Les supertélescopes arrivent, d'énormes observatoires terrestres et spatiaux qui nous permettront d'observer directement l'atmosphère des mondes lointains. Nous savons qu'il y a de la vie sur Terre, et notre atmosphère raconte l'histoire, alors pouvons-nous faire la même chose avec les planètes extrasolaires? Il s’avère que, avec une seule biosignature, un produit chimique dans l’atmosphère qui vous dit que oui, absolument, la vie sur ce monde est vraiment difficile.
Je dois admettre que j'ai été assez mauvais pour ça dans le passé. Dans les anciens épisodes d'Astronomy Cast et du Weekly Space Hangout, même ici dans le Guide to Space, j'ai dit que si nous pouvions simplement goûter l'atmosphère d'un monde lointain, nous pourrions dire avec conviction s'il y a de la vie là-bas.
Détectez simplement l'ozone dans l'atmosphère, ou le méthane, ou même la pollution et vous pourriez dire «il y a de la vie là-bas». Eh bien, le futur Fraser est là pour corriger l'ancien Fraser. Bien que j'admire son enthousiasme naïf pour la recherche d'étrangers, il s'avère, comme toujours, que les choses vont être plus difficiles que nous ne le pensions auparavant.
Les astrobiologistes ont du mal à trouver une seule biosignature de pistolet fumant qui pourrait être utilisée pour dire qu'il y a de la vie là-bas. Et c'est parce que les processus naturels semblent avoir des moyens intelligents de nous tromper.
Quelles sont les biosignatures potentielles, pourquoi sont-elles problématiques et que faudra-t-il pour obtenir cette confirmation?
Commençons par un monde proche de chez nous: Mars.
Depuis près de deux décennies, les astronomes ont détecté de gros nuages de méthane dans l'atmosphère de Mars. Ici sur Terre, le méthane provient de créatures vivantes, comme les bactéries et les vaches qui pètent. De plus, le méthane est facilement décomposé par la lumière du soleil, ce qui signifie qu'il ne s'agit pas d'un méthane ancien qui subsistait il y a des milliards d'années. Certains processus sur Mars le réapprovisionnent constamment.
Mais quoi?
Eh bien, en plus de la vie, le méthane peut se former naturellement par le volcanisme, lorsque les roches interagissent avec l'eau chauffée.
La NASA a essayé d'aller au fond de cette question avec les rovers Spirit et Opportunity, et on s'attendait à ce que Curiosity ait les outils à bord pour trouver la source du méthane.
Au cours de plusieurs mois, Curiosity a détecté un coup de pouce de méthane en surface, mais même cela a suscité une controverse. Il s'avère que le rover lui-même transportait du méthane et aurait pu contaminer la zone autour de lui. Peut-être que le méthane détecté venait de lui-même. Il est également possible qu'une météorite rocheuse soit tombée à proximité et ait libéré du gaz qui a contaminé les résultats.
La mission ExoMars de l'Agence spatiale européenne est arrivée sur Mars en octobre 2016. Bien que le Schiaparelli Lander ait été détruit, le Trace Gas Orbiter a survécu au voyage et a commencé à cartographier l'atmosphère de Mars dans les moindres détails, à la recherche d'endroits qui pourraient évacuer du méthane, etc. jusqu'à présent, nous n'avons pas de résultats concluants.
En d'autres termes, nous avons une flotte d'orbites et d'atterrisseurs à Mars, équipée d'instruments conçus pour flairer le plus léger parfum de méthane sur Mars.
Il y a des indices vraiment intrigants sur la façon dont les niveaux de méthane sur Mars semblent augmenter et diminuer avec les saisons, indiquant la vie, mais les astrobiologistes ne sont toujours pas d'accord.
Les réclamations extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires et tout cela.
Certains télescopes peuvent déjà mesurer l'atmosphère des planètes en orbite autour d'autres étoiles. Au cours de la dernière décennie, le télescope spatial Spitzer de la NASA a cartographié les atmosphères de divers mondes. Par exemple, voici une carte du hot jupiter HD 189733b
. L'endroit craint, mais wow, pour mesurer une atmosphère, d'une autre planète, c'est assez spectaculaire.
Ils réalisent cet exploit en mesurant les produits chimiques de l'étoile pendant que la planète passe devant elle, puis la mesurent quand il n'y a pas de planète. Cela vous indique quels produits chimiques la planète apporte à la fête.
Ils ont également pu mesurer l'atmosphère de HAT-P-26b, qui est un monde de taille Neptune relativement petit en orbite autour d'une étoile proche, et ont été surpris de trouver de la vapeur d'eau dans l'atmosphère de la planète.
Est-ce à dire qu'il y a de la vie? Partout où nous trouvons de l'eau sur Terre, nous trouvons la vie. Non, vous pouvez totalement obtenir de l'eau sans avoir la vie.
Lors de son lancement en 2019, le télescope spatial James Webb de la NASA va faire passer cette détection atmosphérique à un niveau supérieur, permettant aux astronomes d'étudier les atmosphères de bien d'autres mondes avec une résolution beaucoup plus élevée.
L'une des premières cibles de Webb sera le système TRAPPIST-1 avec ses demi-douzaines de planètes en orbite dans la zone habitable d'une étoile naine rouge. Webb devrait pouvoir détecter l'ozone, le méthane et d'autres biosignatures potentielles à vie.
Alors, que faudra-t-il pour pouvoir voir un monde lointain et savoir avec certitude qu'il y a de la vie là-bas.
L'astrobiologiste John Lee Grenfell du Centre aérospatial allemand a récemment créé un rapport, passant en revue toutes les biosignatures exoplanétaires qui pourraient exister, et les a examinées pour déterminer leur probabilité d'être une indication de la vie dans un autre monde.
