Qu'est-ce qui rend exactement une exoplanète "habitable" ?

L'un des sujets les plus passionnants de l'astronomie aujourd'hui est la recherche d'exoplanètes, ou de planètes au-delà de notre système solaire. Nous avons trouvé plus de 5 000 exoplanètes à ce jour, et d'autres sont découvertes chaque année. Et le Saint Graal de la recherche sur les exoplanètes est de trouver des planètes habitables où nous pourrions chercher la vie au-delà de notre propre planète.

Si vous êtes intéressé par l'astronomie, vous avez probablement vu des gros titres sur le exoplanètes habitables qui ont été découvertes par des missions comme le télescope spatial Kepler de la NASA ou le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Ces planètes ressemblent généralement à la Terre et pourraient avoir de l'eau liquide à leur surface, et on pense qu'elles pourraient potentiellement soutenir la vie. Mais comment savoir si une planète est habitable à des millions de kilomètres de distance? Et qu'entendons-nous exactement par habitable de toute façon ?

Nous avons parlé à l'expert en habitabilité Abel Méndez du Laboratoire d'habitabilité planétaire du Université de Porto Rico à Arecibo, qui nous a dit que l'habitabilité est bien plus compliquée que vous pourrait penser.

L'habitabilité n'est pas binaire

La plupart des gens parlent d'habitabilité comme s'il s'agissait d'un état binaire. Soit une planète est habitable, soit elle ne l'est pas. Mais quand on réfléchit à la question en profondeur, il est clair que cette définition ne suffira pas. Voulons-nous dire habitable comme capable de soutenir la vie humaine? Ou la vie microbienne? Voulons-nous dire que c'est un environnement confortable pour que la vie réussisse ou un environnement où la survie est difficile mais théoriquement possible? Voulons-nous dire que la vie aurait pu évoluer dans cet environnement, ou que si la vie y arrivait, elle pourrait y survivre ?

Il n'y a pas de réponse claire à ces questions, c'est pourquoi c'est une erreur de penser à l'habitabilité comme une question oui/non. Au lieu de cela, nous devrions considérer l'habitabilité comme une mesure de l'aptitude à un certain type de vie.

Cette confusion n'existe pas seulement parmi les membres du public. Méndez a déclaré qu'il y avait également un manque de consensus parmi les scientifiques sur ce que signifie l'habitabilité. C'est "un mot chargé", a-t-il dit, "car dans nos conversations habituelles, l'habitabilité signifie l'habitabilité pour humains." Mais quand nous regardons d'autres planètes, nous ne pensons pas seulement aux humains, mais aussi à d'autres types de la vie.

Pendant tout le temps que les astrobiologistes se sont interrogés sur l'habitabilité des exoplanètes, il s'est avéré il y avait un autre groupe de personnes qui réfléchissaient à l'habitabilité depuis des décennies: Écologistes. Les écologistes parlent de «l'adéquation de l'habitat» des environnements ici sur Terre - comme dans l'adéquation d'un environnement particulier à un type de vie particulier pour prospérer. C'est exactement ce que la communauté de l'astrobiologie essayait d'obtenir avec sa recherche sur les exoplanètes.

Au début de ses recherches sur le sujet, Méndez est tombé sur ce travail d'écologie, il a déclaré: «J'ai réalisé que ce que les gens du que le domaine de l'astrobiologie essayait de faire - pour définir et quantifier l'habitabilité - a déjà été fait il y a des décennies par des écologistes.

Qu'en est-il de la zone habitable ?

Le problème n'est donc pas de déterminer si une exoplanète est habitable ou non, mais plutôt de déterminer quelles caractéristiques la rendraient adaptée à des types de vie.

Un point de départ relativement facile est la nécessité de disposer d'eau liquide. L'eau liquide est essentielle pour presque toutes les formes de vie telles que nous les connaissons en raison de ses propriétés dissolvantes. Beaucoup de choses se dissolvent dans l'eau, ce qui signifie que c'est bon pour mélanger les choses, ce qui permet des réactions chimiques. Il joue également un rôle important dans le fonctionnement des enzymes. Ainsi, lorsque les scientifiques ont imaginé les exigences d'une exoplanète habitable, disposer d'eau liquide est en tête de liste.

C'est ce qui nous donne l'idée de « zone habitable ». Il s'agit d'une région autour d'une étoile où l'on estime qu'une planète serait à la bonne température pour avoir de l'eau liquide à sa surface. Si nous devions trouver un Planète semblable à la Terre dans la zone habitable d'une étoile selon le raisonnement, nous aurions trouvé un bon point de départ pour chercher la vie.

Cependant, être dans la zone habitable n'est pas l'alpha et l'oméga de l'habitabilité. C'est juste une exigence de base. Et, dit Méndez, le terme a causé "beaucoup de confusion", car souvent les astronomes diront qu'une planète est habitable alors qu'ils veulent dire qu'elle se trouve dans la zone habitable. Il préfère le terme "potentiellement habitable" pour bien faire comprendre que c'est loin d'être une question tranchée.

