L'exoplanète Kepler-452b (à droite) comparée à la Terre (à gauche). Il est logique d'étudier des planètes semblables à la Terre. Mais il se peut qu'ils ne soient pas les candidats les plus probables pour la détection de la vie dans notre galaxie ou dans l'univers en général.
L'un des objectifs les plus passionnants que l'humanité s'est fixé est de trouver une vie extraterrestre. Activité biologique qui est apparue et ne s'arrête pas sur un monde extérieur à la Terre. Cette opportunité n'est pas seulement alimentée par notre imagination. Nous avons beaucoup de preuves indirectes pour d'autres endroits potentiels où la vie pourrait apparaître. Apparaissent à la suite de processus similaires à ceux qui ont eu lieu dans le passé de la Terre. Lorsque nous comparons les conditions existantes avec ce que nous pensons que la vie exige, les hypothèses ont du sens.
Parler du nombre de planètes «potentiellement habitables» qu'il peut y avoir - dans le système solaire, dans la Voie lactée, dans le groupe local de galaxies , ou même dans l'univers observable - est une activité intéressante. Cependant, il faut décrire honnêtement les hypothèses utilisées pour calculer ces estimations. Tous reflètent notre ignorance et le fait le plus désagréable qui ne peut être ignoré: le seul endroit dans tout l'Univers où nous connaissons avec certitude l'apparence de la vie est notre planète. Tout le reste n'est que conjecture. Pour être complètement honnête avec nous-mêmes, nous devons admettre que nous n'avons aucune idée de ce qui rend les planètes «potentiellement habitables».
Illustration d'un jeune système solaire à la fin de la phase de formation du disque protoplanétaire. Alors que nous croyons maintenant comprendre comment le soleil et le système solaire se sont formés, cette première vue n'est qu'une illustration. Aujourd'hui, nous ne pouvons observer que des survivants. Aux premiers stades de la formation des corps célestes, il y en avait beaucoup plus.
Si nous ne savions absolument rien de l'Univers, si ce n'est que nous vivons sur la planète Terre et que la vie existe ici, nous aurions toujours le droit de supposer qu'il peut encore y avoir quelque part là-bas, très loin. Après tout, à la fin:
- Nous vivons dans un monde naturellement formé.
- Il est composé d'ingrédients simples - atomes, molécules, etc. - formé de manière naturelle.
- Il tourne autour d'une étoile, rayonnant de l'énergie de manière relativement stable pendant des milliards d'années.
- La vie sur notre planète s'est formée au plus tard plusieurs centaines de millions d'années après la formation de la Terre elle-même.
Il est tout à fait raisonnable de supposer qu'il existe une explication naturelle à l'émergence de la vie dans notre monde. Ensuite, si sur d'autres mondes il y aura les mêmes conditions amicales pour la vie que sur Terre aux premiers stades, alors peut-être que la vie pourrait aussi apparaître sur ces mondes. Si les règles régissant l'Univers sont les mêmes partout, il suffit alors de découvrir et de définir les mondes où se sont déroulés les mêmes processus qui ont donné naissance à la vie sur Terre. Et peut-être que l'exploration de ces mondes «potentiellement habités» nous permettra d'y découvrir la vie également.
L'arbre de vie illustre l'évolution et le développement de divers organismes sur Terre. Bien que nous descendions tous d'un ancêtre commun qui a vécu il y a plus de 2 milliards d'années, la diversité des formes de vie est née de processus chaotiques. Ils ne se répéteront pas exactement, même si nous rembobinons l'horloge plusieurs fois et la redémarrons.
C'est, bien sûr, plus facile à dire qu'à faire. Pourquoi? Nous rencontrons ici la première grande inconnue: nous ne savons pas comment la vie est née. Même si vous regardez la totalité des connaissances scientifiques d'aujourd'hui, il y a une lacune à sa place la plus importante. Nous savons comment les étoiles se forment, comment les systèmes solaires et les planètes se forment. Nous savons comment les noyaux des atomes se forment, comment ils se fondent à l'intérieur des étoiles, créant des éléments lourds, et comment ces éléments sont traités dans l'Univers, participant à une chimie complexe.
