Nous vivons sur une minuscule planète verte avec une seule lune en orbite autour d'une étoile jaune avec quelques pierres moins accueillantes à proximité et des boules gazeuses encore moins accueillantes un peu plus loin, qui portent le nom de toutes sortes de divinités mythiques. Alors que nous explorons des régions de l'espace de plus en plus éloignées, nous essayons désespérément de trouver d'autres systèmes stellaires qui pourraient contenir des mondes agréables à vivre. En appréciant ces tentatives et en réalisant à quel point nous avons de la chance de vivre dans notre système, nous pouvons, en attendant, explorer d'autres scénarios possibles et fous sur la différence de notre système solaire. Note aux réalisateurs modernes. Quoi…
… si Mars n'avait pas perdu son champ magnétique
Mars avait autrefois une atmosphère prometteuse quand elle était chaude, humide et pleine de dioxyde de carbone. Il a disparu lorsque la planète rouge a perdu son champ magnétique il y a environ 3,6 milliards d'années, permettant au soleil de souffler l'atmosphère avec le vent solaire en toute impunité. Selon les normes cosmiques, cela s'est produit assez rapidement - la majeure partie de l'atmosphère a disparu en quelques centaines de millions d'années après la désactivation du champ magnétique. Aujourd'hui, l'atmosphère de Mars représente environ 1% de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer, et les vents solaires continuent de la dévorer à un taux d'environ 100 grammes par seconde.
Nous savons que cette planète avait autrefois un champ magnétique, car des roches magnétisées existent toujours à sa surface. Certains pensent que le champ magnétique a été perdu en raison d'un bombardement intense par des astéroïdes, qui a perturbé le flux de chaleur à l'intérieur de Mars qui génère le champ magnétique. Si cela ne s'était pas produit, Mars aurait conservé ses océans primitifs et aurait peut-être été une autre source de vie dans notre système solaire.
Une autre théorie suggère que l'ancien champ magnétique ne pouvait couvrir que la moitié de la planète, remettant ainsi en question sa viabilité à long terme. Comprendre la composition du noyau interne de Mars aidera à répondre à cette question. Sur Terre, le fer liquide circule autour d'un noyau plus chaud et plus dur qui maintient notre champ magnétique protecteur en place. Si Mars n'avait qu'un noyau en fusion, cela pourrait expliquer la perte.
… si la Terre n'avait pas la Lune
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On pense qu'il y a environ 4,5 milliards d'années, un embryon planétaire de la taille de Mars (appelé Theia) s'est écrasé sur la Terre, en éjectant suffisamment de matière pour former notre lune. Les effets de marée de la Lune pourraient avoir influencé le volcanisme précoce et augmenté le nombre de météorites tombant pour anéantir les premières vies. Cependant, certains pensent que la vie est apparue pour la première fois dans les évents hydrothermaux en eau profonde dans un processus qui pourrait être positivement influencé par les courants de marée.
Les marées lunaires rapides, lorsque la Lune était plus proche de la Terre, pourraient créer des mers salées peu profondes, dans lesquelles des fragments d'acides protonucléiques se lient à des flux faibles et se désintègrent à des flux forts, conduisant finalement à la formation d'ADN. Selon le paléobiologiste Bruce Lieberman, «finalement, la vie aurait pu se former sans marées. Mais la lignée qui a conduit à l'émergence de l'homme est précisément enracinée dans les marées."
Il est probable que les courants de marée ont facilité le transport de la chaleur de l'équateur vers les pôles, ce qui implique que les périodes glaciaires seraient moins sévères sans la lune et réduiraient les pressions évolutives sur la vie. Si la vie évoluait sur Terre sans la Lune, elle subirait probablement moins de changements au fil du temps et deviendrait moins variée. La durée de la journée serait également différente sans la Lune, qui a aidé à ralentir la rotation de la Terre de six à vingt-quatre heures, et a également stabilisé l'inclinaison de la Terre et donc les saisons. Toute vie se développant dans un monde sans lune connaîtrait des jours et des nuits extrêmement courts et probablement des changements climatiques plus sévères.
En l'absence de lune, les formes de vie perdraient le clair de lune, ce qui les aide à rester actives la nuit, affecte les prédateurs nocturnes et encourage le développement de la vision nocturne. La vie culturelle de toute espèce sensible resterait sans l'influence de la lune.
… si la Terre avait des anneaux
Après être entrée en collision avec la planète instable Theia, la Terre a brièvement acquis des anneaux, qui ont finalement fusionné avec la Lune. Cela s'est produit parce que les débris se trouvaient à l'extérieur de la limite de Roche, où les forces gravitationnelles déchirent tout satellite naturel naissant. Si une petite lune ou un satellite était trop proche de l'attraction gravitationnelle de la Terre, il éclaterait avec la formation ultérieure d'un anneau permanent.
