par Sylvie Vauclair, astrophysicienne. Jeudi, 26 Décembre, 2013

Sommes-nous seuls dans l'Univers  ? Une planète semblable à la Terre, qui tournerait autour d'une étoile similaire au Soleil, existe-t-elle  ? Est-il possible que la vie se soit développée sur une telle planète  ? Les questions se posent sérieusement après la découverte de plus d'un millier d'exoplanètes par le satellite Kepler…

Nous sommes maintenant en mesure de l'affirmer  : une grande partie des étoiles visibles dans le ciel sont des soleils entourés de planètes. On s'en doutait depuis longtemps, c'est aujourd'hui devenu une réalité scientifique. La découverte de la première planète en orbite autour d'une étoile de la constellation de Pégase, en 1995, a représenté un aboutissement extraordinaire de la connaissance, tout en ouvrant des perspectives immenses vers une nouvelle dimension de la recherche et de la pensée humaine.

C'est à l'Observatoire de Haute-Provence, au milieu du thym et de la lavande, que les astronomes genevois Michel Mayor et Didier Queloz ont mis en évidence cette première planète extrasolaire, ou « â€¯exoplanète  », par une méthode astucieuse qui demandait une très grande précision dans les mesures. Si une grosse planète tourne autour d'une étoile, elle l'influence en la faisant bouger elle aussi un tout petit peu. Les astronomes ont découvert ce petit mouvement de l'étoile dû à la planète.

Depuis une décennie, des instruments très performants ont été construits dans le monde pour découvrir de nouvelles exoplanètes, avec beaucoup de succès. Certains sont installés dans des observatoires sur le sol terrestre, d'autres envoyés dans l'espace à bord de satellites. La méthode utilisée depuis l'espace consiste à rechercher les baisses de lumière qui se produisent à chaque fois qu'une planète passe devant son étoile. C'est ce qu'on appelle la « â€¯méthode de transit  ».

À la suite de CoRoT, satellite de conception française avec une collaboration européenne et brésilienne, le satellite américain Kepler a permis de découvrir et de confirmer près d'un millier d'exoplanètes, et plusieurs milliers d'autres candidates sont en attente de confirmation  ! Existe-t-il une « â€¯exoTerre  » parmi toutes ces planètes, c'est-à-dire une planète solide semblable à la Terre, en orbite autour d'une étoile semblable au Soleil  ? Est-il possible que la vie ait pu se développer sur une telle planète  ? La première étape de cette recherche – obtenir la preuve de l'existence de planètes en orbite autour d'autres étoiles – est accomplie. L'étape suivante consiste à découvrir des planètes semblables à la Terre, c'est-à-dire solides, et pouvant avoir de l'eau liquide en surface, car la vie que nous connaissons ne peut pas se développer sans eau. S'il existe d'autres sortes de vie qui n'ont pas besoin d'eau, nous n'en avons aucune idée et nous ne pouvons donc pas les rechercher.

Pour chaque étoile, compte tenu de sa luminosité et de sa température, on définit une « â€¯zone habitable  », située ni trop près ni trop loin de la chaleur centrale, de telle manière que l'eau à la surface d'une planète puisse y rester liquide. Plus près elle s'évapore, plus loin elle reste gelée. Cela reste cependant schématique, car on ne peut pas tenir compte des circonstances particulières locales dues aux atmosphères planétaires. Par exemple, sur Terre, tout serait gelé en permanence sans l'effet de serre. De plus, ces études nécessitent une très bonne connaissance des étoiles centrales de systèmes planétaires. On est aidé par le fait que beaucoup d'étoiles présentent des vibrations superficielles de lumière, détectées par les mêmes instruments que ceux qui permettent la découverte des exoplanètes. Ces vibrations sont provoquées par des ondes sonores qui se propagent à l'intérieur des sphères stellaires, comme des caisses de résonance d'instruments de musique  ! L'étude de ces vibrations est précieuse pour mieux déterminer la masse et le rayon de l'étoile, ainsi que l'énergie qu'elle rayonne.

Il est difficile de découvrir des petites planètes comme la Terre, assez loin de l'étoile centrale pour se trouver dans la zone habitable. Les deux méthodes principales favorisent la détection des grosses planètes en orbite proche de leurs étoiles. Mais cela commence et nous allons en découvrir de plus en plus avec les nouveaux projets d'observation spatiale.

Comment peut-on savoir si une planète solide située dans la zone habitable abrite réellement la vie  ? C'est un nouveau défi pour la science, mais les astronomes sont astucieux. Les planètes ne rayonnent pas par elles-mêmes, elles réfléchissent la lumière de l'étoile. Elles sont en général beaucoup trop faibles pour être visibles directement. Il est donc nécessaire de faire appel à des méthodes indirectes. Lorsqu'on compare le rayonnement de la Terre depuis l'espace avec celui de Mars ou de Venus, on constate de grandes différences. En effet la lumière solaire réfléchie par la planète subit des absorptions importantes, caractéristiques de la composition chimique de son atmosphère. La signature du gaz carbonique est clairement détectée dans le rayonnement des trois planètes. Mais dans le rayonnement réfléchi par la Terre, et seulement dans celui-là, on détecte aussi les absorptions caractéristiques de la vapeur d'eau et de l'ozone, très probablement liées à la présence de vie. Et à présent, les astronomes sont capables d'analyser la composition de l'atmosphère d'une exoplanète qu'ils ne voient pas directement  ! Lorsqu'une planète passe devant son étoile, elle la cache en partie. Si la planète possède une atmosphère, alors une petite partie du rayonnement de l'étoile traverse cette atmosphère avant de nous parvenir, et cela pendant toute la période du transit. C'est très peu, mais cela permet de recevoir la signature des molécules atmosphériques qu'elle contient. On a déjà pu détecter du méthane, du gaz carbonique, et même de la vapeur d'eau dans des atmosphères d'exoplanètes. Ces recherches sont cependant très récentes et doivent être confirmées.

Si une exoplanète solide se trouve dans la zone habitable et présente des signatures de vapeur d'eau et d'ozone dans son atmosphère, ce sera un bon indice de vie, mais rien ne sera encore certain. De plus, la vie a existé sur Terre plusieurs milliards d'années avant l'émergence des mammifères puis des êtres humains. Si on la découvre ailleurs, il y a de bonnes chances pour que ce soit sous une forme primitive… Mais qui sait  ? Regardez les étoiles du ciel, par une belle nuit claire, sans Lune, loin de toute ville. Nous savons que, parmi toutes ces étoiles, nombreuses sont celles entourées de planètes… Existe-t-il des gens, quelque part, qui regardent de très loin le Soleil en se demandant s'il existe des planètes autour de cette étoile, et peut-être de la vie sur l'une d'entre elles  ? Nous n'avons pas la réponse, mais un jour viendra, peut-être…

 

Sylvie Vauclair est astrophysicienne à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie (Observatoire Midi-Pyrénées, CNRS).

Dernier ouvrage  : la Nouvelle Musique 
des sphères, éditions Odile Jacob.

 (série coordonnée par Anna Musso)