Crédit d'image: NASA
Nous sommes condamnés. Un jour, la Terre sera une cendre brûlée en orbite autour d'une étoile rouge gonflée.
C'est le sort ultime de toute planète vivant près d'une étoile de séquence principale comme notre soleil. Les étoiles de la séquence principale fonctionnent à l'hydrogène, et lorsque ce carburant s'épuise, elles passent à l'hélium et deviennent une géante rouge. Alors que la transition du soleil en une géante rouge est une triste nouvelle pour la Terre, les planètes glacées des régions les plus éloignées de notre système solaire se prélasseront dans la chaleur du soleil pour la première fois.
Le soleil est devenu lentement mais régulièrement plus lumineux et plus chaud au cours de sa vie. Lorsque le soleil deviendra une géante rouge dans environ 4 milliards d'années, notre soleil jaune familier deviendra rouge vif, car il émet principalement l'énergie à basse fréquence de la lumière rouge infrarouge et visible. Il deviendra des milliers de fois plus lumineux et aura cependant une température de surface plus froide, et son atmosphère s'étendra, engloutissant lentement Mercure, Vénus et peut-être même la Terre.
Alors que l'atmosphère du soleil devrait atteindre l'orbite terrestre de 1 UA, les géantes rouges ont tendance à perdre beaucoup de masse, et cette vague de gaz expulsés pourrait pousser la Terre juste hors de portée. Mais que la Terre soit consommée ou simplement chantée, toute vie sur Terre sera passée dans l'oubli.
Pourtant, les conditions qui rendent la vie possible pourraient apparaître ailleurs dans le système solaire, selon un article publié dans la revue Astrobiology par S. Alan Stern, directeur du département des études spatiales du Southwest Research Institute à Boulder, Colorado. Il dit que les planètes situées entre 10 et 50 UA seront dans la zone habitable du soleil géant rouge. La zone habitable d'un système solaire est la région où l'eau peut rester à l'état liquide.
La zone habitable se déplacera progressivement à travers la région de 10 à 50 UA à mesure que le soleil devient de plus en plus lumineux, évoluant à travers sa phase géante rouge. Saturne, Uranus, Neptune et Pluton se trouvent tous entre 10 et 50 UA, tout comme leurs lunes glacées et les objets de la ceinture de Kuiper. Mais tous ces mondes n'auront pas une chance égale de vivre.
Les perspectives d'habitabilité sur les planètes gazeuses Saturne, Neptune et Uranus peuvent ne pas être autant affectées par la transition de la géante rouge. Les astronomes ont découvert des planètes gazeuses en orbite très proche de leur étoile parente dans d'autres systèmes solaires, et ces «Jupiters chauds» semblent conserver leurs atmosphères gazeuses malgré leur proximité avec le rayonnement intense. La vie telle que nous la connaissons n'apparaîtra probablement pas sur les planètes gazeuses.
Stern pense que la lune de Neptune Triton, Pluton et sa lune Charon, et les objets de ceinture de Kuiper auront les meilleures chances de vivre. Ces corps sont riches en produits chimiques organiques et la chaleur du soleil géant rouge fera fondre leurs surfaces glacées dans les océans.
«Lorsque le soleil est une géante rouge, les mondes de glace de notre système solaire fondent et deviennent des oasis océaniques pendant des dizaines à plusieurs centaines de millions d'années», explique Stern. «Notre système solaire abritera alors non pas un monde avec des océans de surface, comme il le fait maintenant, mais des centaines, pour toutes les lunes glacées des planètes géantes, et les planètes naines glacées de la ceinture de Kuiper porteront également des océans. Parce que la température sur Pluton ne sera alors pas très différente de celle de Miami Beach maintenant, j'aime appeler ces mondes des «Plutos chauds», par analogie à la pléthore de Jupiters chauds trouvés en orbite autour d'étoiles semblables au soleil ces dernières années.
L'influence du soleil n'est pas toute l'histoire, cependant - les caractéristiques d'un corps planétaire contribuent grandement à déterminer l'habitabilité. Ces caractéristiques comprennent l’activité interne d’une planète, la réflectivité ou «albédo» d’une planète, ainsi que l’épaisseur et la composition de l’atmosphère. Même si une planète possède tous les éléments qui favorisent l'habitabilité, la vie n'apparaîtra pas nécessairement.
