Personne n'est d'accord sur ce que signifie pour une planète d'être habitable

Vue d'artiste de Kepler 22b Nasa

Il y a un peu moins d'un mois, des scientifiques annonçaient que de la vapeur d'eau avait été repérée dans l'atmosphère de K2-18b, une exoplanète distante de 110 années-lumière. Fondamentalement, la planète se trouvait dans la zone habitable de son étoile (la région autour d'une étoile qui est suffisamment tempérée pour les eaux de surface liquides, parfois appelée zone Goldilocks). Mais l'utilisation de cette expression est assez controversée. Bien que les humains ne puissent certainement pas vivre sur K2-18b, il y a lit accord entre experts savoir si une forme de vie microbienne extrême pourrait s'y trouver. C'était peut-être dans la zone habitable, mais personne ne pouvait convenir si K2-18b était vraiment habitable ou non t .

Ce désaccord était en partie dû au fait que nous n'avions pas de consensus sur le type de planète K2-18b, mais c'était aussi parce qu'il existe de nombreuses façons différentes de définir l'habitabilité. Certains scientifiques croient qu'une surface rocheuse est essentielle. D'autres pensaient que la vie microbienne pourrait trouver un moyen d'exister dans l'air, comme les bactéries chevauchant la poussière dans le vent. Certains voulaient la preuve d'une surface épaisse et chaude, tandis que d'autres n'étaient pas si sûrs que ce soit nécessaire.

Rien de tout cela n'était surprenant. L'habitabilité est un terme vague et jargonnier. Si vous demandez à une centaine de scientifiques de définir ce qui rend une planète habitable, vous obtiendrez une centaine de réponses différentes.

Une grande partie de la discussion a été motivée par ce qui est connu et la technologie dont nous disposons pour modéliser les planètes, explique Rory Barnes, astronome et astrobiologiste au Virtual Planet Laboratory de l'Université de Washington.

Jusqu'à relativement récemment, nous ne savions même pas si les planètes en dehors du système solaire étaient communes. Les astronomes ont fait quelques découvertes ici et là, mais les choses n'ont pas décollé jusqu'à ce que le télescope spatial Kepler de la NASA soit activé en 2009, offrant une méthode plus précise pour identifier les planètes transitant devant leurs étoiles hôtes.

Les données fournies par ces observations étaient extrêmement limitées. Par exemple, en 2007, les scientifiques ont découvert Gliese 581c, la première exoplanète à la fois rocheuse et trouvée dans la zone habitable. À l'époque, c'étaient les deux exigences dont les gens avaient besoin pour se lever le matin et penser qu'il y avait quelque chose qui valait la peine de prêter attention, dit Barnes.

L'eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons, donc d'une part, ce fut une première étape très utile pour déterminer quels nouveaux mondes devraient retenir notre attention. D'un autre côté, il a négligé d'autres exigences de la vie, telles qu'une source de carbone, une source d'énergie et des nutriments essentiels, explique Stephanie Olson, chercheuse planétaire à l'Université de Chicago.

Une planète qui manque de ces autres choses est pratiquement aussi inhabitable que Pluton. De plus, une planète n'a pas besoin de résider dans la zone habitable pour être habitable. La lune de Jupiter Europe et les lunes de Saturne Titan et Encelade ne sont que quelques exemples de mondes océaniques possibles qui suscitent l'intérêt des astrobiologistes malgré le fait qu'ils se trouvent bien en dehors de la zone habitable du soleil.

Une partie du problème est que nous avons isolé de manière inappropriée ces recherches des autres sciences. Je dis toujours aux astronomes, si vous voulez savoir ce qu'est l'habitabilité, allez simplement en biologie, dit Abel Méndez, astrobiologiste planétaire et directeur du Laboratoire d'habitabilité planétaire à l'Université de Porto Rico à Arecibo. Beaucoup craignent que les astronomes appliquent de manière inappropriée les leçons de la biologie et de la science du climat aux mondes extraterrestres, et que c'est ce qui cause tant de ces querelles.

À l'inverse, il y a un danger à être trop centré sur la Terre, dit Barnes. Nous comprenons très bien comment la Terre fonctionne très bien, et nous pourrions nous tromper en pensant que certaines signatures sont automatiquement un signe de vie ou nier la possibilité de la vie. La vie pourrait exister sur Titan ou Europe, ou peut-être même Vénus, sous une forme que nous ne sommes pas prêts à trouver.

Améliorer notre approche signifie que nous avons besoin d'un meilleur échange d'éducation et de données entre les différents domaines scientifiques. Cela nous amène au Virtual Planet Lab, fondé en 2001 pour comprendre comment une planète habitable se forme et évolue, et comment nous pourrions réellement observer ce processus sur une véritable exoplanète. La faculté du laboratoire, qui comprend des climatologues, des chercheurs atmosphériques, des informaticiens, des biologistes, des géophysiciens et des astronomes, reflète l'approche multidisciplinaire que la science planétaire devrait poursuivre.