Saturne a des anneaux de glace qui ne dureraient guère longtemps s'ils étaient aussi proches du Soleil que nous, mais théoriquement, les anneaux de pierre pourraient survivre, même s'ils seraient différents des anneaux de Saturne. L'effet serait évident, car les ombres projetées par les anneaux entraîneraient des hivers froids et une diminution de la lumière du soleil dans les deux hémisphères. Si une vie intelligente se formait dans de telles conditions, les anneaux interféreraient avec le développement de l'astronomie optique au sol. Ils compliqueraient également considérablement les voyages dans l'espace et les satellites en raison des débris spatiaux.
De tels anneaux sembleraient différents selon la région de la Terre à partir de laquelle ils ont été observés - une fine ligne dans le ciel au-dessus du Pérou, un arc puissant dans la moitié du ciel au Guatemala, une horloge atmosphérique à 180 degrés en Polynésie et une lueur omniprésente à l'horizon en Alaska. On ne peut que spéculer sur la façon dont les anciens peuples du monde auraient incorporé ces espèces étonnantes dans leur mythologie et cosmologie.
… si Jupiter était une étoile
La plus grande planète du système solaire, selon certains, aurait dû devenir une étoile, une naine brune, mais il lui manquait un peu de masse. (D'autres pensent que Jupiter devait être treize fois plus grand pour ce faire.) Si Jupiter était devenu une étoile, elle serait sombre et distante, un peu plus brillante que Vénus. Une telle étoile ne générerait pas assez de lumière ou de chaleur et serait cinq fois plus éloignée de la Terre que le Soleil, donc elle n'affecterait (heureusement) pas le développement de la vie sur Terre.
Transformer Jupiter en étoile n'est pas si facile, plus difficile que de simplement mettre le feu à la planète. Puisque Jupiter est constitué principalement d'hydrogène, pour l'allumer, vous devez le recouvrir d'oxygène à environ la moitié du volume de Jupiter: le résultat est de l'eau. Mais nous avons besoin d'une étoile, pas d'un gros brûleur. Pour démarrer la fusion comme le soleil, il faut plus d'hydrogène. Il faudrait encore 13 Jupiters pour une naine brune, 79 pour une naine rouge et 1000 fois plus de Jupiters pour une étoile de la taille d'un soleil.
Cependant, des simulations ont montré que l'augmentation de la taille de Jupiter à la taille du soleil provoquera le chaos dans le système solaire. Les satellites des planètes extérieures voleront hors des orbites dans des directions différentes et la ceinture d'astéroïdes sera complètement détruite. Et tandis que Mercure et Vénus resteront presque intacts, la Terre finira par s'écraser sur une autre planète ou une orbite plus proche du Soleil.
… si la Terre tournait dans l'autre sens
L'effet le plus évident de la rotation inverse de la Terre serait le soleil se levant à l'ouest et se couchant à l'est, mais ce n'est pas tout. Selon l'astrophysicien Kevin Luman de l'Université de Pennsylvanie, «La Terre tourne de cette façon parce qu'elle est née. Quand le Soleil était une étoile nouveau-née, il y avait tout un tas de gaz et de poussière autour de lui, tournant dans une grande structure en forme de disque. La seule planète qui tourne dans la direction opposée est Vénus, et cela était probablement dû à une collision il y a des milliards d'années. La répétition d'un tel processus avec la Terre exclura probablement tout observateur pendant de longs étés.
Même si cela se produit à la demande de la magie ou des extraterrestres, les conséquences seront très graves. L'effet Coriolis, qui détermine comment la rotation de la Terre est transmise au comportement du vent, sera complètement inversé. Les alizés seront confrontés dans l'autre sens, ce qui entraînera un changement climatique dans de nombreuses régions. Cela affectera particulièrement l'Europe lorsque les vents chauds soufflant à travers l'Atlantique depuis le golfe du Mexique seront remplacés par le froid sibérien soufflant de l'est.
Dans d'autres endroits de la Terre, un changement de rotation peut avoir un effet plus favorable. En Afrique du Nord, les précipitations augmenteront et la quantité d'eau du fleuve entrant dans la mer Méditerranée en fera pratiquement un lac d'eau douce. De l'air chaud sera envoyé dans le Pacifique Nord et l'Atlantique Sud, ce qui rend l'Alaska, l'Extrême-Orient russe et certaines parties de l'Antarctique plus attrayants pour la vie.
… si nous changions de place avec Mars
Si la Terre et Mars sont réorganisés, les effets seront assez intéressants: les températures martiennes augmenteront, les calottes polaires fondront, des gaz seront libérés du sol et le climat deviendra presque aussi chaud qu'il l'est maintenant sur Terre. La terre, en revanche, deviendra beaucoup plus froide. D'autres problèmes résulteront de la déstabilisation du système solaire interne en raison de l'effet que les orbites des planètes ont les unes sur les autres.
