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La science-fiction s'appuie souvent sur l'idée que l'univers recèle d'innombrables lieux où les humains, ou des créatures humanoïdes, pourraient prospérer. Dans Star Wars et Star Trek, des centaines de planètes regorgent de vie. On pourrait les parcourir comme si elles nous appartenaient. Mais dans la réalité, nous n'avons trouvé qu'un seul endroit où la vie peut s'épanouir : la Terre.
Bien que nous n'ayons pas encore découvert la vie ni d'autres mondes similaires, cela ne signifie pas que nous n'avons pas trouvé d'autres mondes potentiellement habitables. Il est important de se rappeler qu'une planète capable d'abriter la vie est à peu près équivalente à un lieu où l'on pourrait vivre. Un conteneur maritime peut servir d'habitation, mais il nécessiterait quelques réparations. De même, une planète habitable aurait probablement besoin d'être préparée avant que l'on puisse y élever des porcs et y cultiver des plantes. Cependant, nous avons identifié certaines possibilités. L'accent est mis sur le mot « potentiel ».
Zone Boucles d'or
L'un des premiers critères que les astronomes examinent lorsqu'ils recherchent une planète susceptible d'abriter la vie est sa localisation dans la zone habitable, aussi appelée zone de Boucle d'or. Il s'agit bien sûr d'une référence au conte de Boucle d'or et les trois ours, où une bouillie était trop chaude, une autre trop froide et la dernière à la température idéale. Pour que la vie puisse exister, une planète doit se trouver dans cette « zone idéale » ; autrement, elle serait trop chaude ou trop froide pour permettre l'apparition de la vie telle que nous la connaissons.
La zone habitable est la région autour d'une étoile où une planète capable d'abriter de l'eau liquide pourrait exister. La température ne doit être ni trop élevée, sinon l'eau s'évaporerait, ni trop basse, sinon elle gèlerait. La Terre, bien sûr, se situe dans la zone habitable autour de notre Soleil. Il faudrait donc des conditions sensiblement équivalentes, mais celles-ci varient légèrement selon le type d'étoile et la taille de la planète.
Il est important de noter que la notion de « tel que nous le connaissons » joue ici un rôle crucial. La vie pourrait prospérer de bien des manières dans des conditions qui nous sont étrangères. Rappelons-nous que même sur Terre, la vie a réussi à se développer autour de sources hydrothermales toxiques au fond des océans – des substances qui seraient mortelles pour la plupart des êtres vivants sur notre planète. Cependant, certains organismes se sont adaptés et ne peuvent survivre. Dans le cadre de la recherche d'une planète habitable, nous nous en tiendrons néanmoins aux principes fondamentaux.
Il existe une théorie selon laquelle la vie pourrait exister sur des planètes situées au-delà de la zone habitable, voire même au sein de notre propre système solaire. Par exemple, l'eau liquide n'est peut-être pas indispensable à la vie, mais le méthane liquide pourrait potentiellement la soutenir. Titan, lune de Saturne, est riche en méthane liquide et il a été suggéré qu'elle pourrait abriter la vie. Bien que beaucoup plus froide que la Terre, des étendues d'eau liquide, telles que des mers et des rivières, y ont été observées. La présence de vie y est peu probable, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires.
La Quatrième Dimension
La zone habitable n'est pas la seule zone de l'espace qui mérite d'être explorée. Il y a aussi la zone crépusculaire. Imaginez un scientifique ravi de pouvoir la nommer !
La zone crépusculaire se situe sur une planète, et non dans l'espace. Elle désigne une bande étroite à la surface d'une planète en rotation synchrone. Imaginez que la Terre ne tourne pas sur elle-même comme elle tourne autour du Soleil. C'est une planète immobile, où une face est plongée dans la nuit perpétuelle et l'autre dans le jour perpétuel. Une face est gelée, l'autre chauffée, et aucune ne peut abriter la vie. Mais en plein centre se trouve une bande : la zone crépusculaire, un lieu où la vie peut exister dans des conditions extrêmement précises.
Il ne s'agit bien sûr que d'une théorie, mais, à l'instar de la « zone habitable », elle ouvre la possibilité que d'autres planètes puissent présenter des conditions, même très restreintes, susceptibles d'abriter la vie telle que nous la connaissons.