Et nous savons comment fonctionne la chimie: les atomes se lient naturellement pour former des molécules dans une grande variété de configurations. On retrouve ces molécules complexes dans tout l'univers, de l'intérieur des météorites aux éjections de jeunes étoiles, des nuages de gaz interstellaire aux disques protoplanétaires en cours de formation planétaire.
Ayant tout cela, nous ne savons pas comment passer de la chimie inorganique complexe à un véritable organisme biologique. En termes simples, nous ne savons pas comment faire de la non-vie la vie.
Chao He explique comment fonctionne PHAZER, une caméra pour simuler diverses conditions atmosphériques installée dans le laboratoire de Horst à l'Université Johns Hopkins. Des molécules organiques et de l'O 2 ont été créés dans des processus inorganiques, mais personne n'a jamais créé de vie sans vie.
Et dans ce cas, je n'exagère pas quand je dis que «nous ne savons pas». Malgré:
- recherche d'activité biologique sur d'autres planètes du système solaire, se déroulant à la limite de nos capacités;
- images spectroscopiques des atmosphères de toutes les exoplanètes que nous ne pouvons que photographier;
- tir direct de diverses exoplanètes en raison de la décomposition de la lumière qui en provient;
- tente de synthétiser la vie à partir de la non-vie en laboratoire;
- à la recherche de signes de technologie dans des civilisations potentiellement intelligentes partout où nous pouvons regarder;
nous n'avons pas une seule preuve de l'existence de la vie sur une planète autre que la Terre. Malgré tous les signes indirects que nous avons recueillis pour soutenir la possibilité que la vie émerge dans une myriade d'endroits différents, il existe des preuves irréfutables de l'existence de la vie uniquement pour la Terre, et là où nous avons envoyé la vie de la Terre.
Il y a quatre exoplanètes confirmées autour de HR 8799, qui sont toutes plus massives que Jupiter. Tous ont été découverts par observation directe sur une période de sept ans et obéissent aux mêmes lois du mouvement planétaire que les planètes du système solaire - les lois de Kepler.
Cela ne veut pas dire que nous ne savons rien des possibilités d'existence de la vie ailleurs. Nous en savons beaucoup et à chaque nouvelle information, nous en apprenons de plus en plus. Par exemple, nous savons mesurer, compter et classer les étoiles dans notre voisinage, dans notre galaxie et même dans tout l'univers. Nous avons appris que les étoiles semblables au Soleil sont courantes et que 15 à 20% de toutes les étoiles ont des températures, une luminosité et une durée de vie comparables à celles de notre Soleil.
Fait intéressant, environ 75 à 80% des étoiles sont des naines rouges. Leur température et leur luminosité sont inférieures à celles de l'énergie solaire et leur durée de vie est beaucoup plus longue. Ces systèmes diffèrent à bien des égards des nôtres: les orbites sont plus courtes; les planètes doivent être capturées par les marées; les éruptions stellaires ne sont pas rares; les étoiles émettent une quantité disproportionnée de rayonnement ionisant. Cependant, nous n'avons aucun moyen d'évaluer si leurs planètes sont aussi habitables (ou moins, ou plus habitables) que les planètes en orbite autour d'étoiles similaires au Soleil. En l'absence de preuves, aucune conclusion claire ne peut être tirée.
Illustration d'artiste d'une exoplanète potentiellement habitable en orbite autour d'une étoile solaire. En dehors de la Terre, nous n'avons pas encore trouvé le premier monde habité. Le projet TESS compile pour nous une liste des premiers candidats les plus probables pour ce titre.
