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Exoplanètes III: Habitabilité et conclusion

Exoplanètes III: Habitabilité et conclusion


Deux possibilités existent: soit nous sommes seuls dans l'univers, soit nous ne le sommes pas. Les deux sont également terrifiants.

-Arthur C. Clarke

Bien que la recherche d'autres planètes soit en partie motivée par nos efforts pour comprendre leur formation et améliorer la compréhension de notre propre système solaire, l'objectif ultime est de trouver une vie extraterrestre. Maintenant que nous avons vu et analysé les données réelles rassemblées par les missions spatiales et que nous les avons connectés aux lois de la physique, nous arrivons à l’acte final de notre jeu: l’habitabilité. Jusqu’à présent, nous n’avons parlé que de la détection et de la localisation d’exoplanètes confirmées, mais nous en savons peu sur leur capacité à nourrir la vie, c’est-à-dire leur habitabilité.

Pour qu'une planète abrite n'importe quelle forme de vie, elle doit satisfaire certains paramètres spécifiques qui la rendraient habitable. La vie n'existe que dans certaines conditions essentielles pour créer l'environnement durable nécessaire à la croissance et à l'évolution de la vie. Il n'y a actuellement aucune raison de croire que les planètes satisfaisant ces conditions n'existent pas en grand nombre. Bien que nous n'ayons pas encore trouvé de telles planètes, ce n'est probablement qu'une question de temps.

Il convient de garder à l’esprit que l’évaluation de l’aptitude d’une planète à soutenir la vie repose en grande partie sur les caractéristiques de la Terre, car c’est la seule planète de l’univers dont nous savons qu’elle est habitable. Par conséquent, nous ne pouvons que chercher la vie comme nous le savons. Il se peut que la vie existe dans des conditions différentes, mais nous ne pouvons que spéculer sur son existence. Ce dernier chapitre couvrira les principaux facteurs de la vie (tels que nous les connaissons)) d'exister sur des exoplanètes telles que la distance, la masse et l'atmosphère.

Équation de Drake

Avant de commencer à définir les différentes conditionnalités de la vie, examinons d’abord deux personnalités notables de l’astronomie et leurs réflexions sur les chances de survie existant ailleurs.

Carl Sagan était un célèbre astronome américain, surtout connu pour ses recherches et ses réflexions sur les possibilités de la vie extraterrestre. Comme beaucoup d'astronomes, il croyait que notre galaxie grouillait de vie et qu'un grand nombre de civilisations extraterrestres devraient théoriquement exister. Cependant, faute de preuves de telles civilisations, il a souscrit à la théorie selon laquelle celles-ci avaient tendance à auto-destruction une fois qu'ils sont devenus suffisamment avancés sur le plan technologique.

Didier Queloz, co-découvreur de la première planète extrasolaire, partage l’opinion de Sagan selon laquelle la vie existe ailleurs dans l’univers, mais souligne qu’il faut une chaîne d’événements consécutifs pour que la vie puisse émerger, c’est pourquoi la «chance» est un facteur essentiel. Par conséquent, la galaxie n'est peut-être pas aussi riche.

Sagan et Queloz croient fermement en l'existence d'une vie extraterrestre, simplement en raison des chances. Un autre astrophysicien notable, Frank Drake, a proposé une équation mathématique qui pourrait, en théorie, estimer le nombre de civilisations extraterrestres détectables dans la galaxie de la Voie lactée. Il déclare que:

Équation de Drake

Où:

  • N est le nombre de civilisations dans notre galaxie avec lesquelles une communication pourrait être possible (en détectant leurs émissions électromagnétiques).
  • R * est le taux moyen de formation d'étoiles par an dans notre galaxie, exprimé en[[étoiles / années].
  • f_p est la fraction de ces étoiles avec des systèmes planétaires.
  • n_e est le nombre de planètes, par système solaire, pouvant potentiellement maintenir la vie.
  • f_l est la fraction de planètes convenables sur laquelle la vie apparaît réellement.
  • Fi est la fraction des planètes portant la vie sur laquelle émerge une vie intelligente.
  • f_c est la fraction des civilisations qui développent une technologie qui libère des signes détectables de leur existence dans l'espace.
  • L est la durée pendant laquelle ces civilisations émettent dans l’espace des signaux détectables, exprimée en[[années].

