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LE 12.05.2020: Actualité de l'astronomie / La naine brune la plus proche de la Terre a des bandes nuageuses comme Jupiter.
- Par dimitri1977
- Le 12/05/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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La naine brune la plus proche de la Terre a des bandes nuageuses comme Jupiter
Journaliste scientifique
À 6,5 années-lumière de la Terre se trouve Luhman 16, un système binaire constitué des naines brunes les plus proches de nous. Une étude polarimétrique a permis de déterminer que la plus massive des deux possède à sa surface des bandes nuageuses similaires à celles de Jupiter.
Luhman 16 est un système constitué de deux naines brunes découvertes par Kevin Luhman en 2013. Ce système, situé à 6,5 années-lumière de nous, est le troisième plus proche du Système solaire, seulement devancé par le système triple Alpha Centauri (dont Proxima Centauri) et par l'étoile de Barnard. Ceci fait de ces deux membres les naines brunes les plus proches de la Terre. Luhman 16 A et B, de types spectraux L7,5 et T0,5, ont des masses respectives de 33 et 29 fois celle de Jupiter et toutes deux une température d'environ 1.000 °C.
Luhman 16 observé par polarimétrie
Dans un nouvel article, Maxwell A. Millar-Blanchaer et ses collègues décrivent leur étude des deux naines brunes par polarimétrie. Cette technique vise à mesurer la polarisation de la lumière de ces objets. C'est la première fois que cette technique est utilisée pour contraindre la présence, sur des corps situés hors du Système solaire, des structures atmosphériques ne variant pas par rotation, autrement dit des bandes nuageuses telles qu'on peut en trouver sur Jupiter ou sur Saturne. En l'occurrence, les scientifiques ont observé en avril 2018 les deux naines brunes en bande H (proche infrarouge) avec l'instrument NaCo du Very Large Telescope (VLT) pour en mesurer la polarisation linéaire. Ils ont alors comparé les mesures obtenues avec différents modèles : des couches nuageuses solides, des bandes nuageuses ou des naines brunes avec une atmosphère homogène mais plus ou moins aplaties du fait de leur rotation.
Luhman 16 vue par le Wide-field Infrared Survey Imager (Wise) : image large, où les deux naines brunes ne sont pas résolues et par l'Observatoire Gemini, encart avec les deux naines brunes résolues. © Nasa, JPL, Gemini Observatory, AURA, NSF
Des bandes nuageuses sur Luhman 16 A
Les chercheurs ont ainsi pu déterminer que 0,03 % de la lumière de Luhman 16 A est linéairement polarisée. Les modèles excluent que cette polarisation puisse être due à un objet juste aplati, mais les observations sont compatibles avec des modèles à bandes nuageuses. Luhman 16 B, bien que très similaire à sa compagne sur de nombreux points, a néanmoins des conditions météorologiques très différentes. Les observations ont montré qu'elle a, pour sa part, une polarisation linéaire de 0,01 %, ce qui ne permet pas de tirer de conclusion. Luhman 16 B pourrait avoir une forme légèrement aplatie, des bandes nuageuses, ou juste des nuages irréguliers.
Un suivi à venir et une technique qui peut se généraliser
Les auteurs notent que ces observations montrent la morphologie des nuages de ces deux astres à un point donné dans le temps. La variabilité observée dans les mesures de polarisation d'études antérieures montre que la morphologie des nuages peut varier dans le temps. Les auteurs ont par conséquent obtenu des observations de suivi de Luhman 16 en avril 2019 afin de rechercher la variabilité à court et à long terme de la polarisation des naines brunes. Ces données n'ont pas encore été analysées et seront publiées dans une étude de suivi.
Par ailleurs, la technique de polarimétrie ne se limite pas aux naines brunes. Elle peut s'appliquer aussi aux exoplanètes, notamment aux géantes gazeuses chaudes, dont l'atmosphère ressemble à celle des naines brunes. Bien que la mesure d'un signal de polarisation soit plus difficile pour les exoplanètes en raison de leur faible luminosité et de la proximité de leur étoile, les informations obtenues pour les naines brunes peuvent potentiellement éclairer ces futures études. Les télescopes tels que le James-Webb ou le WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) seront également utiles pour étudier Luhman 16 et d'autres systèmes pour en apprendre plus sur leurs structures nuageuses.
CE QU'IL FAUT RETENIR
- Luhman 16 est un système binaire constitué des deux naines brunes les plus proches de la Terre.
- En observant ces deux objets par polarimétrie, Maxwell A. Millar-Blanchaer et ses collègues ont pu déterminer que Luhman 16 A, la plus massive des deux naines brunes, a des bandes nuageuses similaires à celles observées sur Jupiter. Par contre, les résultats ne permettent pas encore de tirer de conclusion pour Luhman 16 B.