Qu'en est-il des leçons que nous avons tirées de notre système solaire? Peut-être la Terre et un monde unique parmi ceux de notre cour cosmique - la seule planète apparemment couverte de vie - mais peut-être pas le seul monde où la vie était ou est encore florissante aujourd'hui.
La surface de Mars avait probablement de l'eau liquide pendant un milliard d'années avant de geler - la vie aurait-elle pu y fleurir dans l'histoire ancienne du système solaire? Peut-elle survivre dans les réservoirs souterrains aujourd'hui?
Vénus aurait pu avoir un passé plus modéré et de l'eau liquide aurait pu être présente à sa surface pendant un certain temps. Pourrait-elle donner naissance à la vie, et la vie pourrait-elle survivre dans les nuages vénusiens, où les conditions sont plus proches de celles de la Terre?
Qu'en est-il des océans sous la surface des mondes couverts de glace chauffés par les forces de marée - Encelade, Europa, Triton, Pluton? Qu'en est-il des mondes qui ont du méthane liquide à leur surface au lieu de l'eau liquide, comme Titan? Qu'en est-il des grands mondes avec un potentiel d'eau souterraine comme Ganymède?
Jusqu'à ce que nous explorions en profondeur ces mondes voisins, nous devons admettre notre ignorance: nous ne savons même pas à quel point le système solaire est peuplé.
Profondément sous l'eau, là où la lumière manque, la vie s'épanouit autour des évents hydrothermaux de la Terre. L'une des plus grandes questions non résolues en science aujourd'hui est de savoir comment créer la vie hors de la non-vie. Mais si la vie peut y exister, alors peut-être que la vie existe aussi au fond des mers d'Europe ou d'Encelade. La réponse scientifique à cette énigme permettra de fournir des données en plus grande quantité et de meilleure qualité, que les experts sont susceptibles de collecter et d'analyser.
Qu'en est-il de la vie existante ou originaire de l'espace interstellaire? Pour beaucoup, cette idée semblera tirée par les cheveux, cependant, en retraçant l'histoire de la vie sur Terre, nous verrons à quel point elle est devenue complexe depuis sa création. La vie aujourd'hui se compose de dizaines de milliers d' acides nucléiques appariés de bases qui codent pour l'information.
Et en même temps, si vous regardez les ingrédients de base que nous trouvons dans tout l'univers, alors parmi eux, il n'y aura pas que de simples molécules inertes. On y trouve des molécules organiques, comme les sucres, les acides aminés, les formiate d'éthyle : des molécules qui donnent l'odeur de la framboise. Nous trouvons des molécules de carbone complexes - des hydrocarbures aromatiques polycycliques .
Nous avons même trouvé plus d'acides aminés naturels qu'ils ne sont impliqués dans les processus de la vie sur Terre. Nous n'avons que 20 acides aminés actifs, et ils ont tous la même chiralité . Mais dans une seule météorite Murchisontrouvé environ 80 acides aminés uniques, dont certains sont gauchers et certains sont droitiers. Malgré les succès de la vie sur Terre, nous ne savons tout simplement pas si d'autres modes de vie sont possibles et à quel point ils sont plus ou moins probables.
Dans la météorite Murchison, qui est tombée sur l'Australie au 20e siècle, ils ont trouvé un grand nombre d'acides aminés qui ne se trouvent pas dans notre nature. Le fait que plus de 80 acides aminés uniques puissent être trouvés dans une roche spatiale ordinaire suggère que d'autres ingrédients de la vie, ou même la vie elle-même, auraient pu se former quelque part dans l'univers. Peut-être même sur une planète sans étoile mère.
Et notre cercle intime? Y aura-t-il une plus grande probabilité d'émergence et de prospérité de la vie dans les systèmes stellaires, où le pourcentage d'éléments lourds est plus élevé (ou plus faible)? Qu'en est-il d'une géante gazeuse comme Jupiter située dans la ligne de neige - est-ce bon, mauvais ou n'affecte-t-il rien? Qu'en est-il de notre emplacement dans la galaxie - spécial ou commun? Nous ne savons même pas par quels critères il vaut la peine de rechercher des candidats appropriés pour la présence de la vie parmi ~ 400 milliards d'étoiles dans notre galaxie.
