La vie dans le système solaire

La zone d'habitabilité

Autour de chaque étoile, il existe théoriquement une zone ou les conditions physiques (température en particulier) sont compatibles avec l'existence de vie, du moins telle que nous la connaissons. Dans cette zone, la température est suffisamment élevée pour que l'eau puisse exister à l'état liquide à la surface des planètes, mais également suffisamment basse pour que la planète ne soit pas une fournaise. La position de cette zone d'habitabilité, ainsi que son extension, dépendent fortement des caractéristiques de l'étoile centrale (masse, température de surface, dimensions).

Le cas du système solaire

En ce qui concerne notre système solaire, la limite inférieure de la zone d'habitabilité est une orbite légèrement plus interne que l'orbite de notre planète, et qui est située à 142 millions de kilomètres du soleil (la Terre évoluant à 150 millions de kilomètres). La limite extérieure, située à 235 millions de kilomètres du soleil, dépasse un peu l'orbite de Mars. La zone d'habitabilité du soleil englobe donc seulement 2 planètes, sur les 9 que compte le système solaire : la Terre, à l'extrémité chaude (température moyenne de surface : +14°C) et Mars, à l'extrémité froide (température moyenne de surface : -53°C). Comme un rapide tour d'horizon du système solaire le démontre facilement, les planètes situées au-delà de la limite chaude sont de véritables enfers, tandis que les astres orbitant à l'extérieur de la limite froide sont des mondes gelés, ou l'eau ne peut exister à l'état liquide. Cependant, chaque règle a ses exceptions, et nous allons voir que plusieurs paramètres peuvent faire subtilement varier l'étendue de la zone d'habitabilité.

Effet de serre et albédo

La température de surface d'une planète dépend directement du flux solaire reçu. Plus la planète est éloignée de son étoile, moins elle recevra d'énergie, et plus elle sera froide. Pour calculer la température régnant au sol, il faut cependant tenir compte d'un autre paramètre : le flux de chaleur perdu dans l'espace par le rayonnement thermique de la planète. Comme tout corps chauffé, une planète rayonne dans l'infrarouge, et disperse ainsi une partie de sa chaleur. Or le rayonnement infrarouge peut-être atténué par des gaz à effets de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4). Ces molécules sont capables d'absorber le rayonnement infrarouge et d'empêcher ainsi sa fuite dans l'espace : ils contribuent donc à réchauffer la planète, qui sans eux serait beaucoup plus froide. Une planète évoluant à la frontière froide de la zone d'habitabilité peut donc parfaitement offrir des conditions très clémentes si elle possède une atmosphère riche en gaz à effets de serre.

L'englacement d'une planète peut jouer le rôle contraire. Si une planète est presque entièrement recouverte de glaciers, elle réfléchira une grande quantité de rayons solaires dans l'espace (l'albédo de la neige, c'est à dire le rapport entre l'énergie réfléchie sur l'énergie reçue, est effectivement très élevé). Une planète en train de se refroidir peut donc devenir de plus en plus défavorable à l'apparition de vie, si son eau se transforme en glace et que cette glace renvoie de plus en plus de rayons solaires vers l'espace ...

Pour l'apparition de la vie, il est également préférable qu'une planète possède une orbite circulaire, de manière à ne pas subir des variations importantes de l'énergie reçue du soleil nourricier.

Ecosystèmes souterrains

Jusqu'à présent, nous avons relié la zone d'habitabilité aux températures de surface, relation qui semble légitime étant donné que la majorité des êtres vivants sur Terre vivent à proximité de la surface. Depuis quelques décennies, les biologistes ne cessent cependant de découvrir des microorganismes vivants à grande profondeur, que ce soit au fond des océans ou au sein de la croûte continentale. Dans ces régions obscures et inhospitalières, la principale source d'énergie n'est plus le soleil, mais la chaleur apportée par des poches de magmas. Pour ces microorganismes, les conditions régnants en surface n'ont aucune espèce importance : il leur suffit que la planète sur laquelle ils vivent possède une taille suffisante pour acquérir et conserver une activité géologique sur une période de temps très importante. La taille d'une planète n'ayant pas de rapport avec sa distance à l'étoile centrale, le concept de zone d'habitabilité perd ici une bonne partie de sa signification ...