- Des observations de suivi, qui seront analysées dans une étude à venir, permettront de contraindre la variabilité à court et à long terme de la polarisation de ces objets.
- Cette technique pourra également être utilisée pour étudier la structure nuageuse d'autres naines brunes et d'exoplanètes.
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LE 12.05.2020: Actualité de l'astronomie / La mystérieuse planète 9 existe-t-elle vraiment ?
- Par dimitri1977
- Le 12/05/2020
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La mystérieuse planète 9 existe-t-elle vraiment ?
Laurent SaccoJournaliste
Une neuvième planète se cacherait dans le Système solaire Des astronomes en sont convaincus : il existe une neuvième planète dans les confins du Système solaire. C'est ce qu'indiquent, selon eux, les orbites particulières de plusieurs objets de la ceinture de Kuiper et aussi de la planète naine Sedna, au-delà de Neptune. Les calculs lui donnent une masse comprise entre 5 et 10 fois celle de la Terre. Ce serait une géante de glace, à l’instar de Neptune. Elle serait actuellement dans la région de son orbite très elliptique la plus éloignée du Soleil. Il lui faudrait entre 10.000 et 20.000 ans pour boucler son orbite autour du Soleil.
On se souvient de la petite bombe que deux astronomes du célèbre Caltech, Mike Brown et Konstantin Batygin, ont fait « exploser » dans un article de The Astronomical Journal en janvier 2016. Les deux chercheurs faisaient savoir qu'en analysant les caractéristiques des orbites d'objets transneptuniens, ils en avaient déduit la présence d'une planète géante comparable en masse et en taille à Neptune, à plus de 30 milliards de kilomètres du Soleil. Il pourrait s'agir d'une exoplanète capturée par le Soleil ou d'un corps qui se serait formé, comme les autres, à l'aube de l'histoire du Système solaire et aurait ensuite migré. C'est le champ de gravité de cette géante qui aurait perturbé les orbites des petits corps célestes.
Jusqu'à présent, il a été impossible de découvrir cette neuvième planète dans le Système solaire et ce n'est guère étonnant car elle serait si loin du Soleil qu'en raison d'une des lois de Kepler son mouvement est nécessairement très lent et si on ajoute une luminosité très faible, cela en fait un astre très difficile à identifier sur la voûte céleste. Cela autorise donc toutes sortes d'hypothèses comme celle de l'inexistence de cette nouvelle planète. Mais il faut alors rendre compte des perturbations gravitationnelles qui semblent bien réelles et avoir conduit aux orbites exotiques des objets transneptuniens.
Dans cette vidéo, Batygin et Brown présentaient il y a trois ans leurs travaux sur la possible existence d'une neuvième planète. Notez l'étrange regroupement des orbites des corps de la ceinture de Kuiper les plus lointains connus. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK ». © Caltech
Un disque de petits corps produit par les migrations planétaires ?
C'est précisément cette voie qu'a choisi d'explorer depuis quelque temps Ann-Marie Madigan, une astrophysicienne de l'université du Colorado à Boulder. Notamment avec son étudiant en thèse Alexander Zderic, la chercheuse a déposé récemment sur arxiv deux articles en cours de publication sur ce sujet. Avec ses collègues, elle montre via des simulations numériques de type N corps en mécanique céleste qu'il est possible de rendre compte des observations en postulant l'existence d'un disque annulaire constitué de millions de petits corps glacés qui se serait mis en place il y a plus de 4 milliards d'années, au tout début de l'histoire du Système solaire.
Ce disque contiendrait l'équivalent de 20 fois la masse de la Terre environ mais comme il serait très dispersé, son influence gravitationnelle serait faible et comme elle se serait exercée pendant des milliards d'années, elle aurait fait évoluer lentement mais sûrement les paramètres orbitaux des transneptuniens qui intriguaient Mike Brown et Konstantin Batygin. Ce disque se serait mis en place à cause des migrations planétaires du genre de celles envisagées avec le fameux Modèle de Nice. Ces migrations auraient expulsé sur des orbites lointaines les petits corps célestes dont les restes seraient aujourd'hui dans le disque postulé.
Toujours est-il que Brown et Batygin ne sont pas encore convaincus par ce travail ni par les déclarations de Madigan qui pense que selon le rasoir d'ockham, son hypothèse est la plus probable. Batygin explique ainsi que, selon lui, un tel disque aussi distant du Soleil, à savoir bien au-delà de Pluton, et qui se serait mis en place très tôt dans l'histoire du Système solaire, aurait dû être déstabilisé par les étoiles sœurs du Soleil qui étaient encore relativement proches de lui après sa naissance.
