été au Sud et l'hiver au Nord. Ainsi, la végétation verdit la Terre de différentes manières selon les saisons (et donc la quantité de lumière reçue). Les températures saisonnières dépendent de la durée du jour et de la saison. L'été, le Soleil brille plus haut dans le ciel et reste plus longtemps au-dessus de l'horizon, tandis que l'hiver, il est bas et brille moins longtemps. Pendant les longues nuits, la quantité de chaleur s'échappant vers l'espace est plus élevée que celle reçue le jour.

Inclinaison de l'axe de rotation de la Terre par rapport au plan de son orbite

Comme pouvons le voir sur le schéma précédent, la Terre est au périhélie (c'est à dire au point de son orbite le plus proche du Soleil) début janvier...Mais ce n'est pas toujours le cas ! L'axe de rotation terrestre peut alors être comparé à l'axe d'une toupie qui tournoie sur elle même...C'est ce qui précède les équinoxes...Or, un tour complet se fait en 26 000 ans, ce qui signifie que la Terre sera au périhélie en été dans 13 000 ans : l'effet de proximité s'additionnera alors avec l'effet d'inclinaison. Cela signifie-t-il que les écarts saisonniers vont s'accentuer dans l'hémisphère nord ? Se compenseront-ils alors par l'écart raccourci dans l'hémisphère sud ? La répartition des continents n'est pas la même au nord et au sud, on peut donc dire que certains cycles glaciaires s'expliquent par cette précession, aidée par les variations de l'orbite terrestre. Ces questions restent encore sans solution...

          Ainsi, le changement des formes de la Lune, l'alternance entre le jour et la nuit, le cycle des saisons...tous ces détails font de la Terre une planète quasiment parfaite, avec d'incroyables paysages (comme l'exemple du Soleil de minuit, ou encore les glaciers spectaculaires des chaînes de montagne), des horaires variées et un ciel changeant constamment, que ce soit de jour ou de nuit...

b) Comparaison avec les autres planètes du système solaire

          Le système solaire est la région de l'espace sous l'influence gravitationnelle du Soleil, s'étendant sur deux années-lumières et contenant à la fois planètes, lunes, astéroïdes et comètes. Son histoire a commencé il y a environ 5 milliards d'années, par un nuage géant, fait de poussière et d'hydrogène. Puis ce nuage s'est mis à rétrécir et à se contracter, jusqu'à la naissance du Soleil en son centre. Le reste prit alors la forme d'un disque tourbillonnant : une nébuleuse solaire. Dans ce système, la Terre fut la seule planète sur laquelle on trouve de l'eau à l'état liquide, et surtout, sur laquelle la vie a pu se développer. Pourquoi la Terre est-elle donc si différentes de ses 7 autres cousines du même système ?

Le Système solaire

          Pour pouvoir comprendre en quoi la Terre est unique dans le système solaire, nous allons chercher à la comparer à toutes les autres planètes du système, en fonction de leurs différences et de leurs points communs. Nous commencerons, bien évidemment, par Mercure, premier astre en partant du Soleil.

          Mercure est la plus petite planète du système. C'est également la plus proche du Soleil (58 millions de km), et elle est difficilement visible dans le ciel, excepté au lever et au coucher du Soleil. La Terre pourrait ainsi contenir 18 planètes comme Mercure, et pourtant, cette dernière est la deuxième planète la plus dense du système (juste derrière la Terre, justement). En effet, son noyau est énorme et est principalement composé de fer et de nickel, il produit donc bel et bien un champ magnétique. Celui-ci est pourtant 100 fois plus faible que celui de la Terre, car la rotation de Mercure est beaucoup plus lente : un jour à sa surface correspond à 59 jours terrestres, alors qu'une année ne dure que 88 jours terrestres ! Une année ne dure donc même pas une journée...Et ce n'est pas tout ! La température à sa surface varie entre...-180°C et 430°C ! Si vous pensiez à Mercure pour organiser vos prochaines vacances, n'oubliez ni la crème solaire, ni un énorme manteau de fourrure (voire deux ou trois, ils pourraient vous être utiles) et ni un petit maillot de bain léger. Son axe de rotation est quasiment vertical, et il n'y a qu'une infime quantité de gaz (et seulement de l'hélium et du sodium) flottant au-dessus de sa surface...Autant vous le dire tout de suite : Mercure est loin de ressembler à notre précieuse Terre, avec ses cratères et ses chaînes de montagnes hostiles sans aucune verdure...

