De tous les endroits que nous avons jamais regardés dans l'univers, seule la Terre nous a fourni des preuves de l'existence de la vie. Mais pourquoi? Parce que la vie est rare et qu'elle nous demande toutes les conditions que nous avons sur Terre pour être soutenue? Ou parce que la vie est omniprésente, mais que nous l'avons trouvée ici parce que c'était l'endroit le plus facile pour la trouver?
Puisque tout sur Terre est arrangé tel quel, nous sommes habitués à croire que si nous avions une planète et une étoile avec les mêmes propriétés que la Terre et le Soleil - avec le même âge, avec les mêmes distances orbitales, tailles et masses, de les mêmes matériaux, alors nous retrouverions la vie. Nous supposons également que d'autres combinaisons sont moins probables. Mais toutes nos hypothèses peuvent être fausses. La Terre peut être aussi rare que la vie.
En 2015, la NASA a annoncé la découverte de Kepler-452b et l'a appelée «l'exoplanète la plus semblable à la Terre» jamais découverte. Bien sûr, elle avait de nombreuses similitudes avec la Terre, et son étoile avait de nombreuses similitudes avec le Soleil:
- Son étoile d'origine est très similaire au Soleil en termes de température, de masse et de taille: c'est une étoile G2, à peu près de même luminosité et durée de vie globale.
- Il tourne à peu près à la même distance et avec à peu près la même période que notre planète autour du Soleil: 385 jours au lieu de 365.
- L'étoile autour de laquelle elle tourne n'est pas beaucoup plus développée que notre Soleil: elle a 1,5 milliard d'années de plus, ce qui signifie qu'elle est 20% plus puissante énergétiquement et 10% plus froide.
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- La planète elle-même n'est pas beaucoup plus grande que notre Terre et son rayon est 60% plus grand.
Et bien que ces conditions puissent vous sembler "similaires à la terre", le monde découvert, bien sûr, n'a rien à voir avec la Terre.
Dans notre système solaire, la différence entre la Terre et Vénus est infime: environ 5% de rayon. Par comparaison, la différence entre la Terre et Uranus ou Neptune est énorme: ces mondes font quatre fois la taille de la Terre en rayon. Par conséquent, 60% de plus peut ne pas sembler une telle exagération, mais il y a une forte probabilité que nous trouvions une planète solide avec une atmosphère mince, qui aura les propriétés d'une géante gazeuse: une grande coquille de gaz atmosphériques légers. En fait, il existe une fenêtre très étroite qui devrait être considérée comme «terrestre» en termes de taille de planète, et un écart de plus de 10 à 20% par rapport à la taille terrestre serait trop important.
Cependant, il y a tout lieu de croire que les planètes terrestres sont assez communes. Les derniers résultats du télescope Kepler montrent qu'il y a au moins 17 milliards de planètes de la taille de la Terre dans le disque de la Voie lactée et qu'au moins quelques pour cent des étoiles auront au moins un monde semblable à la Terre à proximité. Bien que notre objectif ultime soit, bien sûr, de trouver un monde avec une vie biologique avancée - de préférence un monde avec une vie pendant l'explosion cambrienne - nos pensées reviennent toujours au jumeau de la Terre. Mais un tel double, même s'il existe, n'est peut-être pas le meilleur endroit pour regarder.
Notre Soleil est une étoile de classe G. âgée de 4,6 milliards d'années. Bien que nous pensons que c'est l'une des plus courantes, ce n'est pas le cas: notre étoile est plus massive que 95% de toutes les étoiles. Les naines M, petites étoiles rouges, sont le type d'étoiles le plus répandu dans l'univers: les trois quarts de toutes les étoiles sont des naines M. Les océans de notre planète bouilliront dans un milliard d'années, mais M étoiles brûleront à une température stable pendant des dizaines de trillions d'années.
"Kepler" a trouvé de nombreuses planètes terrestres à proximité de ces étoiles M, qui étaient situées dans des endroits propices à l'eau à leur surface à l'état liquide et dont la masse était tout à fait adaptée à la définition terrestre. Et tandis que les étoiles M sont plus susceptibles d'émettre des éruptions et que les planètes devraient être plus proches d'elles, elles fournissent également un environnement plus stable pour leurs planètes, avec moins de rayonnement ultraviolet et une protection accrue contre les manifestations violentes de l'espace interplanétaire et interstellaire. Les forces de marée de leurs étoiles sont également plus fortes, et leurs périodes orbitales raccourcies leur fournissent un moyen facile de générer un grand champ magnétique, protégeant éventuellement contre les fusées éclairantes.