Mais Ann-Marie Madigan a montré que le disque postulé pouvait s'être mis en place suffisamment tardivement malgré tout pour que ces étoiles nées dans le même amas ouvert que le Soleil, il y a plus de 4,5 milliards d'années, aient eu le temps de s'éloigner suffisamment pour laisser le disque de débris glacé relativement stable depuis les derniers milliards d'années.
Mais selon Scott Tremaine, célèbre astrophysicien à l'Institute for Advanced Study de Princeton, il faudrait tout de même qu'au début de son histoire le disque ait contenu environ 20 masses solaires, ce qui n'est en rien évident selon le chercheur. Affaire à suivre donc, en espérant que des instruments comme l'Observatoire Vera-C.-Rubin (Vera C. Rubin Observatory), anciennement nommé Large Synoptic Survey Telescope (LSST, en français « Grand Télescope d'étude synoptique ») nous aideront au cours de cette décennie à y voir plus clair.
Un exposé de Ann-Marie Madigan sur la planète 9. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Seti Institute
CE QU'IL FAUT RETENIR
- Tout comme, en son temps, les anomalies de l'orbite d'Uranus avaient conduit à la découverte de Neptune, deux astronomes ont déduit, de la théorie des perturbations gravitationnelles en mécanique céleste, qu'une neuvième planète d'environ cinq fois la masse de la Terre devait exister à plusieurs centaines d'unités astronomiques du Soleil.
- Il s'agirait de l'équivalente des superterres que l'on observe à foison dans la Voie lactée et qui aurait migré loin du Soleil, tôt dans l'histoire du Système solaire.
- On pourrait faire sa découverte d'ici 2030. Mais selon d'autres astronomes, des simulations numériques soutiennent la thèse que les perturbations gravitationnelles, qui suggèrent sa présence, pourraient être dues à un disque de petits corps glacés bien au-delà de Pluton.
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LE 12.05.2020: Actualité de l'astronomie / La capsule Shenzhou retourne sur Terre en simulant une mission lunaire.
- Par dimitri1977
- Le 12/05/2020
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La capsule Shenzhou retourne sur Terre en simulant une mission lunaire
Rémy Decourt
Journaliste
Mission accomplie. Le premier vol de démonstration du véhicule Shenzhou NG s'est posé avec succès après une mission qui aura duré moins de trois jours. Ce véhicule sera utilisé pour les rotations des équipages à bord de la future station spatiale chinoise et des missions habitées à destination de la Lune.
Après plusieurs orbites autour de la Terre, la capsule Shenzhou NG, dont c'était le premier vol d'essai, est retournée se poser sur la terre ferme le 8 mai. Un succès pour l'agence spatiale chinoise qui a la Lune en point de mire. En effet, cette capsule réutilisable 10 fois doit servir de véhicule d'exploration pour des missions habitées à destination de la Lune et au-delà.
La mission, du décollage au retour sur Terre, a duré 67 heures. Lors de ce vol de démonstration, le véhicule Shenzhou NG a atteint un apogée d'environ 8.000 kilomètres. Un profil de mission qui n'est pas sans rappeler celui du vol d'essai de la capsule Orion de la Nasa Exploration Flight Test-1, réalisé en décembre 2014. Lors de ce vol, la capsule américaine avait atteint une altitude de 5.800 kilomètres, ce qui lui avait permis d'effectuer une rentrée atmosphérique à plus de 32.000 kilomètres par heure.
Le saviez-vous ?
Lors de cette mission, une seconde capsule de plus petite taille était du voyage. Munie d’un bouclier thermique gonflable, elle devait le tester lors de sa rentrée atmosphérique. Mais, le responsable de la mission a reconnu qu'une « anomalie s'est produite aujourd'hui lors du retour », provoquant la perte de la capsule. Une déception, mais évidemment rien d’alarmant. Aucune agence spatiale ne maîtrise cette technologique bien qu’Européens et Américains s’y emploient. L’intérêt majeur d’un bouclier gonflable est le gain de masse qu’il permet.
La capsule Shenzhou NG de retour d'orbite après son premier vol de démonstration. Les techniciens chinois présents sur le site permettent de se rendre compte de la taille et du volume de la capsule. © CASC
Simuler les conditions d’un retour depuis la Lune
L'agence spatiale chinoise a indiqué que la capsule était rentrée dans l'atmosphère à plus 32.100 kilomètres-heure, une vitesse élevée mais nécessaire pour simuler les conditions thermiques et aérodynamiques auxquelles sera exposée la capsule chinoise lors d'un retour depuis la Lune. Le principal objectif de ce vol de démonstration était de recueillir des données sur les performances du bouclier thermique et vérifier si la forme aérodynamique de la capsule (la géométrie) avait été correctement dimensionnée, de façon à garantir une certaine stabilité de l'engin lors de son freinage pendant toute la traversée de l'atmosphère terrestre.