La découverte d'un intense volcanisme sur Io, l'une des quatre grosses lunes de Jupiter, a également eu pour effet d'étendre la zone d'habitabilité. Située à environ 800 millions de kilomètres du soleil, Io aurait du être une lune gelée. Or il n'en est rien, car ce satellite est constamment tiraillé, malaxé, par les marées joviennes. Cette déformation perpétuelle par des mains extrêmement puissantes dégage une très forte chaleur, et contre toute attente, Io est l'astre le plus volcanique de tout le système solaire. Les satellites orbitant à proximité de Jupiter, comme Europe, pourraient donc représenter des îlots de vie situés bien à l'écart de la zone d'habitabilité.

Rien ne sert de courir ...

Pour finir, précisons un dernier point à propos de la zone d'habitabilité : celle-ci n'est pas fixe dans le temps. Les étoiles sont des astres qui naissent, vivent et meurent, et certaines d'entre elles ont une vie très mouvementée et très courte. Or les biologistes estiment que la vie ne peut apparaître qu'au sein d'environnements relativement stables sur des périodes de temps très longues, de quelques centaines de millions d'années. Ainsi, si une super géante bleue possède de nombreuses planètes telluriques dans sa zone d'habitabilité, il est peu probable que la vie puisse s'établir sur celles-ci. Les premiers assemblages moléculaires auraient à peine le temps d'apparaître que les planètes seraient déjà soufflées par l'explosion de l'étoile ...

Ces considérations sont également valables pour notre Soleil. Ainsi, dans 2 à 3 milliards d'années, lorsque celui-ci se transformera en géante rouge, la zone d'habitabilité se déplacera brutalement vers l'arrière. La Terre se retrouvera alors bien au-delà de la frontière chaude, et notre globe sera incinéré. Le malheur des uns profitant souvent au bonheur des autres, un astre jusqu'à présent gelé se verra offrir une seconde chance. Anéantie sur Terre, la vie prendra peut-être sa revanche sur le plus gros des satellites de Saturne, Titan ...

Tour d'horizon des planètes du système solaire

Mercure

Planète la plus proche du soleil (58 millions de kilomètres), Mercure est un monde totalement inhospitalier, un enfer alternativement brûlant ou glacé. En plein jour, sa surface dépasse les 430°C, pour descendre à -170°C en pleine nuit. Mercure ne possède pratiquement pas d'atmosphère, et l'eau n'existe pas à sa surface. Les chances de trouver des formes de vie sur cet astre sont donc extrêmement faibles.

Vénus

Tout comme Mercure, Venus à la malchance d'être trop proche du soleil. Cette proximité, combinée à la présence d'une atmosphère très épaisse (90 bars de pression) composée majoritairement de dioxyde de carbone, explique les températures infernales qui règnent à sa surface : 465°C ! Non contente de générer un terrible effet de serre, l'atmosphère contient également de l'acide sulfurique, qui forme parfois des nuages. Il pleut donc de l'acide sur Vénus ! Si cette planète a connu la vie il y a plusieurs milliards d'années, quand les conditions étaient plus clémentes et que l'effet de serre ne s'était pas encore emballé, celle-ci a du définitivement disparaître en raisons des conditions dantesques qui règnent maintenant à sa surface.

Mars

Mars faisant l'objet de la presque totalité de ce site web, nous nous bornerons à rappeler qu'il s'agit probablement de la planète la plus prometteuse pour la recherche d'une vie, passée ou présente, au sein du système solaire.