Facteurs d'habitabilité

Ok, donc l'eau liquide est un must. Que faut-il d'autre pour qu'une planète abrite la vie? Nous avons une solide compréhension de cela basée sur les formes de vie d'ici sur Terre. Lorsqu'il s'agit d'évaluer l'habitabilité des exoplanètes, les astrobiologistes veulent connaître des facteurs tels que masse et rayon, ainsi que sa température de surface, sa pression et la fraction de la planète qui est recouverte de eau.

Il est difficile de déterminer ces facteurs pour une exoplanète donnée. Pour la plupart des exoplanètes découvertes maintenant, nous pouvons connaître des facteurs tels que leur période orbitale, leur rayon ou masse, et leur flux stellaire, qui est la quantité de rayonnement qu'elles reçoivent de leur étoile hôte. Mais pour connaître leur température ou leur pression de surface, par exemple, nous aurions besoin de connaître leurs atmosphères.

Pour voir pourquoi, regardez notre propre système solaire. Vénus a la température de surface la plus élevée du système solaire, même si elle est plus éloignée du soleil que Mercure. C'est parce que Vénus a une atmosphère extrêmement épaisse qui emprisonne la chaleur et augmente la température de surface. Un astrobiologiste extraterrestre qui regarde notre système solaire pourrait ne pas savoir à quel point Vénus était chaude, car ce n'est pas évident de loin.

Les travaux futurs effectués par des télescopes comme le télescope spatial James Webb nous permettront d'en savoir plus sur atmosphères d'exoplanètes, mais pour l'instant, les scientifiques doivent estimer les températures de surface.

La quantité de surface recouverte d'eau est également importante. Appelée fraction océanique, elle est importante car la nature dynamique des océans les rend parfaits pour transporter des nutriments autour d'une planète afin de rendre l'endroit plus hospitalier pour la vie.

Nous ne disposons pas actuellement d'instruments capables de mesurer la fraction océanique des exoplanètes. Cependant, il y a des idées pour les futurs télescopes qui pourrait examiner comment la quantité de lumière réfléchie par une exoplanète change lors de sa rotation, ce qui peut indiquer la quantité d'océan recouvrant sa surface.

Malgré toutes les complexités dans la détermination de ces facteurs, Méndez pense que la science des exoplanètes se développe si rapidement que nous serons en mesure de les mesurer dans les vingt prochaines années. "Dix ans pour les mesures de l'atmosphère avec différents instruments, puis dix ans pour de nouveaux télescopes qui pourront voir les planètes individuellement et mesurer la fraction océanique", a-t-il prédit.

Un catalogue d'exoplanètes potentiellement habitables

Être capable d'étudier les exoplanètes avec autant de détails dans les décennies à venir est passionnant, mais les scientifiques veulent également étudier les exoplanètes potentiellement habitables maintenant. Pour cette raison, le groupe de Méndez maintient le Catalogue des exoplanètes habitables, qui est une liste de toutes les exoplanètes potentiellement habitables découvertes à ce jour.

Pour être incluse dans le catalogue, une planète doit être à peu près de la taille de la Terre et orbiter dans la zone habitable de son étoile. Mais pour tenir compte des nombreux facteurs que nous ne pouvons pas encore connaître sur ces exoplanètes, il existe deux critères différents pour les moyens de la taille de la Terre. Le catalogue a à la fois une liste conservatrice, qui répertorie les planètes jusqu'à 1,6 fois le rayon de la Terre ou trois fois sa masse, et une liste optimiste, qui a des planètes jusqu'à 2,5 le rayon de la Terre ou 10 fois son masse.

En effet, lorsque nous recherchons une habitabilité potentielle, nous recherchons des planètes rocheuses comme la Terre, et non des planètes gazeuses. Les exoplanètes à faible densité, comme les géantes gazeuses, ne sont pas bonnes pour la vie car elles ne savent pas s'accrocher les nutriments qui doivent être disponibles pour la vie - la même raison pour laquelle vous ne trouvez pas de vie dans les nuages ​​sur Terre. Les planètes jusqu'à environ deux fois la taille de la Terre seront des planètes rocheuses, mais les planètes plus grandes que cela peuvent être un type appelé mini Neptune ou naine gazeuse, qui n'est pas susceptible de soutenir la vie.

Avec plus de 5 000 exoplanètes confirmées vous pourriez imaginer que le catalogue répertorie des centaines de candidats à l'habitabilité, mais en fait, il y en a relativement peu - seulement 21 dans la liste conservatrice et 38 autres dans la liste optimiste.

La brièveté de la liste pourrait être en partie due au fait que de nombreuses méthodes de détection d'exoplanètes sont plus efficaces pour trouver des exoplanètes plus grandes. que les plus petits - il est généralement plus facile de repérer quelque chose de plus gros - et certaines recherches suggèrent qu'il y a pourrait être des milliards de planètes semblables à la Terre dans notre galaxie. Mais pour l'instant, le nombre d'exoplanètes que nous pouvons pointer et qui remplissent les critères les plus élémentaires d'habitabilité potentielle reste faible.