Comment une planète devient-elle en rotation synchrone ? Notre galaxie contient de nombreuses étoiles plus petites que notre Soleil. De ce fait, une planète doit être plus proche de son étoile pour se situer dans la zone habitable. Mais lorsqu'une planète s'approche trop près de son étoile, elle entre en rotation synchrone. Cela signifie qu'elle ne peut que orbiter autour de son étoile, incapable de tourner sur elle-même, de sorte qu'une de ses faces est toujours tournée vers l'étoile. C'est ce qu'on appelle une planète en rotation synchrone. Et comme elle se trouve dans la zone habitable, l'eau liquide pourrait potentiellement exister, mais seulement dans une étroite bande de la zone crépusculaire.
Cela peut paraître incroyable, comme sorti d'un film de science-fiction, mais c'est plus courant qu'on ne le pense. Par exemple, la Lune a toujours la même apparence la nuit car elle est en rotation synchrone avec la Terre. Elle orbite autour de la planète mais ne peut pas tourner sur elle-même.
En chiffres
Si une planète ne peut être habitable que dans sa zone habitable optimale, de combien de planètes parle-t-on ? Notre système solaire n’en compte qu’une, et nous y vivons. Mais la Voie lactée abrite environ 3 200 étoiles autour desquelles orbitent des planètes. Du moins, c’est ce que nous avons découvert jusqu’à présent. Et dans l’univers tout entier ? Il pourrait y avoir jusqu’à 200 sextillions d’étoiles, chacune possédant son propre système planétaire.
Si chaque étoile possédait une planète, cela représenterait 200 sextillions de planètes. Or, notre étoile compte huit planètes en orbite, ce qui constitue à ce jour le plus grand nombre de planètes découvertes autour d'une étoile. Si d'autres étoiles possèdent au moins quatre planètes, cela représente 800 sextillions de mondes dans l'Univers.
En élargissant un peu la perspective, les chercheurs estiment que notre galaxie pourrait à elle seule contenir jusqu'à 300 millions de planètes potentiellement habitables. Ce chiffre a été calculé à partir des données du télescope Kepler et de la mission Gaia de l'Agence spatiale européenne.
Le chiffre de 300 millions est loin d'être une estimation optimiste. Il est considéré comme plutôt prudent, car il repose sur la probabilité que seulement 71 % des étoiles semblables au Soleil abritent des planètes potentiellement habitables. Le nombre réel pourrait être bien plus élevé, car le pourcentage moyen attendu est de 50 %, ce qui signifie que 300 millions pourraient se transformer en environ 2,1 milliards. Certaines de ces planètes sont relativement proches de nous, mais la notion de « relativement » est ici essentielle. Par exemple, à l'échelle interstellaire, la planète la plus proche de nous est extrêmement proche, mais se situe tout de même à 20 années-lumière.
L'étoile la plus proche de nous est Proxima du Centaure, située à 4,3 années-lumière. Avec les technologies actuelles, nous pourrions l'atteindre en 6 300 ans. Par conséquent, il nous faudrait probablement environ 30 000 ans pour atteindre notre planète amie, située à 20 années-lumière. Autrement dit, nous ne pourrons pas visiter ces planètes de sitôt.
Si l'on utilise l'équation de Drake, formulée par l'astronome Frank Drake pour déterminer le nombre de planètes habitables, les résultats sont quelque peu différents. Il s'agit là encore d'une hypothèse très spéculative, mais elle consiste à multiplier le taux moyen de formation d'étoiles par la proportion d'étoiles possédant des planètes, par le nombre moyen de planètes potentiellement habitables sur une étoile, et par la durée de vie moyenne d'une planète. Comme vous pouvez le constater, certaines valeurs seront imprécises. Mais la réponse, selon la méthode de calcul choisie, se situe entre 1,4 et 2,65 milliards.
De quoi la planète a-t-elle besoin ?