Les planètes géantes : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune

La vie telle que nous la connaissons a besoin d'une surface solide pour se développer. Immenses boules de gaz sans aucune point d'appui, les planètes géantes présentent des conditions incompatibles avec la vie, même si la température dans les profondeurs de ces planètes pourrait permettre la présence d'eau liquide, ou si des microorganismes pourraient vivre accrochés à des particules en suspension dans l'atmosphère.

Des mécanismes relatifs la chimie du carbone pourraient cependant se produire dans les atmosphères de ces planètes (sous l'effet des rayonnements UV, des électrons piégés dans la magnétosphère, ou des éclairs d'orage qui zèbrent l’atmosphère de Jupiter). Jupiter semble dominée par la chimie du méthane et de l'ammoniac, alors que la planète aux anneaux serait plutôt un terrain de jeu pour le phosphine (dérivé hydrogéné du phosphore) et le méthane. La chimie de Neptune semble quant à elle centrée sur l'azote moléculaire.

Même si certains auteurs ont imaginé des formes de vie adaptées à ces bulles gazeuses (Jupiter pourrait ainsi être peuplée par des êtres diaphanes, flottant majestueusement dans les courants atmosphériques), les planètes géantes elles-mêmes ne représentent pas des cibles de choix pour les exobiologistes, contrairement à leurs satellites.

Europe

Avec la planète Mars, Europe, l'un des quatre satellites galiléens de Jupiter, est l'astre qui a le plus de chances d'héberger des formes de vie primitives. Lors de leurs survols, les sondes Voyager ont découvert que la surface de cette lune glacée était striée par d'innombrables lignes sombres, qui ont été interprétées comme de gigantesques craquelures de la croûte de glace. Tout comme Io, Europe est soumis aux forces de marées de Jupiter. La chaleur dégagée par la déformation de la Lune pourrait permettre l'existence d'un océan liquide sous la mince pellicule de glace de surface. Cette hypothèse fascinante est confortée par les observations de la sonde Galileo, et la NASA prévoit aujourd'hui d'envoyer dans la prochaine décennie une sonde vers Europe. Baptisée JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter), elle embarquera de nombreux instruments dont un radar, ce qui lui permettra de confirmer l'existence d'un océan souterrain. Si celui-ci existe bel et bien, l'étape suivante consistera à larguer des sous-marins (hydrobots), qui se frayeront un chemin au travers de la croûte de glace du satellite avant de plonger dans les abîmes froids et obscurs de l'océan.

Titan

Avec un diamètre de 5150 km, Titan est le plus gros satellite de Saturne. De tous les astres du système solaire, c'est le seul à posséder une atmosphère d'une densité comparable à celle de la Terre. L'atmosphère de Titan est composée majoritairement d'azote (80%) avec quelques autres gaz (1% de méthane et des traces d'hydrogène et d'argon). Celle-ci contient également des composés organiques, des hydrocarbures et des nitriles (dont l'acide cyanhydrique et le cyanoacétylène). Certains de ces composants sont présents sous la forme d'aérosols.

Si Titan intéresse autant les exobiologistes, c'est que son atmosphère constitue l'un des milieux les plus favorables à l'apparition de molécules prébiotiques, ces éléments à partir desquels la vie est née. Certes, la température sur Titan est extrêmement basse (-180°C), et les réactions chimiques doivent être très lentes, mais sur des milliards d'années, elles ont peut-être donné naissance à des composés particulièrement intéressants. Titan est un gigantesque réacteur chimique à l'échelle planétaire, au sein duquel les réactions qui ont abouti à la naissance de la vie sur Terre se produisent peut-être encore aujourd'hui.

