Avec les milliers d'exoplanètes connues aujourd'hui, difficile de dire lesquelles peuvent être potentiellement habitables. Des chercheurs proposent une théorie : c'est le type de surface qui rend une planète propre ou non à accueillir la vie.

Trouver une nouvelle exoplanète est presque facile aujourd’hui. Le catalogue riche de plus de 4 000 mondes en dehors du système solaire s’étoffe de jour en jour. En revanche, il est plus délicat d’obtenir des informations précises sur ces planètes, et notamment savoir quel climat y règne.

C’est tout l’objet de cette étude parue dans Montlhy Notices of the Royal Astronomical Society. Deux scientifiques de l’Université Cornell, Jack Madden et Lisa Kaltenegger, ont tenté une nouvelle approche en simulant différents types de surface, pour en déduire quel type de climat existe sur une planète lointaine. Et ainsi savoir si elle peut être potentiellement habitable.

Représentation d’exoplanètes. // Source : University of Colorado Boulder

Mais revenons un peu en arrière : on considère qu’une planète est dans sa zone habitable quand elle est à la bonne distance de son étoile, ni trop près ni trop loin, ce qui lui permet d’avoir de l’eau liquide à sa surface théoriquement. D’autres paramètres rentrent en compte comme sa rotation, ou encore son atmosphère qui filtre plus ou moins les rayons de son soleil. Le concept est sujet à de nombreux débats, mais il reste un bon point de départ pour savoir si une planète est digne d’intérêt pour rechercher des formes de vie.

Pour découvrir davantage d’informations sur la planète elle-même, faute d’observations vraiment précises, les astronomes sont forcés d’utiliser des modèles informatiques censés représenter la réalité. Et pour déterminer le climat, ils se basent sur la manière dont l’étoile reflète sa lumière sur la planète, en imaginant que cette planète a une atmosphère et une surface similaire à celles de la Terre. La méthode est évidemment loin d’être parfaite, mais elle permet ensuite d’affiner les modèles pour aller plus loin selon les données récoltées.

Ici, les deux auteurs ont fait les choses différemment comme nous l’explique Jack Madden : « Nous nous sommes servis de simulations informatiques pour modéliser le climat des planètes avec différentes gammes de surface. Par exemple, une planète désertique, une autre recouverte de forêts ou d’océans. Nous les avons mis (virtuellement) autour d’une étoile donnée pour voir comment le climat était affecté par ce type de surface. »

Des planètes de sable, d’eau, d’herbe…

En effet, une des principales informations capables par nos instruments est la lumière qui nous arrive. Et la surface de la planète va modifier cette lumière. Par exemple, une planète recouverte de roche basaltique va peu refléter la lumière. Elle va tout garder et sera donc plus chaude qu’une planète glacée qui, elle, sera de notre point de vue beaucoup plus brillante puisque la lumière de l’étoile est reflétée et la surface reste froide.

À chaque fois, leurs simulations sont très irréalistes : ils imaginent des planètes totalement basaltiques ou entièrement recouvertes de sable, afin de déterminer exactement comment influe chaque type de surface. Dans ces conditions, toutes les surfaces aboutissent à une planète qui serait beaucoup plus chaude que la Terre avec la même distance de l’étoile. Sauf si on rajoute la même couverture nuageuse que la Terre : là, seule la planète « océan » est plus chaude, tandis que toutes les autres sont bien plus froides. Pour avoir un autre ordre de grandeur, ils ont aussi « créé » des planètes semblables à la Terre, c’est-à-dire recouvertes à 70 % d’eau, mais où les 30 % restants sont là aussi uniformes (sable, basalte, herbe, arbres, neige…). Finalement, lorsqu’il y a des nuages on se retrouve avec des climats beaucoup plus proches de ce qu’il y a sur Terre. Sans nuages, la température crève le plafond.

Plusieurs conclusions ressortent : tout d’abord, une planète avec une seule surface sera plus chaude qu’une autre avec différents types de sol. Ensuite, les nuages jouent un rôle important et bouleversent le climat des planètes. Mais comme il est compliqué d’obtenir des données sur les nuages autour d’exoplanètes, ils se sont servis de ceux présents sur Terre pour avoir un ordre d’idée.

Grâce à ces simulations, les chercheurs arrivent donc à mieux cerner comment la surface influe sur le climat à la surface, et comment la lumière se reflétera dans chaque configuration. Cela peut permettre de faire du tri dans les planètes potentiellement habitables. « Ces résultats pris individuellement ne nous disent pas que telle ou telle planète existe réellement, précise Jack Madden, mais dans leur globalité, ils peuvent aider à établir un plan d’observation.  »

Montrer où chercher la vie

Des données qui vont devenir capitales dans les années qui viennent, car, après la quantité, vient la qualité. Le chasseur d’exoplanètes de la Nasa est déjà en place : Tess (Transiting Exoplanet Survey Satellite) a été lancé il y a deux ans et a découvert plusieurs dizaines d’exoplanètes, mais l’exploitation de ses données va se poursuivre. Il faut donc s’attendre à de nouveaux noms à rajouter sur la liste déjà bien fournie. Mais qu’en est-il des exoplanètes potentiellement habitables ? Comment les découvrir et les étudier ? C’est là qu’entre en scène le James Webb Space Telescope, le successeur d’Hubble dont l’une des nombreuses missions est d’analyser les atmosphères des planètes et donc de dire plus précisément lesquelles peuvent accueillir la vie. C’est l’arrivée prochaine de tels instruments qui a motivé la recherche de Jack Madden : « Dans un futur très proche, des instruments pourront confirmer si des exoplanètes connues sont vraiment similaires à la Terre, c’est très excitant ! »

Il faut dire que, aussi performant que soit le JWST, sa mission consistera avant tout à pointer vers une exoplanète et à l’analyser en détail. Ce qui demande du temps d’observation. C’est pourquoi les études comme celles de Jack Madden visant à faire une sélection des meilleures candidates pour accueillir la vie sont nombreuses en ce moment. Uniquement à l’institut Cornell, au cours de ces deux derniers mois, on compte une étude qui s’intéressait aux planètes orbitant autour de naines blanches, et une autre qui visait à étudier l’empreinte chimique de la Terre il y a plusieurs millions d’années pour aider à retrouver la même chose dans un autre système.

Le James Webb Space Telescope en construction – Source : @NASAWebb

Et on comprend la fébrilité des chercheurs tant ce domaine est appelé à exploser avec la future génération de télescopes spatiaux. Actuellement, la Nasa a dans ses cartons quatre projets de télescopes spatiaux (LUVOIR, HabEx, Lynx et OST) qui doivent entrer en service dans les années 2030 et dont le but est à chaque fois le même : trouver une autre planète qui abrite la vie.

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