          Vénus est la seconde planète du système solaire, et celle ayant le plus de point commun avec la Terre, notamment par sa taille (avec un diamètre de 12 100 km pour Vénus contre 12 756 km pour la Terre), sa masse et sa composition. Mais elle n'a le charme de notre bonne vieille planète : avec une atmosphère suffocante et très toxiques, mieux vaut éviter de traîner dans le coin. D'épais nuages d'acide sulfurique et une couche de dioxyde de carbone irrespirable retiennent la chaleur du Soleil à sa surface, si bien que la température est de 460°C au sommet des nuages ! Si l'on voulait envoyer des spationautes à sa surface, il mourraient immédiatement, brûlés par l'acide, rôtis par la chaleur, asphyxiés ou broyés par la pression...Étonnant que nous n'ayons pas encore trouvé de volontaires pour tenter cette grande aventure, non ? De plus, contrairement à la Terre et à la plupart des autres planètes, Vénus tourne sur son axe dans le sens horaire à une vitesse extrêmement minime : 243 jours terrestres correspondent à une seule journée vénusienne, et une année à 224,7 jours terrestres...Mais, attendez...Cela signifie qu'une année dure moins longtemps qu'un jour ? Et bien oui, car Vénus arrive plus rapidement à faire le tour du Soleil que le tour de son propre axe de rotation ! Alors comme ça, en plus d'être peu accueillante, c'est une véritable feignante ! Elle est constituée de nombreux volcans (on en dénombre au moins 1 600 à ce jour !). Finalement, nous pouvons peut-être penser à rester sur Terre pour cette fois, non ?

          Mars ! Voilà enfin une planète que l'on pourrait qualifier de beaucoup plus accueillante ! C'est la planète la mieux adaptée dans le système solaire pour abriter les humaines, après la Terre bien sûr ! Certes, sa température de surface semble être assez difficile à prévoir (entre -125°C et 25°C), mais elle reste cependant plus proche de celle de la Terre que les autres...Avec un axe de rotation de 25°C environ et une vitesse de rotation autour de cet axe moyenne (un jour dure 24,5 heures, à peine plus que sur Terre), elle semble être presque parfaite pour nous accueillir...Il faudrait peut-être attendre quelques jours de plus pour fêter son anniversaire (une année dure alors 687 jours terrestres), mais cela n'a rien de bien méchant...Alors quel est le problème ? Et bien, comme nous l'avons dit dans notre introduction, seule la Terre possède de l'eau à l'état liquide. Et cette eau est une source primordiale quant à l'apparition et le développement de la vie sur une planète. De plus, il serait impossible pour nous de visiter Mars sans combinaison spatiale, car l'air y est très ténu et est composé de dioxyde de carbone en grande quantité. On serait aussitôt asphyxié si l'on retirait notre scaphandre. De plus, la présence trop importante de poussière est également un mauvais point pour la planète. Des études ont montré qu'il y avait autrefois de l'eau à la surface de Mars, mais que les températures y sont trop basses et l'air trop ténu pour qu'elle subsiste à l'état liquide. Cependant, les deux pôles de de Mars sont recouverts de calottes glaciaires. On peut donc dire que, malgré ses caractéristiques intéressantes, Mars ne peut pas encore nous accueillir...La Terre reste donc la seule et unique dans l'Univers à pouvoir se vanter d'avoir vu la vie se développer à sa surface.