L’équation de Drake est différente des équations précédentes relatives à la détection des exoplanètes, en raison du nombre élevé de variables inconnues qu’elle contient. En raison de ces incertitudes actuelles, il n’existe pas de réponse «bonne» ou «mauvaise» définitive, mais seulement une estimation. Au fur et à mesure que nous apprenons et comprenons mieux notre place dans l'univers, certaines des inconnues deviennent lentement plus claires et le résultat final plus précis.

Les scientifiques reconnaissent que l’équation de Drake comporte de très grandes incertitudes et tendent souvent à faire des estimations très grossières pour progresser. En l'état actuel des connaissances, nous savons que les trois premiers termes des équations sont plus proches de 10 que de 1 et que tous les facteurs sont Moins que 1. Cependant, reste la plus grande inconnue. En faisant certaines hypothèses, nous pouvons simplifier l’équation pour arriver peut-être à une version plus utile de l’équation de Drake:

Cela signifierait que le nombre de civilisations avec lesquelles nous pouvons éventuellement entrer en contact est à peu près égal à leur longévité, ce qui est la même conclusion à laquelle sont arrivés Drake et ses collègues en 1961. Cela implique également que, à moins que ce ne soit très grand, ce sera faible. Si SETI réussissait à détecter un signal émis par une civilisation extraterrestre, cela voudrait dire qu’il doit être en moyenne volumineux, car nous n’aurions pas découvert le signal autrement en ne regardant que très peu d’étoiles dans la Voie Lactée. En raison de la vitesse finie à laquelle le signal extraterrestre détecté voyagerait, il nous raconterait leur passé au moment où ils nous atteignent, car ils se trouvent à de nombreuses années-lumière. Mais comme la civilisation extraterrestre doit être volumineuse pour que nous puissions détecter un tel signal, cela pourrait nous dire si notre avenir est long. Une autre question qui se pose est que même si nous trouvons des signes de vie, comment et avec qui communiquerions-nous?

La recette de la vie

Lorsque nous observons la Terre depuis l’espace, nous constatons que près de 75% de celle-ci est recouverte d’eau, ressource naturelle vitale pour tous les organismes vivants. Une plante utilise l’eau pour tirer une partie de ses nutriments des minéraux présents dans le sol. Ces minéraux doivent être dissous dans l'eau pour être absorbés par la plante. Les vastes océans et autres étendues d'eau constituent un abri pour diverses espèces marines. L’atmosphère terrestre est régulée par des nuages ​​composés de molécules d’eau. Et bien sûr, tous les animaux ont besoin de boire de l'eau régulièrement pour rester en vie. La vie sur Terre est construite autour de l'eau.

Par conséquent, pour qu'une planète abrite la vie telle que nous la connaissons, elle doit contenir de l'eau. Contrairement à la croyance populaire, l’eau est ne pas une denrée rare dans l'univers. Au contraire, il existe en abondance partout dans l'univers. De l'eau a été détectée dans les nuages ​​interstellaires de notre galaxie, la Voie lactée, ainsi que dans d'autres galaxies. Il suffit de regarder les propriétés chimiques de l’eau pour comprendre sa banalité. Une molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène liés de manière covalente à un seul atome d'oxygène.

La structure atomique d'une molécule d'eau

L’hydrogène est l’élément le plus abondant de tout l’univers, créé lors du «big bang». L'oxygène est le troisième élément le plus abondant, créé par la fusion nucléaire des étoiles. Ensemble, ces deux forment de l'eau. Toutes les planètes du système solaire, à l'exception d'Uranus et de Neptune, ont une faible quantité de vapeur d'eau dans leur atmosphère, allant de 0,0004% (Jupiter) à 3,4% (Mercure). Encelade, une des lunes de Saturne, contient 91% de vapeur d’eau et est considérée comme l’un des endroits les plus habitables du système solaire.

