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Nous ne comprenons pas vraiment les zones habitables des planètes extraterrestres

Dans la chasse à la vie en dehors de la Terre, les astronomes sont désireux de repérer des exoplanètes dans la «zone habitable», la région autour d’une étoile où l’eau liquide peut exister sur une planète.

Alors que la plupart des recherches sur la zone habitable se sont concentrées sur la luminosité d’une étoile (car la température dicte si l’eau sur une planète peut être liquide, glace ou gaz), de nouvelles recherches montrent qu’il s’agit d’une image extrêmement simplifiée et naïve. Le véritable test pour savoir si une planète pourrait ou non accueillir la vie peut, en fait, reposer sur le plus ennuyeux des gaz: l’azote.

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Taille unique

Pour autant que nous comprenions la vie (et, puisque nous n’avons qu’un seul exemple avec lequel travailler (la vie sur Terre), nous n’avons pas grand-chose à faire), la vie a besoin d’eau liquide.

L’eau est le solvant ultime et c’est le lieu où toutes les réactions chimiques intéressantes vitales peuvent avoir lieu. Et si l’eau – la combinaison familière de deux parties d’hydrogène pour une partie d’oxygène – est la molécule la plus courante dans l’univers, elle n’est malheureusement que rarement dans un état liquide adapté à la vie.

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La plupart de l’eau est soit gelée, enfermée dans des comètes, sur de vastes calottes glaciaires recouvrant des mondes glaciaux ou piégée dans un gaz, évaporée par la chaleur intense pompée par les étoiles. L’eau liquide est extrêmement rare et ne se trouve que dans certaines circonstances particulières.

L’une de ces situations particulières est l’état dans lequel la Terre s’est trouvée. Notre planète d’origine n’est pas trop éloignée du soleil pour que son eau se transforme en glace, et ce n’est pas trop près qu’elle se transforme en gaz. La Terre est juste à la bonne distance du soleil pour permettre à l’eau liquide de rester à sa surface.

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Il s’agit de la soi-disant «zone habitable» (également appelée «zone Boucle d’or», car la soupe solaire n’est ni trop chaude ni trop froide). Chaque étoile a sa propre zone habitable, selon sa taille, sa température et sa luminosité.

Dans le jeu de la chasse à la vie en dehors de la Terre, le premier endroit où les astronomes recherchent des planètes est dans la zone habitable de leur étoile mère. Bien sûr, il pourrait y avoir d’autres endroits où la vie s’épanouit, mais comme la Terre est le seul exemple de vie que nous ayons réellement vu, c’est notre meilleur pari de trouver un ami extraterrestre.

Ressentir la pression

Hélas, l’univers n’est pas si simple, du moins selon de nouvelles recherches récemment publiées dans le journal de pré-impression arXiv.

À l’aide d’une suite de simulations informatiques pour recréer les conditions atmosphériques sur des exoplanètes ou des planètes en dehors de notre système solaire, les chercheurs à l’origine de l’article ont étudié une pléthore de systèmes potentiellement habitables. Ils ont changé la taille et le type des étoiles mères des planètes, les caractéristiques de leurs orbites planétaires, la quantité d’eau liquide déjà disponible pour les planètes au moment de leur formation et, surtout, leurs atmosphères.

Les chercheurs ont déjà étudié l’impact de l’atmosphère d’une planète sur son climat. Le gaz le plus notable est, bien sûr, le dioxyde de carbone, qui est un gaz à effet de serre qui a suscité beaucoup d’attention ici sur Terre, car il est l’un des principaux moteurs du changement climatique. Les gaz à effet de serre sont capables de piéger la chaleur dans une atmosphère planétaire, et en changeant cela juste un peu, vous pouvez radicalement modifier l’historique des températures de tout un monde.

Par exemple, considérons notre planète sœur Vénus, qui se trouve également dans la zone habitable du soleil. Cependant, grâce à une surcharge de dioxyde de carbone dans son passé lointain, il a connu un événement de serre incontrôlable et a maintenant les températures de surface les plus chaudes de toutes les planètes du système solaire. Et ce n’est certainement pas habitable.

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Mais le dioxyde de carbone n’est pas le seul gaz à flotter autour des atmosphères planétaires. Il y a aussi de l’azote. L’azote est pratiquement inerte et ne participe pas à de nombreux processus biologiques actifs. Pourtant, il représente plus de 80% de l’atmosphère terrestre, et sans lui, nous… eh bien… n’aurions pas d’atmosphère.

Nous en savons très peu sur l’histoire de l’azote sur Terre. Nous ne savons pas avec quelle quantité de gaz notre planète est née, et certaines preuves géologiques indiquent même que, il y a encore 2 milliards d’années, nous n’avions que la moitié de l’azote que nous consommons aujourd’hui. Et, comme nous ne savons pas grand-chose sur l’azote sur Terre, nous ne savons certainement pas grand-chose sur l’azote sur d’autres planètes.

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La vie trouve un moyen

Les chercheurs à l’origine des simulations de cette nouvelle étude ont découvert que l’azote joue un rôle important dans la détermination de la température globale d’une planète – et, par conséquent, de son habitabilité. Ce qui est encore plus compliqué: ce n’est pas une relation simple, plus d’azote ne rend pas nécessairement une planète plus chaude.

Par exemple, si l’atmosphère d’une planète n’est pas trop épaisse et qu’il y a beaucoup d’eau présente, l’ajout d’azote peut provoquer un chauffage important, car la pression atmosphérique ajoutée augmente l’efficacité des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. D’un autre côté, dans un monde relativement sec, plus d’azote disperse plus facilement la lumière des étoiles, entraînant un refroidissement spectaculaire.

Le résultat final est que deux mondes en orbite autour d’étoiles identiques avec des orbites identiques avec des surfaces similaires mais des quantités différentes d’azote peuvent avoir des températures radicalement différentes et peuvent être très difficiles à prévoir.

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L’azote n’émet pas et n’absorbe pas non plus de rayonnement aux longueurs d’onde visibles ou infrarouges. Cela rend la détection extrêmement difficile dans les atmosphères des mondes extraterrestres. Ainsi, même si une planète se trouve dans la zone Boucle d’or de son étoile, à moins que nous ne contrôlions son approvisionnement en azote, nous ne saurons pas si elle est vraiment habitable.

Correction: Une version précédente de cette histoire désignait l’azote comme un gaz rare. L’azote n’est pas un gaz rare; c’est un gaz inerte.

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