À la différence de la capsule de génération précédente qui n'utilisait qu'un seul parachute, Shenzhou NG a déployé trois parachutes et des coussins gonflables pour garantir un atterrissage en douceur et à « l'endroit », contrairement aux capsules russes Soyouz dont l'atterrissage peut être très mouvementé, voire chaotique.
People's Daily, China✔@PDChina
In video: The trial version of China's new-gen manned spaceship successfully made its re-entry to Earth and returned to its designated landing site at 1:49 pm Friday. (Video: CCTV)
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LE 11.05.2020: Actualité de l'astronomie / Les vols spatiaux à long terme peuvent provoquer des changements durables dans le cerveau des astronautes.
- Par dimitri1977
- Le 11/05/2020
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Les vols spatiaux à long terme peuvent provoquer des changements durables dans le cerveau et les yeux des astronautes
Allant d'une augmentation significative du volume cérébral à une déformation de l'hypophyse, les risques de vols spatiaux à long terme ne doivent pas être sous-estimés.
Par Doug Adler | Publication: mardi 14 avril 2020
SUJETS CONNEXES: VOL ESPACE CREWED | NASA
L'astronaute de l'ESA Alexander Gerst prend un selfie lors d'un EVA à l'extérieur de la Station spatiale internationale en 2014. De nouvelles recherches montrent que lorsque les astronautes passent de longues périodes dans l'espace, leur cerveau et leurs yeux peuvent en souffrir.
NASA / SPL / Barcroft Media
Les chercheurs savent depuis longtemps que les astronautes subissent des changements physiques importants pendant le vol spatial. Ces changements ont été observés pour la première fois sur des animaux d'essai qui se sont aventurés - ou, plus précisément, ont été lancés - dans l'espace avant les humains. Mais des effets similaires ont également été notés chez les astronautes de Mercure peu de temps après.
À ce jour, la plupart des recherches sur la façon dont les vols spatiaux affectent le corps humain se concentrent sur les muscles, les os et le cœur des astronautes. Mais de nombreux astronautes signalent également des changements dans leur acuité visuelle après un vol spatial - une condition connue sous le nom de syndrome neuro-oculaire associé au vol spatial , ou SANS. Les astronautes avec SANS peuvent développer une vision altérée à courte distance, avoir des maux de tête et / ou voir des taches floues flottantes appelées scotomes.
Maintenant, une nouvelle étude a évalué comment les vols spatiaux à long terme sont liés aux changements communs observés dans les crânes des astronautes, qui affectent à la fois leur cerveau et leurs yeux. Les chercheurs ont également étudié comment ces changements intracrâniens pourraient être liés au SANS, révélant des résultats surprenants. Les nouvelles découvertes ont été publiées mardi dans la revue Radiology .
Les dangers du vol spatial à long terme
Pour mener à bien l'étude, les chercheurs ont collecté des données pour 11 astronautes - 10 hommes et une femme - qui ont vécu à bord de la Station spatiale internationale (ISS) pendant de longues périodes. En moyenne, les astronautes sont restés sur l'ISS pendant 171 jours, et cinq des sujets avaient également une expérience de vol spatial. Avant leurs missions, les astronautes ont subi des examens d'imagerie par résonance magnétique (IRM) qui ont capturé des images cérébrales de contrôle en amont. Ensuite, ils ont eu des examens IRM supplémentaires un, 30, 90, 180 et 360 jours après leur retour sur Terre.
"Nous avons émis l'hypothèse des études IRM précédentes des yeux qu'une pression intracrânienne élevée pendant le vol spatial pourrait potentiellement contribuer aux changements de vision pour les astronautes", Larry Kramer, professeur à la McGovern Medical School de l'Université du Texas Health Science Center à Houston et responsable auteur de l'étude, a déclaré dans un communiqué UT Health News . "Et nous voulions documenter s'il y avait des changements dans le cerveau qui pourraient soutenir cette théorie."
En comparant et en contrastant les scans pré-vol et post-vol, les chercheurs ont trouvé des changements statistiquement significatifs dans plusieurs organes et structures clés.
La comparaison entre les examens IRM en amont et en aval a révélé des changements mineurs mais significatifs dans le cerveau des astronautes lors de vols spatiaux à long terme.
Radiologie 2020; 00: 1–9 («Effets intracrâniens de la microgravité: une étude IRM longitudinale prospective»)
Premièrement, le volume global du cerveau des astronautes a augmenté (en particulier la substance blanche), tout comme le volume de leur liquide céphalorachidien (LCR), le liquide qui baigne notre cerveau et nos moelles épinière. Les deux augmentations étaient de l'ordre d'environ 2%.