Cependant, pour que la vie se développe, il faut de l'eau non pas sous forme de vapeur ou de glace, mais en tant que liquide, ce qui est beaucoup plus rare, car elle dépend de la température de surface, qui dépend elle-même de la pression atmosphérique, qui est déterminée par la gravité de la surface de la planète. Toutes ces exigences ne peuvent être trouvées que simultanément dans la zone habitable. De plus, le liquide ne peut exister que sur une surface, ce qui signifie que les planètes gazeuses ne peuvent pas supporter l'eau.

Différents états de l'eau

Essentiellement, les principaux facteurs nécessaires pour héberger la vie sur une planète semblent dépendre de sa masse, de son atmosphère et de la distance qui le sépare de son étoile parente. Celles-ci sont détaillées ci-dessous.

1) distance

Une planète doit avoir une surface solide et rocheuse et être à une distance parfaite de son étoile pour maintenir de l’eau liquide à sa surface. Trop loin, la planète sera trop froide pour maintenir de l'eau liquide à sa surface, car la température de la surface tombera en dessous de son point de congélation, ce qui provoquera la transformation des océans en glace. Trop près de nous, la planète aurait une température qui dépasserait le point d'ébullition de l'eau et les océans se transformeraient en vapeur. Ainsi, la région idéale pour que l'eau puisse exister sous forme liquide est la ceinture entre ces deux extrêmes, appelée zone habitable.

La zone habitable (verte) de notre système solaire.

Cette région est également connue sous le nom de Goldilocks Zone, née de la célèbre histoire de boucle d'or et les trois ours, dans lequel Goldilocks choisit la soupe qui n’est ni trop chaude ni trop froide. De même pour une planète qui respecte ce principe, elle ne doit exister ni trop près, ni trop loin de son étoile, mais à la bonne distance.

La zone habitable de chaque système planétaire commencerait à une distance différente de son étoile, car elle dépend de la masse de l’étoile centrale. Plus l'étoile est massive, plus elle émet de chaleur, repoussant plus loin le bord intérieur de la région habitable, comme le montre la figure ci-dessous.

La région habitable (bleue) en fonction de la messe de l’étoile. La source: Magazine Astrobiologie

Ainsi, lorsque nous recherchons des exoplanètes, nous cherchons dans la zone habitable, car ce sont les meilleurs choix pour trouver des planètes semblables à la Terre. À l'heure actuelle, on ignore si les rares planètes découvertes dans la zone habitable sont terrestres ou gazeuses. Les planètes qui ont été authentifiées comme terrestres sont ne pas situé dans la Goldilocks Zone. De plus, le simple fait de trouver des planètes dans la zone habitable ne garantit pas la vie, car plusieurs autres facteurs critiques jouent un rôle important.

2) la messe

Pour une planète située dans la zone habitable, la gravité de la planète doit être suffisamment forte pour contenir une atmosphère, qui sert de tampon, permettant de maintenir une température de surface constante. La gravité de surface de la planète peut être calculée à l'aide de la formule suivante:

Où:

  • G est la constante gravitationnelle = 6,67 * 10 ^ -11[[N]
  • M est la masse de la planète[[kg]
  • r est le rayon de la planète[[m]

Comme nous pouvons le constater, la gravité dépend de la masse et du rayon de la planète. C'est critique. Par exemple, si la Terre était plus petite, par exemple autour de la taille de Mars, la force de gravité serait considérablement plus faible, car la masse et le rayon seraient plus petits et ne pourraient donc pas empêcher les molécules d'eau de se déplacer. s'envoler dans l'espace, résultant dans une atmosphère très mince. Cela réduirait l'efficacité du tampon atmosphérique, permettant des températures extrêmes et empêchant ainsi l'accumulation d'eau. C'est pourquoi l'eau liquide ne peut pas exister sur Mars, bien qu'elle soit située à la limite de la zone habitable. La petite masse laisse à peine de l'eau exister à l'état solide au niveau des calottes polaires. C'est pourquoi connaître la masse d'une exoplanète est essentiel pour évaluer le statut de son habitabilité.