«Nous ne savons pas ce qui est nécessaire pour démarrer la vie», explique Don Brownlee, astronome de l'Université de Washington à Seattle et co-auteur du livre «La vie et la mort de la planète Terre». Brownlee dit que si des intérieurs chauds et humides et des matériaux organiques sont tout ce dont on a besoin, alors Pluton, Triton et les objets de la ceinture de Kuiper pourraient abriter la vie.
"Par prudence, cependant, l'intérieur des astéroïdes qui ont produit les météorites de chondrite carbonées étaient chauds et humides pendant peut-être des millions d'années au début de l'histoire du système solaire", explique Brownlee. «Ces corps sont extrêmement riches à la fois en eau et en matières organiques, et pourtant il n'y a aucune preuve irréfutable qu'une météorite astéroïde ait jamais eu des êtres vivants en elle.»
L'orbite d'un corps planétaire affectera également ses chances de vivre. Pluton, par exemple, n'a pas une belle orbite régulière comme la Terre. L'orbite de Pluton est relativement excentrique, variant en distance du soleil. De janvier 1979 à février 1999, Pluton était plus proche du soleil que Neptune, et dans cent ans, il sera presque deux fois plus éloigné que Neptune. Ce type d'orbite fera subir à Pluton un chauffage extrême alternant avec un refroidissement extrême.
L'orbite de Triton est également particulière. Triton est la seule grande lune à orbiter en arrière, ou «rétrograde». Triton peut avoir cette orbite inhabituelle car elle s'est formée comme un objet de ceinture de Kuiper et a ensuite été capturée par la gravité de Neptune. C’est une alliance instable, car l’orbite rétrograde crée des interactions de marée avec Neptune. Les scientifiques prédisent qu'un jour Triton va s'écraser sur Neptune ou se briser en petits morceaux et former un anneau autour de la planète.
"L'échelle de temps pour la décroissance des marées de l'orbite de Triton est incertaine, donc elle pourrait être autour, ou elle pourrait déjà s'être écrasée au moment où le soleil devient géant rouge", explique Stern. "Si Triton est là, il finira probablement par ressembler au même type de monde océanique riche en matières organiques que Pluton."
Le soleil brûlera comme une géante rouge pendant environ 250 millions d'années, mais est-ce assez de temps pour que la vie prenne pied? Pendant la majeure partie de la vie de la géante rouge, le soleil ne sera que 30 fois plus brillant que son état actuel. Vers la fin de la phase de la géante rouge, le soleil deviendra plus de 1000 fois plus lumineux et émettra occasionnellement des impulsions d'énergie atteignant 6000 fois la luminosité actuelle. Mais cette période d'intense luminosité durera quelques millions d'années, voire plusieurs dizaines de millions d'années.
La brièveté des phases les plus brillantes de la géante rouge suggère à Brownlee que Pluton n'est pas très prometteur pour la vie. En raison de l'orbite moyenne de Pluton de 40 UA, le soleil devrait être 1600 fois plus lumineux pour que Pluton reçoive le même rayonnement solaire que nous obtenons actuellement sur Terre.
"Le soleil atteindra cette luminosité, mais seulement pendant une très courte période de temps - seulement un million d'années environ", explique Brownlee. "La surface et l'atmosphère de Pluton seront" améliorées "de notre point de vue, mais ce ne sera pas un endroit agréable pour une période de temps significative".
Après la phase géante rouge, le soleil deviendra plus faible et se rétrécira à la taille de la Terre, devenant une naine blanche. Les planètes lointaines qui se prélassaient à la lumière de la géante rouge redeviendront des mondes de glace gelés.
Donc, si la vie doit apparaître dans un système géant rouge, il faudra un démarrage rapide. On pense que la vie sur Terre est née il y a 3,8 milliards d'années, environ 800 millions d'années après la naissance de notre planète. Mais c'est probablement parce que les planètes du système solaire interne ont connu 800 millions d'années de bombardements d'astéroïdes lourds. Même si la vie avait commencé immédiatement, la pluie précoce d'astéroïdes aurait essuyé la Terre de cette vie.