Le physicien planétaire Renu Malhotra de l'Université de l'Arizona a réalisé des simulations qui ont montré une déstabilisation sévère des orbites planétaires. Elle a essayé d'ignorer les résultats de Mercure, mais tout a conduit au fait que Mars serait éjecté du système solaire. D'autres simulations ont montré que la Terre et Mars vont acquérir des orbites instables sous l'influence de Jupiter. Cela suggère que la situation orbitale du système solaire interne est plutôt instable, ce qui remet en question les propositions de certains futuristes de rapprocher Mars du Soleil.
Remarquablement, si une telle mécanique orbitale fonctionnait, la Terre échangerait parfaitement ses places avec Vénus. L'étude a montré que la Terre ou une planète terrestre pourrait être potentiellement habitable sur l'orbite de Vénus, dont la position est généralement estimée être légèrement plus proche du Soleil que nécessaire à la vie. Malgré le doublement du rayonnement solaire, la couverture nuageuse maintiendrait la température de surface dans des limites acceptables.
… si nous vivions au centre ou au bord de la galaxie
Nous semblons vivre dans un secteur plutôt ennuyeux de la Voie lactée, loin de l'agitation du centre galactique. Si nous étions au centre de la galaxie, le ciel nocturne serait beaucoup plus lumineux, avec un tas d'étoiles brillantes (comme Vénus), car les étoiles du noyau sont séparées par plusieurs semaines-lumière, et non par des années. La densité d'étoiles près du centre est de 10 millions d'étoiles par parsec cube, contre 0,2 dans notre segment faible. Il y a aussi de nombreuses supernovae et un trou noir supermassif à proximité, mais que pouvez-vous faire, la vie en ville est comme ça.
Entre-temps, si nous étions plus près du bord de la Voie lactée, presque rien n'aurait changé si la vie était survenue. Les systèmes stellaires au bord des galaxies ont un niveau de métallicité inférieur, c'est-à-dire qu'ils contiennent moins d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium. La diminution des niveaux d'éléments métalliques signifie que les géantes gazeuses comme Jupiter, qui se rassemblent lentement autour des noyaux solides, apparaîtront moins. Puisque les géants du gaz ne prendront pas le coup, les mondes solides seront plus vulnérables à l'impact des comètes. De plus, le ciel nocturne de la Terre au bord de la galaxie sera terne et vide.
Vivre en banlieue peut également avoir des aspects positifs. Certains pensent que les conditions de vie s'inscrivent dans une série de conditions clés qui ne sont réunies que dans une plage relativement étroite connue sous le nom de zone habitable galactique. En 2001, Guillermo Gonzalez a déclaré que les supernovae fréquentes et les niveaux élevés de rayonnement inhérents au centre galactique empêchent l'émergence de la vie. Des études récentes disent que cet argument est plutôt sceptique, car les stérilisations fréquentes de supernova seraient contrebalancées par les plus grandes chances d'évolution de la vie.
… s'il y avait deux soleils
En 2011, les astronomes ont observé la première planète connue dans un système stellaire binaire, également connue sous le nom de planète à orbite multiple, appelée Kepler-16b. On a demandé à Alan Boss, astrophysiciens au Carnegie Institute of Science, à quoi ressemblerait la Terre dans de telles conditions. Il a dit: «Légèrement froid. Bien qu'elle soit plus proche de ses étoiles que la Terre ne l'est de la sienne, ces étoiles ne sont pas aussi brillantes, donc la température sur la planète ne sera que de -73 degrés Celsius. Si nous remplaçons notre Soleil par ces étoiles, nous serions encore plus froids, puisque nous sommes plus éloignés du Soleil que ce Tatooine."
Bien sûr, tous les systèmes binaires ne sont pas les mêmes et certaines situations sont mieux adaptées au développement de la vie. Les recherches présentées à la 223e réunion de l'American Astronomical Society en 2014 ont montré que certains systèmes d'étoiles binaires peuvent être plus favorables au développement de la vie que les systèmes stellaires unitaires. Les étoiles jumelées, dont la rotation a été synchronisée, réduiront le rayonnement solaire et les vents stellaires de l'autre, qui dégagent souvent l'atmosphère des planètes et des lunes.
Une étude de l'astrophysicien Paul Mason a montré que les étoiles en orbite autour de 10 à 60 jours terrestres exerceront des forces de marée qui réduisent la rotation et réduisent les vents stellaires, ce qui pourrait potentiellement élargir la gamme des zones potentiellement habitables dans le système en combinant la lumière de deux étoiles au lieu d'une. Mason a admis qu'ayant deux soleils, Vénus pourrait conserver son eau et la Terre serait un monde plus humide.