3) atmosphère

C'est peut-être l'élément le plus important pour juger de la capacité d'une planète à maintenir la vie. Sans la pression de l'atmosphère, l'eau liquide ne peut pas survivre. Prenons l'exemple de la Lune: elle ne possède pas d'atmosphère, pas même mince comme celle de Mars. Donc, si nous déversons de l’eau sur la lune, celle-ci s’évapore sous forme de vapeur ou gèle à l’état glacé. Ainsi, pour abriter la vie, une planète doit avoir une atmosphère suffisamment épaisse pour que la planète puisse maintenir une température constante et pour exercer une pression suffisante pour que l'eau reste aussi liquide.

Cependant, le épaisseur L’atmosphère n’est pas la seule composante vitale du puzzle de l’habitabilité. Sa réelle composition doit être correct aussi. Prenons Vénus comme exemple. Vénus est la planète la plus proche de la Terre en termes de caractéristiques physiques: elle est également située dans la zone habitable et a une densité de surface de 8,9[[m / s ^ 2], qui représente 90% de la gravité de la Terre, représente 82% de sa masse et 86% de son volume, et sa densité est presque identique. Un astronome extraterrestre observant notre système solaire considérerait Vénus comme un bon choix pour que la vie existe.

Comparaison de la taille de Vénus et de la Terre, dessinée à l'échelle. La source: NASA, Wikipédia Commons.

Cependant, Vénus est ne pas habitable pour la vie telle que nous la connaissons, car il fait beaucoup trop chaud. Son atmosphère est la plus dense des planètes terrestres du système solaire et exerce 92 fois la pression de la Terre à sa surface. Son atmosphère est presque entièrement composée de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre et est totalement dépourvue d'oxygène moléculaire. En conséquence, la température moyenne à la surface de Vénus est d’environ 464 ° C, la plus élevée du système solaire, et bien au-dessus du point d’ébullition de l’eau. Contrairement à la Terre, il lui manque également un champ magnétique, qui empêche le vent solaire de balayer l’hydrogène libre, ingrédient essentiel de l’eau, dans l’espace interplanétaire. La surface de Vénus est donc sèche comme un os et recouverte de déserts. Bien que Vénus reflète la Terre à bien des égards, elle n’est définitivement pas habitable.

Donc, trouver des exoplanètes avec la même masse, la même distance et la même atmosphère que la Terre n’est que le début. Comme avec Vénus, ces facteurs ne suffisent pas nécessairement pour que la vie se développe. Nous devons examiner de plus près le maquillage l’atmosphère et déterminer si les éléments vitaux, tels que l’hydrogène, l’oxygène, mais aussi l’azote et le carbone, sont présents quantité et pourcentage. Ceux-ci posent le base pour la fondation et le développement de la vie telle que nous la connaissons. La liste des ingrédients de la vie est bien plus longue et peut être détaillée à l'infini. La bonne orbite et la bonne rotation des planètes, la bonne géochimie et les mécanismes géologiques peuvent tous changer le statut d’une planète d’habitable à inhabitable. Les facteurs sont illimités.

Cependant, la série de phénomènes successifs requis pour que la vie apparaisse repose sur un facteur qui ne peut être contrôlé ou catégorisé: le hasard. Selon notre compréhension actuelle, il est fortuit qu'un petit corps se heurte à un autre pour former des planétésimaux qui se développent plus tard pour devenir des planètes terrestres. C’est peut-être par le simple risque d’une collision entre une comète et la Terre que de l’eau ait été importée sur cette planète. En fait, la «chance» peut être un autre ingrédient nécessaire à la création de la vie elle-même.

Et que dire de la vie comme nous ne pas sachez le? Que se passe-t-il si un liquide autre que l'eau est nécessaire pour émerger et prospérer? Peut-être que nous sommes les différentes créatures vivant dans un environnement inhabituel et extrême. Ou peut-être que la Terre n’est que l’un des nombreux types des mondes habitables. Nous pouvons spéculer à l'infini, mais le seul moyen de le savoir est de sortir et d'explorer.