L'équipe a également noté que davantage de LCR circulait dans le cerveau des astronautes après le vol. De même, le volume de leurs ventricules, qui sont les cavités qui transportent le LCR dans le cerveau, a également augmenté. Ces augmentations de volume et de débit peuvent être faibles, mais les chercheurs pensent qu'elles sont toujours significatives. Et, de plus, les changements semblaient durer pendant toute la durée de l'étude post-vol.
Une autre découverte intrigante a été que pour six des 11 astronautes, la taille et la forme de leurs glandes pituitaires - qui servent d'une sorte de «contrôleur maître» pour une variété d'hormones utilisées dans tout le corps - ont également changé. Selon les chercheurs, la forme morphologique des glandes pituitaires pourrait indiquer une augmentation de la pression du fluide dans le cerveau. Et cette augmentation de la pression des fluides, disent-ils, pourrait être une des causes profondes du SANS.
Cependant, Kramer admet en astronomie que la cause profonde du SANS peut encore être plus complexe qu'une simple augmentation de la pression intracrânienne. Et c'est en partie parce que les astronautes ne ressentent pas la même gamme de symptômes que les personnes ayant une pression intracrânienne accrue sur Terre. De plus, l'hypophyse réside également à côté du nerf optique, qui transporte les intrants des yeux vers le cerveau. Il est donc possible que la glande pituitaire appuie sur le nerf optique plus que d'habitude pendant le vol spatial, provoquant en partie les astronautes de ressentir les symptômes visuels du SANS.
Un pas sur la route de l'espace lointain
Grâce à ces travaux, les scientifiques ont franchi une nouvelle étape vers la compréhension de l'impact des vols spatiaux sur le corps humain. Et bien que l'étude des humains dans l'espace ait commencé il y a plus d'un demi-siècle, elle se poursuivra certainement aussi longtemps que nous nous efforcerons d'atteindre Mars et au-delà . Les changements à long terme trouvés dans cette nouvelle recherche peuvent entraîner des changements structurels aux yeux des astronautes, une cause potentielle de SANS. En d'autres termes, lorsque vous êtes dans l'espace assez longtemps, vos yeux peuvent souffrir à mesure que le cerveau grossit.
Mais à quel point ces changements auraient-ils un impact sur une mission à long terme sur une autre planète?
Un obstacle difficile à l'établissement d'une colonie humaine sur Mars peut être que la gravité relativement faible de la surface martienne (environ 40% de celle de la Terre) peut ne pas être assez forte pour repousser SANS, qui est une condition courante que les astronautes rencontrent souvent pendant de longs séjours sur la Station spatiale internationale.
NASA
Un bon chiffre approximatif pour la durée de la mission sur Mars avec équipage est d'environ 200 jours dans chaque sens, plus le temps passé sur la surface martienne. (Au total, ce serait beaucoup plus long que les astronautes ont passé sur l'ISS dans le cadre de la nouvelle étude). Vraisemblablement, lorsqu'un équipage humain arrive sur la planète rouge, il doit rester mentalement vif et en bonne forme physique pendant la durée de son séjour. Et parce que le SANS a tendance à détériorer la vision à courte distance des astronautes, il pourrait nuire à leur capacité à effectuer des tâches d'une importance vitale - à la surface et lors de voyages vers et depuis Mars.
L'acuité visuelle des astronautes effectuant une telle mission serait cruciale à de nombreuses phases clés du vol - y compris le rendez-vous, l'amarrage, l'atterrissage et le lancement. De plus, alors que la gravité de la Lune est à peine 17% aussi forte que celle de la Terre, la gravité de Mars n'est encore que d'environ 38% aussi forte que celle de la Terre. Cela suggère que les changements cérébraux et oculaires induits par les vols spatiaux pourraient s'aggraver progressivement après l'atterrissage des astronautes sur la surface lunaire ou martienne, car ils seraient encore loin de connaître la gravité terrestre totale.
Contre-mesures à SANS
Bien que les scientifiques ne connaissent peut-être pas les effets à long terme de la vie à la surface de la Lune ou de Mars, il existe heureusement des traitements pour les SANS qui existent déjà, y compris des lunettes spéciales qui corrigent les altérations de la vision à courte distance.
Ces lunettes spéciales, appelées lunettes d'anticipation de l'espace , ou lunettes SuperFocus, ont une distance focale réglable qui peut être personnalisée en fonction des besoins de l'utilisateur. D'autres options de traitement potentielles comprennent le médicament acétazolamide, qui est utilisé pour traiter le glaucome - une condition où les yeux subissent une augmentation malsaine de la pression interne. Et Kramer dit que d'autres contre-mesures sont toujours en cours de développement pour lutter contre les changements physiques observés chez les astronautes.