          Jupiter est la reine des planètes, sa masse représente deux fois et demie celle des autres planètes réunies ! Cet astre géant pourrait contenir environ 1 300 Terres, mais ne pèse que 318 fois plus que la Terre en raison de sa composition de gaz légers. Très éloignée du Soleil (780 millions de km), sa température au sommet est très basse, d'environ -143°C. Elle possède cependant un champ magnétique enfoui en son cœur qui repousse les particules solaires. Mais ces dernières parviennent tout de même à s'infiltrer dans les failles de ce bouclier, prouvant que notre planète a une bien meilleure résistance que cette reine du ciel. Quand les particules nocives entrent en collision avec les gaz atmosphérique de la planète, ceux-ci luisent en des "draperies" lumineuses et colorées qui se déploient sur des centaines de kilomètres au-dessus des nuages. En clair : pas question d'aller conquérir Jupiter, la Terre est quand même beaucoup mieux !

          Deuxième planète par sa taille, sixième par son éloignement du Soleil, Saturne est visible environ dix mois dans l'année. Elle est si légère (principalement formée d'hydrogène et d'hélium, sa masse n'est que 95 fois plus élevée que celle de la Terre), on dit souvent qu'elle pourrait flotter sur l'eau...si un océan assez vaste existait ! Célèbre pour ses anneaux en série spectaculaires, elle possède un noyau de roche et de glace. Le puissant champ magnétique qui forme un bouclier autour de la planète la protège contre la plupart des particules chargées électriquement, mais certaines parviennent à s'écouler le long des lignes de ce champ jusqu'aux pôles magnétiques, engendrant ce que l'on appelle des aurores polaires. Dans tous les cas, aucune chance pour nous d'aller vivre sur Saturne...

          Uranus est la troisième plus grande planète du système solaire. Trop éloignée du système solaire (2 870 millions de km), elle ne reçoit que peu de chaleur et de lumière, le sommet de ses nuages est donc extrêmement froid (-216°C environ). Elle pourrait contenir 63 Terres, mais sa masse n'est que 14 fois plus élevée que celle de la planète bleue, car elle est surtout formée de gaz et de glace. Tout comme celui de Saturne, son noyau est fait de roche et probablement de glace, et de gros nuages la parcourent deux fois plus rapidement que les vents cycloniques sur Terre. De plus, l'axe de rotation d'Uranus forme un angle de 98° environ : les pôles ne sont donc plus situés "en haut et en bas", mais sur les côtés...

          Enfin, Neptune, dernière planète du système solaire, est une géante gazeuse et glacée. Tout comme Uranus, elle apparaît bleue, mais contrairement à la Terre, ce n'est pas dû aux océans, mais à la présence de méthane dans son atmosphère, qui absorbe les longueurs d'onde rouges de la lumière solaire. Bien qu'elle soit considérée comme la huitième planète du système solaire, son orbite est si elliptique que, pendant une vingtaine d'années, elle se trouve en réalité plus éloignée que Pluton du Soleil.

          Ainsi, nous avons étudié les différentes caractéristiques des 7 autres planètes du système solaire que la Terre, en nous intéressant davantage à celles qui étaient susceptibles d'avoir de nombreux points communs avec la Terre, comme Vénus et Mars. Cette comparaison nous a permis de montrer que la planète bleue est réellement un astre unique, singulier, sur lequel la vie s'est développée pour des raisons bien précises, et non pas par hasard. Cela ne veut cependant pas dire qu'elle est la seule planète à accueillir la vie dans tout l'Univers...Celui-ci est si vaste que la découverte d'astres, situés en dehors du système solaire, n'est pas vraiment étonnante...Ces astres sont alors appelés "exoplanètes"...

Une vie possible pour l'humanité ailleurs ?

          Depuis les débuts de l'histoire spatiale, l'humanité n'a cessé de se lancer de nouveaux défis concernant la conquête de l'Univers. Douze personnes ont déjà marché sur la Lune, et il est fort vraisemblable qu'un jour, nous poserons le pied sur Mars. Se rendre à sa surface supposerait d'effectuer un voyage de six mois. Et si vous pensez à passer vos prochaines vacances sur cette planète, réfléchissez bien aux gens qui vous accompagneront, car le long séjour passé sur la planète se déroulerait confiné dans un espace assez restreint, obligeant les astronautes à vivre ensemble. De plus, un message envoyé depuis Mars vers la Terre met vingt minutes pour y parvenir, et le délai est le même pour obtenir une réponse : autant être sincère, il vous faudra apprendre à gérer les difficultés sans pouvoir beaucoup compter sur notre planète d'origine...Mais le fait de pouvoir vivre sur Mars ne veut pas dire que la vie s'y est développée directement. Où donc chercher la vie dans l'Univers ?