Se trouver dans la « zone habitable » ne signifie pas nécessairement qu'une planète est habitable. Cela signifie simplement qu'elle se situe dans une région propice à la vie. Pour que la vie puisse apparaître, tout doit être soigneusement étudié. Plusieurs conditions doivent être réunies sur une planète pour que la vie existe. Par ailleurs, il existe probablement toutes sortes de circonstances que nous n'avons jamais envisagées, dans lesquelles différentes formes de vie pourraient émerger. Mais pour les besoins de la démonstration, nous nous en tiendrons à ce que nous savons.
Le planétologue Alessandro Morbidelli estime que sept facteurs doivent être réunis pour qu'une planète soit habitable. Nous avons déjà évoqué le premier : elle doit se situer à la bonne distance de son étoile.
Le second facteur est la forme de l'orbite. Si celle-ci est trop elliptique, au lieu d'être proche d'un cercle parfait, on observera des périodes de fortes variations de température tout au long de l'année : des hivers extrêmement froids et des étés incroyablement chauds. De telles variations de température rendraient la vie impossible sur de telles orbites.
Le point suivant, tout aussi important, est la stabilité de l'axe de rotation. Contrairement à la Terre, Mars ne possède pas d'axe de rotation stable, ce qui a entraîné la disparition de son atmosphère. Notre axe de rotation reste relativement stable grâce à la Lune.
Le quatrième facteur identifié est l'eau. Certes, nous avons déjà évoqué la possibilité que d'autres liquides permettent la vie, mais dans des conditions similaires à celles de la Terre, l'eau est indispensable. Cependant, il ne faut pas en abuser ! Un excès d'eau entraîne la formation de couches de glace, empêchant ainsi l'apparition de la vie organique.
La composition de l'atmosphère est également importante. Notre planète est riche en azote et en oxygène. Mais si elle s'était formée plus rapidement, son atmosphère aurait pu être riche en hydrogène et en hélium, comme celle de Neptune, et la vie y serait alors impossible.
Le facteur suivant est la tectonique des plaques. Vous l'ignorez peut-être, mais c'est elle qui régule notre climat. Les volcans émettent des gaz à effet de serre, la pluie les emporte et le cycle du CO2 se poursuit. Sur des planètes comme Vénus, ce processus ne se produit pas.
Enfin, et surtout, la planète a besoin d'un champ magnétique. Celui-ci est fourni par le noyau terrestre en fusion en rotation. Il nous protège des particules chargées mortelles qui flottent dans l'espace et qui, sans ce champ magnétique, anéantiraient toute vie sur Terre en détruisant notre atmosphère.
Un autre facteur, non mentionné dans la liste des sept, mais pourtant essentiel, est celui des éléments constitutifs mêmes de la vie telle que nous la connaissons. Le carbone, l'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le phosphore et le soufre ont permis l'apparition de la vie sur Terre.
Comment les trouver ?
Nous savons donc maintenant ce que nous cherchons. Mais comment les trouver exactement ? Cela demande des efforts. Les astronomes doivent d'abord trouver une étoile, et heureusement, il y en a beaucoup. Ensuite, ils doivent déterminer quelles planètes orbitent autour de cette étoile. Il s'agit de trouver un astre situé dans la zone habitable, c'est-à-dire de taille comparable à celle de la Terre.
Compte tenu des distances en jeu, on ne peut pas simplement pointer un télescope vers une exoplanète et l'observer comme on espionnerait son voisin avec des jumelles. On recherche plutôt des baisses de luminosité de l'étoile qui indiquent la présence possible d'une planète devant elle. Cela signifie qu'on ne peut les observer que lorsqu'elles orbitent autour de l'étoile dans cette direction.
Ensuite, il nous faut analyser les longueurs d'onde pour déterminer le type d'atmosphère. Certaines planètes sont entièrement gazeuses ; il est donc nécessaire de déterminer si la planète est solide. Les longueurs d'onde de la lumière absorbée ou réfléchie par la planète nous aident alors à comprendre son atmosphère, car les différentes atmosphères absorbent ou réfléchissent la lumière différemment.
Alors que nous continuons à découvrir ces planètes, il est bon de rappeler que nous émettons des signaux depuis la Terre depuis de nombreuses années. Les scientifiques estiment qu'au moins 29 planètes potentiellement habitables auraient déjà reçu un signal de la Terre.
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