La nouvelle étude, sans décrire de nouvelles options de traitement pour les astronautes avec SANS, suggère une raison possible pour laquelle elle se développe. Et parce que les changements observés ont duré longtemps après le retour des astronautes sur Terre, les chercheurs disent qu'en allant de l'avant, il est nécessaire de garder un œil sur les mesures préventives et les traitements alternatifs à long terme.
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LE 11.05.2020: Actualité de l'astronomie / Exobiologie : la vie pourrait exister dans les atmosphères d'hydrogène.
- Par dimitri1977
- Le 11/05/2020
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Exobiologie : la vie pourrait exister dans les atmosphères d'hydrogène
Laurent Sacco
Journaliste
Sommes-nous certains que la vie ne peut vraiment se développer que dans une atmosphère dominée par l'azote et l'oxygène comme c'est le cas sur la Terre ? Des expériences en laboratoire prouvent que, même sur des exoplanètes avec des atmosphères dominées par l'hydrogène moléculaire, des micro-organismes terrestres peuvent prospérer sans problème. Futura a demandé des précisions à ce sujet à l'astrophysicien Franck Selsis.
On reproche parfois aux exobiologistes d'être dans la situation de l'homme qui, ayant perdu ses clés dans une soirée en ville, les cherche sous un réverbère au motif que c'est seulement sous sa lumière qu'il a une chance de les retrouver ! Transposée à la recherche de la vie ailleurs, cette idée pourrait nous aveugler et nous conduire à penser que seules des formes de vie ressemblant beaucoup à celles qui nous sont familières sur Terre, et dans des environnements très répandus, sont possibles.
Le risque est réel mais d'un certain côté, ce qui nous intéresse vraiment, c'est de savoir à quel point des formes de vie similaires à celles qui sont connues sont répandues dans le monde des exoplanètes ; d'un autre côté, on envisage tout de même des formes de vie extrêmophiles et on spécule même sur des formes jamais vues, par exemple, basées peut-être sur le concept d’azotosome. De même, cela n'a pas empêché des biochimistes, à l'instar d'Isaac Asimov -- qui n'était pas seulement qu'un des plus célèbres auteurs de science-fiction --, de spéculer sur des formes de vie qui ne seraient pas basées sur l'eau liquide, notamment comme dans l'essai qu'il a écrit en 1962, Not as We Know It .
Aujourd'hui, c'est l'astronome et planétologue canado-américaine, Sara Seager, bien connue pour ses travaux sur l'étude des exoplanètes et de leurs atmosphères, qui tente de repousser avec ses collègues dans un article publié dans Nature Astronomy, les frontières du paradigme des recherches d'une vie extraterrestre.
Sara Seager nous parle de ses recherches en exobiologie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, MIT
Des superterres avec une atmosphère d'hydrogène ?
L'atmosphère de la Terre est dominée depuis un peu plus de deux milliards d'années par l'azote et l'oxygène mais il y a plus de 4 milliards d'années, on trouvait plutôt un mélange de vapeur d'eau, de dioxyde de carbone et d'azote. Plus tôt au début de l'Hadéen, les choses sont moins claires mais si l'on pense aux atmosphères des géantes gazeuses formées directement à partir du gaz du disque protoplanétaire, on peut penser que d'importantes quantités d'hydrogène et d'hélium étaient présentes avant de rapidement quitter notre Planète, son champ de gravité étant trop faible pour garder ces gaz légers.
Toutefois, il existe des superterres avec donc des champs de gravitation plus intenses et on connait aussi plusieurs scénarios astrochimiques qui pourraient conduire à l'existence d'atmosphère contenant d'importantes quantités d'hydrogène moléculaire H2, comme l'expliquent Sara Seager et ses collègues dans l'introduction de leur article dans Nature Astronomy.
Ainsi, beaucoup de dihydrogène pourrait avoir été produit par des réactions entre de l'eau et d'importantes quantités de fer apportées par un bombardement météoritique de matériaux primitifs riches en fer (par exemple, comme les météorites chondritiques EH). Enfin, on sait que le rayonnement ultraviolet des étoiles peut photo-dissocier des molécules d'eau en donnant des molécules H2 et O2. Si le champ de gravité d'une superterre est suffisamment important et si elle possède un bouclier magnétique capable de la protéger, dans une certaine mesure de l'érosion de son atmosphère par l'activité de son étoile hôte, alors il est possible d'avoir là aussi une atmosphère contenant beaucoup d'hydrogène.
De même, des calculs laissent penser qu'une exoplanète de quelques masses terrestres situées au-delà d'environ 2 UA de son soleil et de son rayonnement destructeur X et ultraviolet peut maintenir une atmosphère H2-He primordiale héritée de son disque protoplanétaire et sous une pression de 1 à 100 bars, à condition que la planète ait un champ magnétique protecteur.