Où chercher la vie maintenant

Bien sûr, le fait qu'il y ait peu d'exoplanètes potentiellement habitables à notre connaissance ne signifie pas que nous devrions renoncer à chercher de la vie ailleurs. À certains égards, il est plus facile de décider des objectifs de recherche lorsque vous avez des systèmes comme TRAPPISTE-1, qui abriterait jusqu'à quatre exoplanètes potentiellement habitables et qui sera une cible clé pour les prochains travaux scientifiques du Télescope spatial James Webb.

Toutes ces discussions sur l'habitabilité reposent sur l'idée que s'il y a de la vie ailleurs dans l'univers, elle sera au moins comparable à la vie ici sur Terre. Lorsque nous parlons de besoins en eau ou en certains nutriments, nous nous basons sur la vie que nous avons observée sur notre planète. Nous supposons qu'il y aura ailleurs la vie telle que nous la connaissons, mais il est certainement possible qu'il y ait une vie d'une forme complètement différente quelque part là-bas.

Bien que les scientifiques reconnaissent cette possibilité, ils n'ont pas tendance à accorder beaucoup d'importance au concept car il n'est pratiquement pas utile pour la recherche. "Vous ne reconnaîtrez pas la vie car nous ne la connaissons pas", a souligné Méndez, donc ce n'est pas quelque chose que nous pourrions rechercher.

À la recherche de la vie dans notre propre système solaire

Certains chercheurs affirment que plutôt que de se tourner vers les exoplanètes, nous pourrions chercher dans notre propre système solaire des mondes potentiellement habitables – des endroits comme la lune de Saturne Encelade ou la lune de Jupiter Europe. Même s'ils sont trop éloignés du soleil pour avoir de l'eau liquide à leur surface, on pense que les deux ont des océans d'eau salée liquide sous des croûtes de glace.

Mais Méndez n'est pas convaincu que ces endroits sont des endroits très prometteurs pour la vie à cause de ces croûtes glacées. Ces croûtes bloquent l'accès à toute atmosphère et empêchent le transfert d'énergie de la surface, ce qui la rend mal adaptée au maintien de la vie. "C'est pire que les profondeurs des océans de notre planète. C'est bien pire que tout sur Terre », a-t-il déclaré. "Je ne pense pas que quoi que ce soit au-delà de la vie microbienne vivra là-bas."

Même trouver de la vie microbienne en dehors de la Terre serait extrêmement excitant, d'où l'objectif de missions comme le rover Persévérance pour rechercher des preuves de la vie ancienne sur Mars. Mais Mars n'est pas exactement hospitalier aujourd'hui, bien qu'il ait pu l'être à un moment donné de son passé. Les études d'habitabilité sur l'environnement de Mars ne sont pas prometteuses pour que quoi que ce soit y ait survécu aujourd'hui: « Nous a estimé que la surface de Mars est mille fois pire que le désert d'Atacama », pour le maintien de la vie, Méndez a dit.

En avant vers Mars

Malgré ses réserves sur les conditions arides de Mars, Méndez est pragmatique quant à l'endroit où nous pourrions trouver des preuves de la vie si elle existe. "Si je devais parier où nous pourrions trouver la vie, je parierais sur Mars", a-t-il dit, "même si j'aime plus les exoplanètes !" C'est à cause du problème de détection. Si vous voulez savoir qu'une planète n'est pas seulement potentiellement habitable mais qu'elle abrite réellement la vie, vous avez besoin d'une preuve - et cette preuve est extrêmement difficile à obtenir à grande distance.

Avec des missions de retour d'échantillons prévues pour Mars dans les prochaines décennies, la course est lancée pour ramener un morceau de Mars sur Terre pour étude. Ces échantillons sont notre meilleure chance pour une certaine détection de la vie. "La réponse définitive viendra si vous avez un échantillon ici sur Terre, car vous recherchez une vie microbienne en très faible quantité", a-t-il expliqué.

Le scénario de recherche de rêve serait de collecter un échantillon d'un environnement sur Mars qui pourrait être habitable selon les normes terrestres, comme un aquifère. Si nous trouvions des preuves de la vie dans un tel environnement, ce serait formidable - nous aurions découvert que notre planète n'est pas la seule à abriter la vie.

Mais Méndez dit que ne trouver aucune preuve de vie dans un tel environnement serait tout aussi excitant. "Si nous trouvons un endroit habitable selon les normes terrestres et qu'il n'y a pas de vie là-bas, ce sera incroyable et intrigant", a-t-il déclaré. "Qu'est ce qui ne s'est pas bien passé? Ce qui s'est passé? Pourquoi n'y a-t-il pas de vie? Étant donné que la vie existe dans une telle variété d'environnements sur Terre, et nous savons que la Terre et Mars ont partagé du matériel via des impacts, il serait en effet étrange que la vie soit confinée à notre planète.

"Ce serait une grande révélation de retrouver la vie, mais le résultat négatif serait encore plus profond", a déclaré Méndez. "Il n'y a pas moyen de se tromper ici. C'est une situation gagnant-gagnant. La réponse est sur Mars, c'est juste là. Et toute réponse est profonde.

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