En ce qui concerne la recherche de la vie extraterrestre, les scientifiques ont tendance à être un peu géocentriques - c'est-à-dire qu'ils recherchent des planètes qui ressemblent à la nôtre. C'est compréhensible, car la Terre est la seule planète que nous connaissons qui supporte la vie. En conséquence, ceux qui recherchent la vie extraterrestre ont recherché des planètes qui sont de nature terrestre (rocheuse), orbitent dans leurs zones habitables étoiles et ont suffisamment d'eau à leur surface.
Au cours de la découverte de plusieurs milliers d'exoplanètes, les scientifiques ont découvert que beaucoup pouvaient en fait être des «mondes aquatiques» (planètes dont jusqu'à 50% de la masse est de l'eau). Cela soulève naturellement certaines questions, comme la quantité d'eau, c'est trop, et trop de terres pourraient-elles aussi être un problème? Pour y remédier, une paire de chercheurs du Harvard Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) a mené une étude pour déterminer comment le rapport entre l'eau et les masses terrestres peut contribuer à la vie.
L'étude - «Dépendance de l'activité biologique de la fraction d'eau de surface des planètes», qui est en cours de révision pour publication avec Le journal astronomique- a été rédigé par Manasvi Lingam, chercheur postdoctoral à l'Institut de théorie et de calcul (ITC) du CfA, et Abraham Loeb - directeur de l'ITC et titulaire de la chaire Frank B. Baird Jr. de science à l'Université Harvard.
Pour commencer, Lingam et Loeb abordent la question du principe anthropique, qui a joué un rôle majeur dans la recherche en astronomie et en exoplanètes. En bref, ce principe stipule que si les conditions sur Terre sont adaptées pour s'adapter à la vie, alors elles doivent exister pour créer la vie. Etendu à tout l'Univers, ce principe fait valoir que les lois de la physique existent comme elles le font pour donner naissance à la vie.
Une autre façon de voir les choses est de considérer comment nos évaluations de la Terre se retrouvent dans ce que l'on appelle les «effets de sélection des observations» - où les résultats sont directement affectés par le type de méthode impliquée. Dans ce cas, les effets découlent du fait que notre recherche de vie au-delà de la Terre et de notre système solaire nécessite l'existence d'un observateur correctement positionné.
En effet, nous avons tendance à supposer que les conditions de vie seront abondantes dans l'Univers parce que nous les connaissons. Ces conditions conditionnent la présence à la fois d'eau liquide et de masses terrestres, indispensables à l'émergence de la vie telle que nous la connaissons. Comme Lingam l'a expliqué à Space Magazine par e-mail, c'est l'une des façons dont le principe anthropique apparaît lors de la recherche de planètes potentiellement habitables:
«Le fait que les fractions terrestres et aquatiques de la Terre soient comparables est révélateur d'effets de sélection anthropiques, c'est-à-dire que l'émergence d'humains (ou d'observateurs conscients analogues) peut avoir été facilitée par un mélange approprié de terre et d'eau.»
Cependant, lors de l'examen des nombreuses super-Terres qui ont été découvertes dans d'autres systèmes stellaires, des analyses statistiques de leur densité moyenne ont montré que la plupart ont des fractions élevées de volatils. Un bon exemple de cela est le système TRAPPIST-1, où la modélisation théorique de ses sept planètes de la taille de la Terre a indiqué qu'elles pourraient représenter jusqu'à 40 à 50% d'eau en poids.
Ces «mondes de l'eau» auraient donc des océans très profonds et aucune masse terrestre à proprement parler, ce qui pourrait avoir des conséquences dramatiques sur l'émergence de la vie. En même temps, les planètes qui ont peu ou pas d'eau à leur surface ne sont pas considérées comme de bons candidats à la vie, étant donné que l'eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons.