Sara Seager et ses collègues ont donc voulu savoir si des formes de vie pouvaient prospérer dans des atmosphères riches en dihydrogène et pour cela, ils ont tout simplement fait des expériences avec des micro-organismes bien connus sur Terre, la fameuse bactérie Escherichia coli, un simple procaryote, et la levure, un eucaryote plus complexe, qui n'avaient pas été étudiées dans des environnements dominés par l'hydrogène.
Ces organismes unicellulaires ont donc été placés dans un bouillon nutritif surmonté dans des bouteilles par des équivalents de différentes atmosphères d'exoplanètes avec, respectivement, de l'hydrogène pur, de l'hélium pur, un mélange de 80 % d'azote et 20 % de dioxyde de carbone, et un dernier jeu de bouteilles avec l'air de la Terre. Régulièrement, les chercheurs ont retiré des échantillons de certains de ces organismes avec une aiguille hypodermique pour compter combien étaient vivants. Ils ont constaté que tous se sont répliqués dans toutes les atmosphères testées.
Bien sûr, c'est exactement ce à quoi les biologistes pouvaient s'attendre car il est bien connu que E.coli et les levures peuvent se développer sur Terre en l'absence d'oxygène mais, en l'occurrence, les expériences montraient de façon claire, et donc plus susceptible d'aider à changer un paradigme, que l'on pouvait ne pas se limiter à chercher des formes de vie dans des atmosphères similaires à celle de la Terre actuelle.
C'est d'autant plus vrai que des atmosphères dominées par de l'hydrogène peuvent s'étendre beaucoup plus loin au-dessus de la surface d'une exoplanète, ce qui rend sa détection et son analyse bien plus faciles pour la prochaine génération d'instruments, en particulier le télescope spatial James Webb. Enfin, les chercheurs ont constaté qu'en se développant les Escherichia coli ont produit de l'ammoniac, du méthanethiol et de l'oxyde nitreux, ce qui est inspirant pour définir des biosignatures possibles de formes de vie.
Les explications plus détaillées de Franck Selsis sur le problème de la détection et de l'interprétation des biosignatures. © Académie des Sciences
La difficile question des biosignatures avec des exoplanètes
La question des biosignatures n'est pas triviale. Rappelons ce que l'astrophysicien Franck Selsis, qui étudie les atmosphères planétaires et l'exobiologie au Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, nous avait répondu et ce qu'il avait expliqué à Futura, dans un précédent article, dans lequel nous lui demandions s'il est possible de détecter la vie en étudiant la composition d'une atmosphère :
« Vaste question sur laquelle je suis extrêmement prudent. Comme Carl Sagan, je pense que, à une affirmation extraordinaire, il faut une preuve extraordinaire. Pour vous répondre, il faudrait avoir une définition convaincante de ce que doit être une biosignature -- j'écarte ici la question d'une technosignature qui est une autre question. Avec le télescope James Webb, ou à plus long terme avec le futur télescope géant européen (l'E-ELT, European Extremely Large Telescope), nous pourrons peut-être détecter des constituants de l'atmosphère d'exoplanètes telluriques tempérées, dont certaines sont en lien avec le caractère habitable de la Terre ou avec l'activité biologique (eau, oxygène, ozone, méthane, dioxyde de carbone).
Mais, pourra-t-on affirmer pour autant la présence d'une forme de vie si, par exemple, la teneur en oxygène est similaire à celle de l'atmosphère de la Terre ?
Peut-être, mais cela impliquerait de nombreuses observations complémentaires et beaucoup de temps. Je me suis précisément posé la question de ce que devrait être une bonne biosignature dans mon travail de thèse. Prenons l'exemple d'une planète qui serait aussi massive que Vénus et initialement riche en eau. Le rayonnement de son étoile pourrait avoir dissocié les molécules d'H2O laissant partir dans l'espace les molécules de H2 mais retenant dans l'atmosphère les molécules d'O2, du fait de sa gravité. On aurait donc une atmosphère riche en oxygène et pour autant, son origine ne serait pas biologique -- incidemment, l'oxygène de Vénus semble, probablement, avoir migré dans son manteau.
Plus généralement, qu'est-ce qui pourrait nous assurer que des molécules généralement associées à la vie n'ont pas été produites par des processus abiotiques (sans intervention du vivant) ? Pour tenter d'éviter ce problème, j'ai proposé de chercher à détecter tout à la fois des molécules d'ozone, de gaz carbonique et d'eau. Mais, d'une part, c'est une signature terrestre très spécifique et le vivant pourrait générer d'autres compositions. Et, d'autre part, ce n'est pas parce que je ne suis pas parvenu à obtenir par simulation des atmosphères d'exoplanètes avec cette signature par des processus non biologiques que ce n'est pas possible. Rien ne dit que mon exploration des phénomènes possibles est exhaustive.