          Vivre isolés dans un espace restreint, ce n'est pas toujours chose aisée ! Les expériences menées pour étudier le comportement des êtres humains lorsque ces derniers sont coupés du monde l'ont bien prouvé ! Mais cela n'empêche pas les astrophysiciens d'espérer découvrir un jour un joyau pouvant abriter la vie humaine à sa surface. Nous étudierons tout d'abord le concept de "zone habitable" dans une fiche technique détaillée, puis nous analyserons les différents astres de notre système solaire pouvant accueillir la vie, avant de nous pencher sur la question de l'existence d'une planète "superhabitable".

A) FICHE TECHNIQUE : Qu'est-ce que la zone habitable ?

La zone habitable, abrégée en "ZH", est une région de l'espace où les conditions sont favorables à l'apparition de la vie telle que nous la connaissons sur Terre. La planète bleue se trouve juste à une bonne distance du Soleil (150 millions de km) pour pouvoir abriter l'eau à l'état liquide. Plus près, les océans s'évaporeraient, plus loin, ils gèleraient. Or, sans eau, il n'y aurait pas de vie, tandis que, à l'inverse, la vie peut s'épanouir partout où il y a de l'eau sur Terre. On peut donc en déduire que notre planète est située dans la zone habitable du Système solaire, et elle est la seule ! Le concept de zone habitable a été introduit pour la première fois sous le terme "écosphère. Il existe deux types de régions pouvant être conjointement favorable :

• la zone habitable circumstellaire (ZHC) : il s'agit d'une sphère théorique entourant une étoile où la température à la surface des planètes y orbitant permettrait l'apparition d'eau liquide. Ainsi, autour du Soleil, la plupart des auteurs situent la zone habitable entre 142 millions et 235 millions de kilomètres. La Terre étant située à 150 millions de kilomètres environ, on en déduit qu'elle est très proche de la "limite chaude". Mais cela signifie aussi que, le Soleil devenant de plus en plus lumineux en vieillissant, la Terre ne sera plus dans la zone habitable d'ici 1,7 milliard d'années. Si, au contraire, on admet que la Terre est à peu près située au centre de la zone habitable autour du Soleil, on peut alors calculer pour une étoile quelconque la distance du centre de cette zone à l'étoile selon la taille et la luminosité de l'étoile.

Le coin des démonstration :
Avec cette théorie, ont peut donc calculer la distance entre la zone habitable et l'étoile, et ceux, grâce à la taille et à la luminosité de l'étoile. L'énergie reçue par une planète étant inversement proportionnelle au carré de la distance à l'étoile, d'après la loi en carré inverse, on prend comme référence la distance entre la Terre et le Soleil (correspondante à 1 AU) et la luminosité de ce dernier pour obtenir l'équation suivante :

•  le rayon de la ZH en unité astronomique (AU)
•  la luminosité de l'étoile
•  la luminosité du Soleil.

• la zone habitable galactique (ZHG) : une planète ne doit pas seulement être située dans l'écosphère de son étoile, son système planétaire doit se situer assez près du centre de la galaxie afin d'avoir suffisamment d'éléments lourds qui favorisent la formation de planètes telluriques et des atomes nécessaires à la vie (comme le fer dans l'hémoglobine), mais aussi assez loin pour éviter les nombreux dangers, comme les frôlements d'étoiles (qui provoquent des instabilités orbitales et des pluies de comètes et d'astéroïdes), les radiations de supernova et le (ou les) grands trous noirs du centre galactique. Des études ont ainsi montré que des régions où les éléments lourds abondent ont plus de chance de posséder des planètes géantes orbitant très près de leur étoile, détruisant et éjectant hors du système les planètes de type terrestre : c'est pour cela qu'il est très difficile de déterminer la ZH d'une galaxie. Dans notre galaxie, la ZHG serait située à 25 000 années-lumières du centre galactique, et s'étend sur 6 000 années-lumière. Elle contient des étoiles vieilles de 4 à 8 milliards d'années. La différence de composition entre les galaxies prouvent que la ZHG pourrait être plus ou moins grande, voire quasi inexistante.