Cette lune a été la cible de la petite sonde Huygens, conçue par l'agence spatiale européenne (ESA) et qui a voyagé à bord du vaisseau Cassini de la NASA. Lancée en 1997 et équipé d'une douzaine d'instruments scientifiques, Cassini a atteint le seigneur des anneaux en juillet 2004. Les images obtenues par l'orbiteur ont très rapidement plongé les scientifiques dans une grande perplexité. La surface de Titan, étonnamment plate, semble également très jeune, et les cratères d'impact y sont très rares. Des masses sombres et claires ont été aperçues, sans qu'il soit possible de se prononcer pour l'instant sur leur nature. Certaines images montrent des traces très nettes d'écoulements.

La surprise est cependant venue de la petite sonde Huygens. Le 25 décembre 2004, cet engin de 320 kg s'est séparé de son vaisseau mère pour pénétrer le 14 janvier 2005 dans l'atmosphère brumeuse de Titan. La descente de Huygens sur Titan a marqué un tournant dans l'exploration de ce satellite. Incroyable réussite technique et scientifique, cette mission a prouvé que l'Europe pouvait se hisser au niveau de l'agence spatiale américaine.

Freinée par un ensemble de trois parachutes, la petite sonde a mis 2h30 pour traverser l'atmosphère de Titan et se poser en douceur sur son sol gelé. Une fois à la surface, Huygens a continué à fonctionner pendant au moins 1h30, alors que les ingénieurs ne comptaient que sur quelques minutes d'activité. Les données collectées par les six instruments de Huygens ont été transmises à la sonde Cassini, qui survolait Titan à ce moment là. Huygens a transmis des données pendant environ 1 heure, jusqu'à ce qu'elle perde finalement le contact avec Cassini lors de son passage derrière l'horizon. Les radiotélescopes de la Terre ont continué à capter le signal extrêmement ténu de Huygens pendant encore plusieurs heures, puis Titan est enfin redevenue silencieuse.

Certains scientifiques estiment que de vastes océans de méthane ou d'éthane liquide pourraient exister à la surface de Titan, et la petite sonde avait donc été munie de flotteurs. Si Huygens s'est posée sur une surface solide, les flotteurs auraient très bien pu se révéler utiles. Certaines images acquises pendant la descente par la caméra DISR montrent effectivement des chenaux fluviaux qui semblent se jeter dans une étendue liquide. Il est tout à fait possible que ces lits de rivières soient creusés par du méthane liquide, et que ces flots, après avoir cheminé sur une surface de glace, aillent se jeter dans une mer intérieure ou un lac, en laissant derrière eux une traînée noire d'hydrocarbures. Le méthane ne proviendrait pas de l'atmosphère (sous la forme de pluie), mais serait extrudé en surface, peut-être par des cryovolcans. Contrairement aux volcans terrestres qui crachent du magma en fusion, ces volcans du froid expulseraient des tonnes de glace visqueuse et du méthane liquide. Sur d'autres images, des nuages de méthane s'étirent paresseusement le long du littoral, et les paysages ressemblent à s'y méprendre aux régions côtières terrestres. Les images de la surface sont encore plus spectaculaires, et montrent une surface plate, couverte par des blocs de glace, et qui s'étend jusqu'à l'horizon sous un ciel clair. Pour un peu, on se croirait sur Mars ...

Titan est aujourd'hui un monde froid et gelé, et sur cette lune lointaine, le temps semble s'être arrêté. Dans quelques milliards d'années, lorsque notre étoile sera devenue une géante rouge, les conditions qui règnent à sa surface changeront cependant radicalement, permettant alors peut-être pour la première fois le jaillissement d'une étincelle de vie. Ainsi, lorsque le soleil sera à l'agonie, et que la Terre ne sera plus qu'un lointain souvenir, Titan connaîtra peut-être son premier printemps...

Ce scénario a été décrit avec beaucoup de justesse et de mélancolie dans Titan, un roman de Stephen Baxter. Documenté à l'extrême et très réaliste, ce récit prend appui sur la mission Cassini Huygens pour raconter le périple long et douloureux d'un équipage d'astronautes vers Titan, alors que la Terre sombre en plein chaos. Sur la lune saturnienne, dont les nombreuses descriptions sont à couper le souffle, Baxter imagine une vie basée non pas sur le carbone, mais sur l'ammoniac.