"Trop de masse continentale est un problème, car elle limite la quantité d'eau de surface, ce qui rend la plupart des continents très arides", a déclaré Lingam. «Les écosystèmes arides sont généralement caractérisés par de faibles taux de production de biomasse sur Terre. Au lieu de cela, si l'on considère le scénario inverse (c'est-à-dire principalement les océans), on rencontre un problème potentiel avec la disponibilité du phosphore, qui est l'un des éléments essentiels de la vie telle que nous la connaissons. Par conséquent, cela pourrait entraîner un goulot d'étranglement sur la quantité de biomasse. "
Pour répondre à ces possibilités, Lingam et Leob ont analysé comment les planètes avec trop d'eau ou de masse terrestre pouvaient affecter le développement des biosphères exoplanètes. Comme l'a expliqué Lingam:
«[N] ous avons développé un modèle simple pour estimer quelle fraction des terres sera aride (c'est-à-dire déserts) et relativement inhabitable. Pour le scénario avec des biosphères dominées par l'eau, la disponibilité du phosphore devient le facteur limitant. Ici, nous avons utilisé un modèle développé dans l'un de nos articles précédents qui prend en compte les sources et les puits de phosphore. Nous avons combiné ces deux cas, utilisé les données de la Terre comme référence, et ainsi déterminé comment les propriétés d'une biosphère générique dépendraient de la quantité de terre et d'eau. »
Ce qu'ils ont découvert, c'est qu'un équilibre délicat entre les masses terrestres et les océans (un peu comme ce que nous avons ici sur Terre) est crucial pour l'émergence de biosphères complexes. Combinée aux simulations numériques d'autres chercheurs, l'étude de Lingam et Loeb indique que les planètes comme la Terre - avec son rapport océans / masse terrestre (environ 30:70) - sont probablement assez rares. Comme l'a résumé Lingam:
«Ainsi, la conclusion de base est que l'équilibre des fractions terre et eau ne peut pas être trop incliné d'une manière ou d'une autre. Nos travaux montrent également que des événements évolutifs importants, tels que l'augmentation des niveaux d'oxygène et l'émergence d'espèces technologiques, peuvent être affectés par la fraction terre-eau, et que la valeur optimale pourrait être proche de celle de la Terre. »
Depuis quelque temps, les astronomes recherchent des exoplanètes où les conditions semblables à la Terre sont répandues. C'est ce que l'on appelle l'approche du «fruit bas», où nous essayons de trouver la vie en recherchant des biosignatures que nous associons à la vie telle que nous la connaissons. Mais selon cette dernière étude, trouver de tels endroits pourrait être comme chercher des diamants bruts.
Les conclusions de l’étude pourraient également avoir des implications importantes en ce qui concerne la recherche de l’intelligence extraterrestre, indiquant qu’elle est également assez rare. Heureusement, Lingam et Loeb admettent que l'on ne sait pas assez sur les exoplanètes et leurs ratios eau / masse terrestre pour dire quoi que ce soit de manière concluante.
"Il n'est cependant pas possible de prédire de manière définitive comment cela affecte SETI", a déclaré Lingam. «C'est parce que nous n'avons pas encore de contraintes d'observation appropriées sur les fractions terre-eau des exoplanètes, et il existe encore de nombreuses inconnues dans notre connaissance actuelle de la façon dont les espèces technologiques (capables de participer au SETI) ont évolué.»
En fin de compte, nous devons être patients et attendre que les astronomes en apprennent davantage sur les planètes extra-solaires et leurs environnements respectifs. Cela sera possible dans les années à venir grâce aux télescopes de nouvelle génération. Il s’agit notamment de télescopes au sol comme ceux de l’ESO. Télescope extrêmement grand (ELT) et des télescopes spatiaux comme le Télescope spatial James Webb (JWST) - qui devraient commencer leurs opérations en 2024 et 2021, respectivement.
Avec des améliorations technologiques et des milliers d'exoplanètes maintenant disponibles pour étude, les astronomes ont commencé à passer du processus de découverte à la caractérisation. Dans les années à venir, ce que nous apprenons sur les atmosphères exoplanètes contribuera grandement à prouver ou à réfuter nos modèles théoriques, nos espoirs et nos attentes. Avec le temps, nous pourrons peut-être enfin déterminer à quel point la vie est abondante dans notre Univers et quelles formes elle peut prendre.