Ainsi, les planètes et les lunes situées dans ces régions sont des candidates possibles à l'habitabilité d'une planète. Elles sont donc potentiellement capables d'héberger une vie extraterrestre.

B) Le système solaire

          La vie est peut-être plus proche de nous qu'on ne le croit, cachée sur Mars ou les obscures lunes des planètes gazeuses...Or, ces mondes sont justement à portée des sondes spatiales. Dans ce cas, pas besoin d'aller à des années-lumières du Soleil !

a) Dans les sables de Mars

          Pour que la vie puisse apparaître telle qu'on la connaît sur Terre, il faut différents ingrédients...

1. Tout d'abord, prenez quelques atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène, d'azote, de phosphore et de soufre. Vous en trouverez beaucoup dans l'Univers, rassemblés au sein de molécule comme l'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'ammoniac...
2. Ajoutez de l'eau liquide, aussi appelée "marieuse moléculaire", afin que les molécules puissent rester en mouvement dans l'eau pour s'y rencontrer et s'assembler en plus grosses molécules, puis en structures comme les cellules.
3. Enfin, terminez par l'énergie afin de lier les molécules entre elles. L'énergie peut se trouver sous différentes formes : chaleur venue des profondeurs de l'astre, rayonnements ultraviolets émis par le Soleil, chimie...

Voici ce à quoi la surface de Mars pourrait ressembler...

pas étonnant qu'elle soit srunomée "la planète rouge" !

          Or, Mars ne semble pas être vraiment très accueillante...Son atmosphère ne semble être qu'un lointain souvenir, et l'eau ne peut être maintenue liquide à sa surface en raison de la très faible température. De plus, elle n'a pas de champ magnétique, il n'y a donc aucun barrage aux particules du vent solaire, gavées d'énergie et capables de tailladées n'importe quelle bactérie ! Ajoutez à cela un sol très oxydant (c'est-à-dire que, lorsque les composés à son contact subissent des réactions chimiques, l'atome attaqué perd des électrons et se lie à des atomes d'oxygène, comme le prouve la rouille sur le fer), qui est la cause de la transformation des molécules organiques en dioxyde de carbone, et vous obtiendrez un parait cocktail "tue-cellule" !

          Mais cela ne veut pas dire que Mars a toujours été ainsi : il y a 4 milliards d'années, l'atmosphère était assez dense et chaude pour permettre à l'eau de couler à la surface de la planète...et elle a coulé ! L'hémisphère nord comporte des plaines rappelant les bassins océaniques terrestres, tandis que dans l'hémisphère sud, composé de hauts plateaux, on peut trouver des traces de vallées encaissées, creusées par le flot tumultueux des torrents de l'époque. Mais alors, puisque la vie est apparue sur Terre à la même époque et dans des conditions semblables, pourquoi a-t-elle choisi de "bouder" Mars ? Aurait-elle disparu avec les océans ? Si c'est le cas, serait-il possible de la retrouver aujourd'hui ?

          Et bien, si la vie a bel et bien existé sur Mars, il serait concevable de la ramener en creusant, car le sol de la planète n'a pas changé depuis 4 milliards d'années. En effet, contrairement à la Terre, Mars ne possède pas de tectonique des plaques : cela signifie donc que si la vie est apparue dans les océans de Mars, une trace doit encore y subsister dans les sous-sols. En creusant, peut-être serait-il possible de trouver des fossiles de bactérie ! C'est pour éviter de transporter des bactéries terriennes que les rovers, comme celui de la mission ExoMars, mission prévue pour 2020, sont assemblés en salle "blanche" stérile. Imaginez la déconvenue si les chercheurs, après avoir identifier une forme de vie dans les sous-sols martiens, se rendaient compte qu'il ne s'agit que d'une bactérie...terrienne, qui a fait le voyage clandestinement ! De plus, la découverte de fossiles d'êtres vivants sur Mars datant de 4 milliards d'années pourrait nous renseigner sur l'apparition de la vie sur notre planète bleue, car l'accès à de tels témoins dans les entrailles terrestres n'est plus possible depuis longtemps. Et puis, la possibilité de découvrir une source de vie "bien vivante" sur Mars, car les sous-sols martiens sont à l'abris des rayons ultraviolets nocifs et de l'oxydation. Si, avec un peu de chance, l'humidité est présente dans ces souterrains, des bactéries pourraient bien y survivre...