Mercure

Vue de la surface de Mercure, obtenue par la sonde Mariner 10. Cuite par le soleil, cette planète est un monde désert et sans vie (Crédit photo : NASA/JPL).

Venus

La planète Vénus observée dans l'ultraviolet par le télescope spatial Hubble. Avec une température au sol de 465°C et une pression de 90 bars, Vénus est un véritable enfer ! (Crédit photo : NASA/HST).

Jupiter

Le disque bigarré de Jupiter capturé par la sonde Cassini lors de son voyage vers Saturne. Les teintes à dominance marron semblent être dues à la présence de composés organiques. Sphère de gaz sans surface solide, Jupiter est incompatible avec l'existence de formes de vie. Cette planète n'est cependant pas dénuée d'intérêt pour les exobiologistes : certains mécanismes intéressant la chimie du carbone semblent se produire dans son atmosphère, et l'un des ses satellites, Europe, pourrait posséder un océan d'eau liquide (Crédit photo : NASA/Cassini).

Europe

Avec un diamètre de 3140 km, Europe possède une taille similaire à notre Lune. Sa surface, intensément fracturée, cache probablement un océan d'eau liquide. De nombreux radeaux de glace, bien visibles sur cette image de la sonde Galileo, dériveraient en surface comme des icebergs (Crédit photo : NASA/JPL/).

Hydrobot

Vision d'artiste d'une sonde conçue pour explorer l'océan souterrain d'Europe. Après s'être frayé un passage au travers de la croûte de glace, le vaisseau libérerait un petit sous-marin bardé d'instruments scientifiques (Crédit photo : NASA/JPL).

Modèle d'Europe

Les astronomes sont de plus en plus convaincus qu'Europe n'est pas le seul satellite de Jupiter à posséder un océan d'eau liquide sous une croûte de glace. Soumis à des effets de marées, Ganymède et Callisto renfermeraient également un océan souterrain. Cependant, ce dernier serait pris en sandwich entre deux couches de glace (une couche supérieur de basse pression, et une couche inférieure de haute pression), alors que le fond de l'océan d'Europe serait au contact d'une couche rocheuse, ce qui augmente d'autant sa similitude avec nos océans terrestres(Crédit photo : NASA/JPL).

Titan

Très riche en molécules organiques, l'atmosphère de Titan a une teinte jaunâtre et masque totalement les reliefs de surface. Les exobiologistes estiment que Titan est un véritable laboratoire de chimie prébiotique (Crédit photo : Calvin J. Hamilton).

Largage de Huygens

Le 25 décembre 2004, la petite sonde Huygens s'est séparée de son vaisseau mère (Cassini) pour se diriger vers son objectif, la lune Titan (Crédit photo : ESA).

Descente de Huygens

Trois semaines plus tard, la sonde Huygens a entamé une plongée périlleuse et spectaculaire dans l'atmosphère glauque et chargée de la plus imposante des lunes saturniennes (Crédit photo : ESA).

La lune Titan observée par Cassini

Cette image de la lune Titan a été obtenue le 26 octobre 2004 par la sonde américaine Cassini, en orbite autour de Saturne. La nature des régions claires et sombres est encore inconnue, mais des traces d'écoulement laissent penser que les zones sombres pourraient correspondre à des étendues liquides d'hydrocarbures (méthane ou éthane). Des nuages blancs sont visibles au pôle sud (Crédit photo : NASA).

La surface de Titan vue par Huygens

La surface de la lune Titan vue par la sonde européenne Huygens. Le sol est vraisemblablement formé d'un mélange de glace d'eau et de glace d'hydrocarbure. Les petits blocs de glace dure visibles au premier plan ont seulement quelques centimètres de diamètre (Crédit photo : ESA/NASA/University of Arizona).

 

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