Brownlee dit qu'une nouvelle ère de bombardements pourrait commencer pour les planètes extérieures, car le soleil géant rouge pourrait perturber le grand nombre de comètes dans la ceinture de Kuiper.
«Lorsque le soleil géant rouge est 1 000 fois plus lumineux, il perd près de la moitié de sa masse dans l'espace», explique Brownlee. «Cela fait que les corps en orbite se déplacent vers l'extérieur. La perte de gaz et d'autres effets pourraient déstabiliser la ceinture de Kuiper et créer une nouvelle période de bombardements intéressants. »
Mais Stern dit que les planètes rendues habitables par un soleil géant rouge ne seront pas bombardées aussi souvent que le début de la Terre, car l'ancienne ceinture d'astéroïdes avait beaucoup plus de matière que la ceinture de Kuiper aujourd'hui.
De plus, les planètes extérieures ne connaîtront pas les mêmes niveaux d'ultraviolets (UV) que la Terre a dû supporter, car les géantes rouges ont un rayonnement UV très faible. Les UV de plus haute intensité d'une étoile de séquence principale peuvent endommager les protéines délicates et les brins d'ARN nécessaires à l'origine de la vie. La vie sur Terre ne pouvait provenir que sous l'eau, dans des profondeurs protégées de cette intensité lumineuse. La vie sur Terre est donc inextricablement liée à l'eau liquide. Mais qui sait quel genre de vie pourrait naître sur des planètes qui n'ont pas besoin de protection UV?
Stern pense que nous devrions chercher des preuves de la vie sur des mondes semblables à Pluton en orbite autour des géants rouges aujourd'hui. Nous connaissons actuellement 100 millions d'étoiles de type solaire dans la galaxie de la Voie lactée qui brûlent sous forme de géantes rouges, et Stern dit que tous ces systèmes pourraient avoir des planètes habitables dans un rayon de 10 à 50 UA. «Ce serait un bon test du temps requis pour créer la vie sur des mondes chauds et riches en eau», dit-il.
«L'idée que des corps éloignés riches en matières organiques soient cuits par une étoile géante rouge est intrigante et pourrait fournir des habitats très intéressants si de courte durée de vie», ajoute Brownlee. "Mais je suis heureux que notre soleil dispose d'une bonne marge de temps."
Et après
Alors qu'une grande partie de ce que nous savons sur le système solaire externe est basée sur des mesures à distance effectuées à partir de télescopes basés sur la Terre, le 2 janvier 2004, les scientifiques ont aperçu de près un objet de la ceinture de Kuiper. Le vaisseau spatial Stardust est passé à moins de 136 kilomètres de la comète Wild2, une énorme boule de neige qui a passé la majeure partie de ses 4,6 milliards d'années en orbite autour de la ceinture de Kuiper. Wild2 orbite désormais principalement à l'intérieur de l'orbite de Jupiter. Brownlee, qui est le chercheur principal de la mission Stardust, dit que les images Stardust montrent des détails de surface fantastiques d'un corps façonné à la fois par son histoire ancienne et récente. Les images de la poussière d'étoile montrent des jets de gaz et de poussière jaillissant de la comète, tandis que Wild2 se désintègre rapidement dans la forte chaleur solaire du système solaire intérieur.
Pour en savoir plus sur le système solaire externe, nous devons envoyer un vaisseau spatial pour enquêter. En 2001, la NASA a choisi la mission New Horizons à cette fin.
Stern, qui est l'investigateur principal de la mission New Horizons, rapporte que l'assemblage du vaisseau spatial devrait commencer cet été. Le vaisseau spatial devrait être lancé en janvier 2006 et arriver à Pluton à l'été 2015.
La mission New Horizons permettra aux scientifiques d'étudier la géologie de Pluton et de Charon, de cartographier leurs surfaces et de prendre leurs températures. L’atmosphère de Pluton sera également étudiée en détail. De plus, le vaisseau spatial visitera les corps glacés de la ceinture de Kuiper afin de faire des mesures similaires.
Source d'origine: Astrobiology Magazine