Détails de l'assemblage du rover (en Anglais)

b) Dans l'océan d'Europe

          Europe est un satellite de Jupiter de 3 120 km de diamètre et ayant une température moyenne de -150°C. Elle présente une surface lisse et recouverte de glace, qui ne cesse de se renouveler. En effet, l'absence de vallées profondes ou de montagnes, et la rareté des cratères d'impact indiquent que cette surface est très jeune. Certaines de ses régions peuvent évoquer la banquise flottant sur l'Arctique terrestre. Mais alors, Europe dissimulerait-elle un océan d'eau liquide à moins de 20 km de sa surface sans air ? Ce phénomène aurait été rendu possible par l'échauffement dû aux forces de marée. Selon les scientifiques, cette lune de Jupiter serait l'endroit du système solaire le plus susceptible d'abriter une vie extraterrestre ! 

Structure interne d'Europe

          L'océan dont nous avons parlé un peu plus haut, serait une vaste étendue d'eau salée enfouie sous la surface d'Europe et faisant entre 10 et 30 kilomètres d'épaisseur selon les estimations. Cet océan reposerait sur un socle rocher. Mais comment sait-on qu'il existe des océans sous-terrains sur ces astres ? Après tout, les astrophysiciens sont incapables de voir l'eau s'écoulée sous leur surface. Ils peuvent cependant deviner cet existence, notamment grâce au rayon et à la masse du satellite...

Le coin des démonstrations :
La densité d'un astre est le rapport de la masse de cet astre sur celle qu'aurait le même volume constitué d'eau. On a donc :

avec :

• d la densité de l'astre
  

• ρ_corps la masse volumique du corps considéré

• ρ_eau la masse volumique de l'eau (1 000kg/m³)

Si la densité est relativement faible, cela signifie que l'astre est forcément riche en eau, qui est beaucoup moins dense que la roche. La surface livre aussi des indices sur la présence d'un éventuel océan : les fractures dans la banquise d'Europe, par exemple, ne s'expliquent pas si la glace repose sur de la roche, tandis qu'un océan d'eau liquide, forcément plus en mouvement, justifie mieux cette surface. De plus, il perturbe fortement le champ magnétique et l'attractivité gravitationnelle des astres.

          Europe possède aussi des geysers d'eau, comme sur Encelade, une lune de Saturne célèbre pour ces incroyables geysers. Ils n'ont été découverts que récemment, en 2016. Il s'agit de jet de vapeur d'eau montant jusqu'à environ 200 km avant de se dissiper dans l'espace ! Ces incroyables colonnes d'eau restent encore bien mystérieuses au niveau de la composition. Mais elles pourraient tout de même révéler la présence de vie dans l'océan.

          Des missions sont donc prévues prochainement pour aller explorer la surface d'Europe. La première se nomme Europa Clipper, elle doit décoller en 2022 et arrive sur place vers 2028 : elle survolera Europe au moins 50 fois pour cartographier sa surface avec une grande précision ! Une autre sonde, Europa Lander, est envisagée par la Nasa pour aller se poser sur le satellite et forer sa surface, s'attachant surtout à analyser sa composition.

          Ainsi, le satellite Europe pourrait abriter la vie à sa surface, tout comme Mars, Encelade et Titan (un satellite de Saturne). Maintenant, et si nous allions voir plus loin ? Si nous sortions du système solaire pour nous aventurer vers d'autres cieux ?

C) Peut-on trouver mieux que la Terre ?