Le laboratoire récemment dévoilé VPLanet , un logiciel ouvert qui simule l'évolution d'une planète sur des milliards d'années, principalement (mais pas exclusivement) pour évaluer si cette planète est ou a été potentiellement habitable et pourrait supporter de l'eau liquide à sa surface.

Les modèles de VPLanet prennent en compte une foule de dynamiques différentes, y compris les processus internes et géologiques, l'évolution du champ magnétique, le climat, l'échappement atmosphérique, les effets de rotation, les forces de marée, les orbites, la formation et l'évolution des étoiles, des conditions inhabituelles comme les systèmes d'étoiles binaires et les perturbations gravitationnelles de corps qui passent. D'autres chercheurs peuvent écrire de nouveaux modules qui se rapprochent d'autres processus physiques et les intégrer au logiciel.

Un outil comme VPLanet est destiné à aider à déterminer quelles planètes de la zone habitable (et d'autres bons candidats) valent le plus la peine d'être étudiées en profondeur avec les instruments existants et les nouveaux qui doivent être mis en ligne. Mais ses tentatives pour caractériser l'histoire d'une planète pourraient également nous inciter à examiner certaines exoplanètes que nous pourrions normalement ignorer. Nous avons tendance à considérer l'histoire de la Terre comme une course évolutive sauvage, mais Barnes suggère qu'elle pourrait en fait être assez docile par rapport à l'expérience de nombreuses autres exoplanètes que nous identifions maintenant.

Pour les planètes en orbite autour d'étoiles de faible masse, comme Proxima b , elles ont probablement connu une évolution considérable, dit Barnes. La luminosité de leurs étoiles hôtes a diminué beaucoup plus rapidement, elles émettent plus de rayonnements haut de gamme qui sont préjudiciables aux atmosphères, et elles induisent plus d'effets de marée sur les planètes en orbite - juste quelques choses qui pourraient considérablement renverser le calcul de savoir si une planète pourrait soutenir la vie .

D'autres modèles peuvent nous aider à reconnaître d'autres types de dynamiques qui pourraient favoriser ou entraver la vie. Certains ont révisé la zone habitable des limites sur la base d'une science climatique plus précise. Olson a récemment co-écrit un papier qui a examiné quel type de dynamique océanique pourrait être essentiel pour favoriser un cycle des nutriments favorable à la vie. La simple présence d'un océan, soutient-elle, n'établit pas si un nouveau monde est habitable ou non. Sans, disons, une force de rotation suffisante ou une atmosphère épaisse, un océan ne sera pas significatif pour augmenter les perspectives d'habitabilité.

Ce dont nous avons besoin en fin de compte, c'est d'améliorer la représentation de la biologie dans ces types de modèles, dit Olson. Les biologistes ont leurs modèles, les climatologues ont leurs jouets, et puis il y a les astronomes. Nous devons trouver des moyens de coupler les données.

Mais les modèles ne sont qu'une partie de l'équation. Nous devons également faire de meilleures observations de ces mondes. Nous voulons voir si une planète a une atmosphère épaisse composée des types d'éléments importants pour la vie. Nous voulons rechercher la présence de biosignatures comme le méthane qui sont produites par des processus biologiques. Des instruments comme les télescopes spatiaux Hubble et Kepler de la NASA ont eu un impact énorme, mais leurs capacités sont déjà poussées à leurs limites (Kepler a pris sa retraite l'année dernière et Hubble est sur ses dernières jambes).

Le successeur de Hubble, le télescope spatial James Webb, est prêt à pousser notre compréhension de ces exoplanètes vers de nouveaux sommets. Son optique inégalée et sa capacité à faire des observations inégalées dans l'infrarouge signifient qu'il devrait être en mesure de caractériser les atmosphères d'exoplanètes lointaines sans aucun problème. Le télescope spatial ARIEL de l'ESA, dont le lancement est prévu en 2029, est spécialement conçu pour observer les structures chimiques et thermiques des atmosphères d'exoplanètes.

Méndez pense également qu'il est sage d'être ouvert à la détection de technosignatures quand on pense à l'habitabilité, peut-être sous la forme d'émissions radio, de lumières ou de produits chimiques issus de la production industrielle. Il existe d'autres façons d'examiner un système et de voir des signes de vie, dit-il.

Pourtant, le fait est que la seule véritable façon de savoir si un lieu est habitable n'est pas de mesurer ces différentes variables, c'est de trouver la vie, dit Méndez. En biologie, c'est la réponse finale. Il n'y a pas d'autre moyen de le faire. Au-delà de cela, tout n'est qu'une approximation - une évaluation de potentiel habitabilité. Donc pour l'instant, les disputes vont continuer.

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