La première cible sera l'oxygène moléculaire ou O2. Vous le respirez en ce moment. Eh bien, 21% de chaque respiration, de toute façon. L'oxygène durera dans l'atmosphère d'un autre monde pendant des milliers d'années sans source.
Il est produit ici sur Terre par photosynthèse, mais si un monde est battu par son étoile et perd de l'atmosphère, l'hydrogène est soufflé dans l'espace et l'oxygène moléculaire peut rester. En d'autres termes, vous ne pouvez pas être certain de toute façon.
Et l'ozone, alias O3? L'O2 est converti en O3 par un processus chimique dans l'atmosphère. Cela semble être un bon candidat, mais le problème est qu'il existe également des processus naturels qui peuvent produire de l'ozone. Il y a une couche d'ozone sur Vénus, une sur Mars, et elles ont même été détectées autour des lunes glacées du système solaire.
Il y a du protoxyde d'azote, également connu sous le nom de gaz hilarant. Il est produit par les bactéries présentes dans le sol et contribue au cycle de l'azote de la Terre. Et il y a une bonne nouvelle, la Terre semble être le seul monde du système solaire à avoir de l'oxyde nitreux dans son atmosphère.
Mais les scientifiques ont également développé des modèles sur la façon dont ce produit chimique aurait pu être généré au début de l'histoire de la Terre lorsque son océan riche en soufre a interagi avec l'azote sur la planète. En fait, Vénus et Mars auraient pu traverser un cycle similaire.
En d'autres termes, vous pourriez voir la vie, ou vous pourriez voir une jeune planète.
Ensuite, il y a le méthane, le produit chimique dont nous avons passé tant de temps à parler. Et comme je l'ai mentionné, il y a du méthane produit par la vie ici sur Terre, mais c'est aussi sur Mars, et il y a des océans liquides de méthane sur Titan.
Les astrobiologistes ont suggéré d'autres hydrocarbures, comme l'éthane, l'isoprène, mais ceux-ci ont aussi leurs propres problèmes.
Qu'en est-il des polluants émis par les civilisations avancées? Les astrobiologistes appellent ces «technosignatures», et ils pourraient inclure des choses comme les chlorofluorocarbures ou les retombées nucléaires. Mais encore une fois, ces produits chimiques seraient difficiles à détecter à des années-lumière.
Les astronomes ont suggéré que nous devrions rechercher des terres mortes, juste pour établir une ligne de base. Ce seraient des mondes situés dans la zone habitable, mais il est clair que la vie n'a jamais démarré. Juste de la pierre, de l'eau et une atmosphère non biologique.
Le problème est que nous ne pouvons probablement même pas trouver un moyen de confirmer qu'un monde est mort non plus. Les types de produits chimiques que vous vous attendez à voir dans l'atmosphère, comme le dioxyde de carbone, pourraient être absorbés par les océans, vous ne pouvez donc même pas faire de confirmation négative.
Une méthode pourrait même ne pas impliquer du tout de balayer les atmosphères. La végétation ici sur Terre réfléchit une longueur d'onde très spécifique de la lumière dans la région de 700 à 750 nanomètres. Les astrobiologistes appellent cela le «bord rouge», car vous verrez une réflectivité augmenter de 5 fois par rapport aux autres surfaces.
Bien que nous n'ayons pas les télescopes pour le faire aujourd'hui, il existe des idées très intelligentes, comme regarder comment la lumière d'une planète se reflète sur une lune proche, et analyser cela. Recherche de la lumière du soleil exoplanète.
En fait, au début de l'histoire de la Terre, elle aurait semblé plus violette à cause des bactéries archéennes.
Il existe toute une flotte d’engins spatiaux et d’observatoires au sol qui nous aideront à approfondir cette question.
La mission Gaia de l'ESA va cartographier et caractériser 1% des étoiles de la Voie lactée, nous indiquant quels types d'étoiles existent, ainsi que détecter des milliers de planètes pour une observation plus approfondie.
Le Transiting Exoplanet Space Survey, ou TESS, sera lancé en 2018 et trouvera toutes les exoplanètes de la taille de la Terre en transit et de plus grande taille dans notre quartier.
La mission PLATO 2 trouvera des mondes rocheux dans la zone habitable, et James Webb pourra étudier leurs atmosphères. Nous avons également parlé du gigantesque télescope LUVOIR qui pourrait être mis en ligne dans les années 2030 et porter ces observations au niveau supérieur.
Et il y a beaucoup plus d'observatoires spatiaux et terrestres en préparation.
Alors que cette prochaine série de télescopes sera en ligne, ceux capables de mesurer directement l'atmosphère d'un monde de la taille de la Terre en orbite autour d'une autre étoile, les astrobiologistes auront du mal à trouver une biosignature qui indique clairement la vie là-bas.
Au lieu de la certitude, il semble que nous aurons la même lutte pour donner un sens à ce que nous voyons. Les astronomes seront en désaccord les uns avec les autres, développant de nouvelles techniques et de nouveaux instruments pour répondre aux questions non résolues.
Cela va prendre un certain temps et l’incertitude sera difficile à gérer. Mais rappelez-vous, c'est probablement la question scientifique la plus importante que n'importe qui puisse se poser: sommes-nous seuls dans l'Univers?
La réponse mérite d’être attendue.
Source: John Lee Grenfell: A Review of Exoplanetary Biosignatures.
Pointe du chapeau au Dr Kimberly Cartier pour m'avoir dirigé vers cet article. Suivez son travail sur EOS Magazine.