          Les exoplanètes, situées très loin de notre système solaire, sont innombrables, et les scientifiques ne cessent d'en découvrir de nouvelles. Celles qui peuvent abriter la vie se comptent par milliards ! Mais cela ne veut pas dire que c'est le cas et que la vie humaine pourrait s'y maintenir. Les astrophysiciens espèrent donc trouver, un jour, un joyau encore plus beau que la Terre !

a) La notion de Terre "superhabitable"

          Une planète mieux que la Terre ? Mais c'est impossible ! Pourquoi ne pas tout d'abord tenter de trouver son équivalent ? La Terre a beau être la championne de la vie depuis 3,8 milliards d'années, ne pourraient-elles par simplement être une championne locale ? Car des exoplanètes hors de notre portée, il y en a un paquet dans la Galaxie ! Au minimum 100 milliards, de toutes les tailles et de toutes les formes, et même, de toutes les couleurs : la Nasa, en 2013, aurait découvert une planète toute rose (et qui, par la même occasion, serait la plus légère planète découverte à ce jour)...On soupçonne même l'une d'entre elle d'être fait entièrement de diamant ! Alors, finalement, l'idée de trouver une planète mieux que la Terre n'est pas vraiment stupide...

          Deux astronomes, René Heller de l'université de McMaster, et John Armstrong, de l'université de Webber, ont récemment cherché à dresser un "portrait-robot" d'une planète "superhabitable". Imaginons qu'elle existe, et que nous puissions nous y rendre...

          Tout d'abord, où se situerait précisément cette planète ? Et bien, à des années-lumières de notre Terre ! La plus proche exoplanète du système solaire est à 4 années-lumières, et des expériences ont prouvé qu'elle n'était pas habitable ! On imagine donc que notre "super-Terre" se situerait bien plus loin...Mais notre galaxie est grande : 100 000 années-lumières de diamètre et 1 000 d'épaisseur...autant le dire tout de suite, même en voyageant aussi vite que le capitaine Kirk de Star Trek, parcourir la Voie Lactée ne serait pas de la tarte...

          Nous avons vu que plus une planète avait du temps devant elle, plus la vie avait de chance d'y prospérer : c'est pour cela que notre super-Terre doit être située à bonne distance de son étoile. Si la distance entre elles est plus grande que la distance entre la Terre et le Soleil, alors l'étoile devra être plus grosse que le Soleil, mais si cette distance est raccourcie, alors elle sera de type M ou K (soit un température entre 3 000°C et 4 300°C). Prenons le cas d'une étoile de type M ou K. A la surface de notre planète, des volcans en activité dominent, on peut apercevoir d'immenses panaches de fumée et de cendre s'échappant de leurs cratères...Même si cela s'avère être un paysage peu accueillant, il révèle l'activité géologique de la planète. Quant à la présence de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, il fait office de "clim". Après s'être dissout dans l'atmosphère, il forme des roches calcaires et la coquille de certains êtres marins. Or, la lithosphère finit par s'enfoncer pour rejoindre les couches incandescentes de l'asthénosphère. Les roches et les coquilles suivent alors le mouvement, se décomposent avec la chaleur et libèrent le dioxyde de carbone, qui s'échappe sous forme gazeuse par les volcans lors des éruptions, se retrouvant dans l'atmosphère à nouveau. Si la température baisse, au point de geler l'océan, le dioxyde de carbone atmosphérique ne peut plus se dissoudre, tandis que celui du sous-sol est toujours rejeté par les volcans. Il s'accumule donc dans l'atmosphère et la réchauffe, permettant aux océans de dégeler et au cycle de reprendre. Notre planète superhabitable doit donc posséder une tectonique des plaques au long cours, digne de son soleil quasiment éternel (entre 100 milliards et 50 milliards d'années pour sa durée de vie). Le mouvement de ces plaques est alimenté par la chaleur interne de la planète, qui doit être plus grosse que la Terre.

          Une jeune planète est donc très chaude et se refroidit peu à peu, à la manière d'une patate sortie du four : si vous mettez un plat de pommes de terre à chauffer et que vous mesurez leur température à leur sortie, vous verrez que les plus petites refroidiront plus vite que les plus grosses. C'est exactement la même chose avec les astres. Pour entretenir une chaleur interne, et ce, sur une longue durée, notre super-Terre devrait posséder une masse légèrement supérieure à celle de la Terre, mais sans exagération, car, au-delà d'une certaine limite, la pression serait trop forte et la roche trop pâteuse pour se mouvoir dans ses entrailles. Elle bloquerait donc la tectonique. Un bon compromis serait que notre nouvel habitat face environ deux fois la masse de la Terre. De plus, avec un cœur assez chaud, l'astre serait enrobé d'un puissant champ magnétique, qui agirait comme un bouclier.