… si le soleil disparaissait
Malgré les craintes des anciens, le Soleil ne va pas s'éteindre soudainement, et un tel scénario est physiquement impossible, à notre connaissance. Mais si cela arrivait, la Terre ne gèlerait pas instantanément. Si nous restons en orbite autour de la crosse refroidie et morte d'une étoile autrefois aimée, les températures chuteront en dessous de -17 degrés Celsius en une semaine et à -73 degrés en un an. Sans photosynthèse, la vie végétale s'estompera rapidement, tout comme toute autre vie lorsque les océans gèleront.
Les couches supérieures de glace isoleront les eaux profondes et empêcheront les océans de geler pendant des centaines de milliers d'années, de sorte que certaines formes de vie océaniques et géothermiques peuvent survivre. Effrayant, mais les arbres resteront encore plusieurs décennies, grâce à leur métabolisme lent et à leurs réserves de sucre. Les meilleurs endroits pour la survie humaine seraient les sous-marins nucléaires ou peut-être les habitations construites dans des pays riches en géothermie comme l'Islande.
Outre la mort par froid, il y a encore des avantages à vivre dans un monde sans soleil. Le risque d'éruptions solaires sera réduit, les communications par satellite et les conditions pour les astronomes seront améliorées.
Mais en général, bien sûr, ce serait mieux avec le soleil. Même si vous supprimez le Soleil pendant une seconde, sans la gravité du Soleil, tous les objets du système solaire, au lieu d'une orbite circulaire, iront en ligne droite. Une seconde plus tard, lorsque le Soleil reviendra, tout, des géantes gazeuses à la poussière cosmique, sera sur de nouvelles orbites, dont certaines seront instables. Aussi, pendant une seconde, l'héliosphère, qui protège le système solaire des radiations extrasolaires, disparaîtra. Une seconde sans bouclier permettra aux vils radiations de l'extérieur de pénétrer, ce qui entraînera l'apparition d'aurores dans le monde, perturbera les satellites et les réseaux électriques, voire stérilisera la Terre.
… si la Terre rencontre un trou noir
Presque tous les enfants curieux de cet univers ont pensé aux effets qu'un trou noir pourrait avoir sur Terre, ou du moins sur les personnes vivant ici. Frank Hale de l'Université de Stanford a suggéré ce qui aurait pu se passer si un trou noir de la taille d'une pièce de monnaie, qui aurait approximativement la même masse que la Terre, se retrouvait au centre de la planète. Non pas que la Terre soit aspirée par un aspirateur spatial, mais il y aura toujours une certaine agitation.
La matière tombant dans le trou noir deviendra extrêmement chaude, provoquant un rayonnement et une pression pour pousser les couches externes de matière et provoquer une explosion spectaculaire qui jaillit de la Terre comme un plasma surchauffé. La conservation de l'élan garantira que la masse terrestre tourne plus rapidement autour du trou noir et crée un disque d'accrétion qui limitera la vitesse à laquelle la masse terrestre est absorbée. La terre se transformera en ruines à rotation rapide, mais il faudra un certain temps avant qu'elle ne soit mangée.
Un trou noir plus petit ne sera pas si grave. On pense que l'univers regorge de trous noirs primordiaux d'une masse équivalente à une petite montagne. Ces trous noirs se cachent à l'intérieur des géantes gazeuses et conduisent à la naissance de supernovae prématurées. Si un tel trou noir s'écrase sur la Terre à grande vitesse, il peut simplement voler à travers. Une telle collision entraînera une libération d'énergie équivalente à l'explosion d'une tonne de TNT, mais elle s'étendra sur toute la longueur du chemin, de sorte que presque personne ne le remarquera. Cependant, le passage d'un tel trou noir à travers la Terre laissera derrière lui «un long tube de matériau fortement endommagé par les radiations, qui restera reconnaissable au fil du temps géologique».
Les choses seraient plus sombres si le système solaire entrait en collision avec un trou noir supermassif d'une masse un million de fois la masse du soleil, éventuellement éjectée par la gravité de deux galaxies en collision. L'astronome Christopher Springob pense que nous soupçonnerions que quelque chose n'allait pas lorsque le trou noir s'approchait de 1000 années-lumière du système solaire. Après cela, il ne nous resterait plus que quelques milliers d'années pour préparer son arrivée, après quoi ce trou noir perturbera considérablement les orbites des planètes et mordra dans le système stellaire. Lorsque le trou noir est à moins d'une année-lumière, sa gravité va déchirer le monde afin que la Terre soit bien mâchée avant d'être finalement avalée.
Ou pas. Samir Mathur de l'Ohio State University pense avoir la preuve mathématique que nous pourrions même ne pas remarquer que nous sommes mangés par un trou noir.