Je pense donc qu'il faudra attendre d'avoir analysé et bien compris les atmosphères d'un très grand nombre d'exoplanètes avant de pouvoir raisonnablement se dire capable de reconnaître de façon indiscutable une atmosphère transformée par la vie ».
Que pense aujourd'hui Franck Selsis de la publication de Sara Seager ? Nous lui avons demandé et voici ses commentaires.
L'astrophysicien Franck Selsis étudie les atmosphères planétaires et l'exobiologie. © Benjamin Pavone
Futura-sciences : Comment peut-on justifier le choix fait par Sara Seager de faire des expériences avec des atmosphères d'hydrogène ?
Franck Selsis : La première raison est que, dans ce type d'atmosphères, il y a des réactions chimiques conduisant à une chimie du carbone très riche et pouvant produire des molécules servant de briques au vivant. Outre les nombreuses observations astronomiques qui le démontrent, la fameuse expérience de Miller-Urey au début des années 50 a illustré ce phénomène en produisant des bases azotés et des acides aminés dans un mélange gazeux de méthane (CH4), ammoniac (NH3), hydrogène H2 et eau H2O, soumis à des décharges électriques. Urey et Miller postulaient alors que ce devait être la composition de l'atmosphère primitive terrestre. Si l'on a très peu de contraintes sur la composition primordiale de notre atmosphère, ce scénario ne semble plus pertinent bien que l'hydrogène a pu être un constituant, minoritaire mais important, de cette atmosphère.
La deuxième raison poussant à considérer des atmosphères dominées par H2 vient du fait qu'avec une molécule aussi légère, ces atmosphères sont épaisses et s'étendent loin de la surface des exoplanètes. Cela facilite grandement l'analyse de la composition de l'atmosphère d'exoplanètes lors de transits. Aujourd'hui, les seules atmosphères d'exoplanètes que nous pouvons analyser sont dominées par l'hydrogène moléculaire, surtout pour des planètes géantes et chaudes mais, avec le télescope James Webb, nous pourrons tenter l'analyse d'atmosphères de planètes plus terrestres, en particulier celles de l'étoile TRAPPIST-1.
Enfin, on sait aussi que des atmosphères d'hydrogène avec des pressions comprises entre 10 et 100 bars, soit entre 10 et 100 fois celles de l'atmosphère terrestre, permettent l'existence d'eau liquide sur une exoplanète pourvu que l'insolation de la planète soit très faible. L'hydrogène moléculaire étant un gaz à effet de serre très efficace à haute pression, il permet même de considérer le cas d'exoplanètes habitables loin de leurs étoiles hôtes.
Franck Selsis : Nous sommes certains du contraire puisque la vie prédate l'accumulation d'oxygène dans l'atmosphère.
Futura-sciences : On peut penser que d'importantes quantités d'hydrogène et d'hélium étaient présentes avant de rapidement quitter notre Planète, son champ de gravité étant trop faible pour garder ces gaz légers.
Franck Selsis : La Terre s'est formée en environ 100 millions d'années. Le disque protoplanétaire ne persiste pas au-delà de 10 millions d'années. Donc, la Terre n'a pas pu accréter du gaz de la nébuleuse. Les planètes géantes, elles, se forment très vite, d'une façon encore mal comprise. Pour qu'une superterre possède une atmosphère épaisse d'hydrogène capturée à la nébuleuse, il faut qu'elle se forme également très vite. Ce qui est possible : elles pourraient se former comme une géante mais son grossissement est avorté pour une raison ou une autre : par exemple, la dissipation du disque.
Futura-sciences : Les travaux publiés dans Nature astronomy apportent-ils quelque chose de nouveau ?
Franck Selsis : Pas vraiment, cela fait longtemps que l'on a fait des expériences similaires avec des micro-organismes sous des atmosphères différentes. On a constaté d'ailleurs que ces micro-organismes pouvaient s'adapter en changeant de métabolisme à partir du moment où ils disposaient d'eau et de sources de nourriture. On ne sait pas vraiment s'il s'agit d'une mémoire de l'histoire primitive de l'apparition de la vie, une hypothèse tout de même peu probable car on ne voit pas bien, étant donné la façon dont fonctionne l'évolution, comment ces capacités auraient pu perdurer pendant des milliards d'années alors que les conditions d'apparitions de la vie sur la Terre primitive ont disparu. Cette capacité de changer de métabolisme pourrait donc être héritée des divers environnements possibles sur la Terre actuelle.
Dans les expériences qui ont été faites, les micro-organismes sont mis en culture donc avec de l'eau, ce qui veut dire qu'on ne doit pas en fait considérer des atmosphères purement d'hydrogène moléculaire. Il doit aussi y avoir de la vapeur d'eau.
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