          De plus, la végétation de l'astre serait différente de celle de la Terre car son étoile est moins brillante que le Soleil : les plantes absorberont alors toutes les couleurs et ne renverra rien, c'est pour cela qu'elles apparaîtraient...noires ! Quant à son atmosphère, de quoi se composerait-elle ? Difficile à dire...Après tout, les astronomes manquent encore cruellement d'exemples d'atmosphère exoplanétaires, et les études menées sur les planètes du Système solaire montrent que toute prévision est difficile. Mais on peut s'attendre, tout comme sur Terre, à y trouver de l'oxygène produit par les plantes (ou les algues), de la vapeur d'eau (en provenance de l'eau liquide) et du dioxyde de carbone, comme vu précédemment.

          Selon les astronomes, les milieux extrêmes seraient à éviter sur une Terre superhabitable. Ainsi, les déserts et les océans très profonds, qui ne sont guère favorables à la vie, devraient laisser la place à des archipels, de petits continents et des îles émergeant de mers peu profondes...Cependant, ce point en contestable, car la diversité des paysages pourrait favoriser la diversité des espèces qui font preuve d'une adaptation remarquable (nous avons déjà évoqué les "super pouvoirs" du tartigrade).

          Ainsi, l'existence d'une super-Terre est, pour les scientifiques, une chose quasi-certaine. Une planète ayant les mêmes, voire de meilleurs, conditions que la planète bleue est un sujet de débat parmi la communauté des astrophysiciens...Alors, notre Terre n'est peut-être pas unique dans l'Univers...

b) Il n'y a pas de Terre de rechange

          Après avoir poser le pied sur la super-Terre vue précédemment, on se rend vite compte que ce n'est pas le jardin d'Eden auquel nous nous attendions...Pour fouler cette terre nouvelle, il nous faudrait prendre certaines précautions importantes.

          Tout d'abord, il faudrait utiliser un exosquelette : il s'agit d'un équipement articulé et motorisé fixé sur le corps permettant de démultiplier les capacités physiques de celui qui le porte ! Et mais c'est de la triche ! Enfin, en même temps, vue les conditions de la planète, on peut comprendre pourquoi...La pesanteur, cette force qui attire tous les corps à la surface d'une planète vers son centre, est deux fois plus importante que sur Terre ! Sans un peu de soutien, nos muscles nous feraient terriblement souffrir, et rien que pencher notre tête pourrait nous rompre le cou.

          De plus, pas question de respirer l'atmosphère, car rien ne garantit qu'elle soit respirable. En effet, la présence d'oxygène ne fait pas tout : imaginez un peu qu'une particule de chlorure d'hydrogène passe dans l'air et entre dans vos poumons : c'est la mort assurée ! Ensuite, il ne faut pas oubliez que lorsqu'un organisme est soumis à un virus et à des bactéries nouveaux, contre lesquels il n'est pas immunisé, les conséquences peuvent être terrible ! Les peuples indigènes d'Amérique du Sud vivant au temps des conquêtes espagnoles, au XVIe siècle en sont la preuve ! Ils ont été décimés par des maladies comme la coqueluche, la variole, ou, encore, une simple grippe.

          Alors finalement, cette idées de planètes superhabitables, c'est du n'importe quoi, direz-vous...On ne peut ni y marcher librement, ni y respirer un air pur ! N'oubliez pas : les super-Terres ne sont pas des Terres de rechange. Elles sont idéales pour la vie en général, pas pour l'humanité en particulier. Après tout, l'adaptation de l'Homme sur Terre ne s'est pas faite en quelques années. C'est pour cela que nous devons prendre soin de notre planète bleue, car il sera difficile, voire impossible de trouver un astre aussi accueillant pour l'humanité.