Dans cet article, je présente une synthèse d'une revue de littérature approfondie sur les exoplanètes et explique les méthodes de détection les liant aux lois fondamentales de la physique. J'ai utilisé des données de recherche accessibles au public sur les exoplanètes et, sous la direction d'un expert en astronomie, j'ai généré une série de graphiques utilisant des combinaisons de paramètres pertinents. J'ai interrogé les graphiques et les ai corrélés aux lois fondamentales de la physique, telles que la Troisième loi de Kepler sur le mouvement planétaire et la Loi de Newton sur la gravitation universelle. Sur la base des graphiques, j'ai interrogé le professeur Didier Queloz, astrophysicien de renom, afin de mieux comprendre les découvertes actuelles et la réflexion scientifique sur des questions telles que les découvertes récurrentes de Hot Jupiters. Enfin, j'ai identifié et expliqué certains des facteurs qui influencent l'émergence de la vie, y compris des facteurs non rationnels tels que le hasard. Sur la base de cet examen et de cette analyse, je peux expliquer Pourquoi nous recherchons des exoplanètes et l’importance de cette quête.

Nous avons parcouru un long chemin depuis la découverte de la première exoplanète en 1995. Ce domaine est devenu un vaste domaine scientifique qui dépasse la physique pure et s'est lentement développé dans les domaines de l'astrobiologie et de la chimie. Nous avons vu que le taux de découverte des exoplanètes augmentait régulièrement et que les planètes semblaient communes autour de leurs étoiles dans notre galaxie. Quelques-uns ont été détectés dans la zone habitable, mais malheureusement, ils ne semblent pas terrestres. En fait, les systèmes planétaires découverts ne ressemblent pas à notre propre système solaire, car beaucoup d'entre eux contiennent des Hot Jupiters et des Super Earths, qui n'existent ni l'un ni l'autre dans notre système. Cela pourrait être dû à un effet de sélection de nos méthodes de détection limitées, ou peut-être à la façon dont l’univers est.

Grâce à la détection des exoplanètes, nous avons découvert la nature de la Terre et les différentes formes de vie qu’elle a subies depuis près de quatre milliards d’années. Nous avons acquis une compréhension critique de notre place unique dans le vaste cosmos et des preuves scientifiques nous permettant de prouver que nous semblons être dans un coin isolé d'un graphique, différent de tous nos autres voisins cosmiques. En regardant en dehors, nous avons non seulement élargi nos frontières physiques et conceptuelles, mais également compris le caractère unique de ce qui est arrivé ici, sur la planète Terre. Ce faisant, on a mieux intégré la valeur de notre propre la vie. Nous sommes bien chanceux être en vie, et sont spécial autant de religions ont proclamé depuis des siècles. Aucun autre domaine scientifique ne nous a donné autant de substance pour répondre aux questions qui se posent depuis que les premiers philosophes ont commencé à se poser des questions. C'est pourquoi nous continuons à rechercher des exoplanètes.

Bien que nous n'ayons pas découvert d'autre vie, le fait que nous nous posions activement des questions et cherchions des réponses en entreprenant de nouveaux projets scientifiques montre que nous essayons constamment d'élargir nos connaissances. Arthur C. Clarke a déclaré un jour que les deux possibilités de nous retrouver seuls ou non dans l'univers sont également terrifiantes. Je dirais que les deux sont tout aussi impressionnants. Parce que même si nous sont seul, le fait de penser, de méditer, de rêver et de poser ces questions pourrait en fait être l’un des éléments les plus importants et les plus utiles de l’univers. Cela montre que notre quête de connaissance et de compréhension jamais devient terne. En fait le plus nous savons, le plus notre cosmos semble être remarquable, et de plus en plus de questions semblent se poser.

Ce sont ces questions sans réponse qui poussent notre curiosité à repousser les limites de la pensée et des efforts scientifiques actuels. Donc, en ouvrant toujours plus de questions, peut-être la nature elle-même pousse l'humanité à rechercher constamment des réponses. Si extraterrestre faire Si je vis quelque part dans cet océan de vide apparent, j’espère sincèrement que nous partageons la même soif de connaissances, car c’est le seul élément qui a le pouvoir de nous réunir. En attendant, nous ne pouvons que tenter de capturer brièvement la beauté de la nature, qui suit son cours à l'échelle cosmique.

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