Et pourtant, il y a toujours des déclarations similaires à celle qui est devenue virale il y a quelques semaines - qu'il y a 300 millions de planètes potentiellement habitables dans la galaxie de la Voie lactée.... De telles affirmations ont déjà été faites et le seront encore de nombreuses fois, jusqu'à ce que nous ayons le prochain point d'ancrage significatif dans les données: des planètes en dehors de la Terre, sur lesquelles nous trouvons des signes convaincants et fiables de la présence d'une biosphère (ou du moins un soupçon de sa présence). D'ici là, tous ces titres doivent être considérés avec le plus grand scepticisme, car nous en savons très peu sur l'habitabilité planétaire pour même discuter de la signification des mots «potentiellement habitable».
Si les télescopes spatiaux comme Kepler ou TESS mettent beaucoup de temps à regarder différentes étoiles, ils peuvent détecter des fluctuations périodiques de luminosité. Des observations ultérieures peuvent confirmer qu'ils ont des planètes, et toutes les données ensemble nous permettent de reconstruire leurs masses, leurs rayons et leurs paramètres orbitaux.
Et je ne minimise pas du tout les progrès incroyables que nous avons réalisés dans l'étude des exoplanètes. Grâce à une combinaison de télescopes tels que Kepler ou TESS, qui sont hypersensibles aux variations périodiques de la luminosité des étoiles, et de grands télescopes au sol capables de mesurer les décalages périodiques des raies spectrales à la lumière des étoiles, nous avons déjà trouvé des milliers de planètes confirmées dans d'autres étoiles. En particulier, dans les meilleurs cas, nous pouvons calculer la masse et le rayon de la planète et de l'étoile, ainsi que la température de l'étoile et la période orbitale de la planète.
Cela nous permet de spéculer sur ce que serait la température de la surface de la planète si elle avait une atmosphère similaire à celle de la Terre. Tout cela peut sembler raisonnable, comme essayer d'assimiler «habitabilité potentielle» à «sa température est telle qu'il peut y avoir de l'eau liquide à la surface», mais cette affirmation repose sur un tas d'hypothèses basées sur des preuves incertaines. En fait, nous avons juste besoin d'obtenir des données de meilleure qualité avant de tirer des conclusions significatives sur l'habitabilité.
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Dans la recherche de la vie au-delà de la Terre, il est important de rester à la fois honnête sur l'état actuel des choses et ouvert à tout ce que nous pourrions découvrir dans le futur. Nous savons que la vie est apparue assez tôt sur Terre et qu'elle a survécu et prospéré depuis. Nous savons que si nous recherchons des planètes avec des histoires, des propriétés et des conditions similaires, nous sommes susceptibles de trouver des planètes proches avec des taux de réussite similaires. C'est une manière prudente et éminemment sensée de rechercher.
Cependant, une telle réflexion est intrinsèquement limitée. Nous ne savons pas si l'apparition de la vie sur d'autres mondes avec une histoire, des propriétés et des conditions différentes ne sera pas aussi (ou même plus) probable. Nous ne savons pas comment ces probabilités sont réparties entre les myriades de planètes de l'univers. Et nous ne savons pas quelles sont les chances qu'une vie complexe, diversifiée, macroscopique ou même intelligente émerge après que la vie puisse prendre racine. Il y a toutes les raisons de croire que la vie existe également dans d'autres endroits de l'Univers, et il y a une forte motivation pour la rechercher. Mais jusqu'à ce que nous ayons une meilleure compréhension de l'endroit où se trouve la vie et où elle n'est pas, nous n'avons aucun moyen d'évaluer combien de mondes «potentiellement habités» peuvent exister.