TPE : La vie humaine ailleurs ?

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.