Ces systèmes sont assez courants, mais pas les systèmes jumeaux de la Terre. De quoi avons-nous besoin pour un vrai "double"? Tout d'abord, nous avons besoin d'une étoile comme le Soleil. Cela signifie que l'étoile doit non seulement être de la même température et du même type spectral, mais aussi à peu près du même âge. Il faut du temps pour que la vie évolue et se transforme en quelque chose d'intéressant, ce qui signifie que nous avons besoin d'un système stellaire vieux de plusieurs milliards d'années. Mais nous ne pouvons pas attendre trop longtemps, car à mesure que les étoiles vieillissent, la région du noyau qui relie l'hydrogène à l'hélium se développe et la puissance de sortie augmente (et avec elle la luminosité et la température). Finalement, les planètes (comme la Terre) qui étaient autrefois habitables deviendront trop chaudes, l'eau bouillante et empêchera la vie de se développer.
Disons que nous avons une fenêtre de 1 à 2 milliards d'années, soit environ 10% de la vie d'une étoile. Il y a environ 200 à 400 milliards d'étoiles dans notre galaxie, et environ 7,6% d'entre elles sont des étoiles de classe G, comme notre Soleil. Malgré le fait que notre Soleil est plus précisément classé comme une étoile G2V, il s'ensuit toujours qu'environ 10% de toutes les étoiles de classe G seront du même type que notre Soleil. Au sommet, il y a 400 milliards d'étoiles, dont 7,6% sont de classe G, dont 10% sont de la même sous-classe que le Soleil, dont 10% ont le bon âge pour une vie intéressante. Ce sont 300 millions d'étoiles. Mais même dans ce cas, tous n'auront pas suffisamment d'éléments lourds pour créer le monde terrestre.
Ci-dessus, vous pouvez voir le spectre du soleil. En d'autres termes, les lignes que vous voyez représentent une grande variété d'atomes et leurs relations. Il y en a beaucoup sur le Soleil et ils ont des relations très spécifiques. L'indicateur qui n'est ni l'hydrogène ni l'hélium, mais qui synthétise les matériaux du Soleil, les astronomes appellent la métallicité. Si nous voulons une planète terrestre, nous avons besoin d'étoiles avec des métallités de type solaire. Ce n'est pas si grave; jusqu'à 25% des étoiles qui se sont formées en même temps que notre Soleil étaient des étoiles intermédiaires de la population I, et beaucoup d'entre elles (peut-être environ 15%) ont la même métallicité que notre Soleil.
Il s'avère que dans notre galaxie il y a 11 millions d'étoiles comme la nôtre, avec le même indice d'éléments lourds. Combien de ces 11 millions de «jumeaux» solaires ont des jumeaux de la Terre dans leurs zones habitables?
Nous devons former une planète solide de la bonne taille, avec suffisamment d'éléments, la bonne quantité d'eau et au bon endroit pour être considérée comme la jumelle de la Terre. Tous ces problèmes sont interconnectés. On pourrait penser que si l'étoile centrale avait l'abondance élémentaire correcte, alors les planètes résultantes devraient avoir le même rapport densité / rayon que dans notre système solaire. Mais si votre planète a 20% de rayon de plus que la Terre, vous obtiendrez sûrement une enveloppe de gaz légers - hydrogène et hélium - qui abritera votre planète, même si vous êtes dans la partie intérieure du système solaire.
Un monde 60% plus grand que la Terre aura cinq fois sa masse, ce qui est trop pour être une planète solide avec une atmosphère mince. Si nous parcourons à nouveau toutes les estimations, nous obtenons de quarante à cent mille planètes terrestres avec des orbites de type terrestre autour d'étoiles de type solaire. Avec 400 milliards d'étoiles, les chances sont extrêmement minces.
Et rappelez-vous que le véritable but de la recherche de telles planètes est de trouver des mondes capables de supporter une vie semblable à la Terre. Et si tel est le but, ne cherchez pas le «double» de la Terre; il vaut mieux rechercher des planètes plus petites à proximité d'étoiles de classe M. Mieux vaut rechercher des mondes terrestres dans des zones potentiellement habitables proches des étoiles. Il y aura de nombreuses autres options.
ILYA KHEL
