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 LA ZONE D’HABITABILITE

Autour de chaque étoile, il existe théoriquement une zone ou les conditions physiques (température en particulier) sont compatibles avec l'existence de la vie, du moins telle que nous la connaissons.

Dans cette zone, la température est suffisamment élevée pour que l'eau puisse exister à l'état liquide à la surface des planètes, mais également suffisamment basse pour que la planète ne soit pas une fournaise. La position de cette zone d'habitabilité, ainsi que son extension, dépendent fortement des caractéristiques de l'étoile centrale (masse, température de surface, dimensions).

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Le cas du système solaire

En ce qui concerne notre système solaire, la limite inférieure de la zone d'habitabilité est une orbite légèrement plus interne que l'orbite de notre planète, et qui est située à 142 millions de kilomètres du soleil (la Terre évoluant à 150 millions de kilomètres). La limite extérieure, située à 235 millions de kilomètres du soleil, dépasse un peu l'orbite de Mars. La zone d'habitabilité du soleil englobe donc seulement 2 planètes, sur les 9 que compte le système solaire : la Terre, à l'extrémité chaude (température moyenne de surface : +14°C) et Mars, à l'extrémité froide (température moyenne de surface : -53°C). Comme un rapide tour d'horizon du système solaire le démontre facilement, les planètes situées au-delà de la limite chaude sont de véritables enfers, tandis que les astres orbitant à l'extérieur de la limite froide sont des mondes gelés, ou l'eau ne peut exister à l'état liquide. Cependant, chaque règle a ses exceptions, et nous allons voir que plusieurs paramètres peuvent faire subtilement varier l'étendue de la zone d'habitabilité.

Effet de serre et albédo

La température de surface d'une planète dépend directement du flux solaire reçu. Plus la planète est éloignée de son étoile, moins elle recevra d'énergie, et plus elle sera froide. Pour calculer la température régnant au sol, il faut cependant tenir compte d'un autre paramètre : le flux de chaleur perdu dans l'espace par le rayonnement thermique de la planète. Comme tout corps chauffé, une planète rayonne dans l'infrarouge, et disperse ainsi une partie de sa chaleur. Or le rayonnement infrarouge peut-être atténué par des gaz à effets de serre comme le dioxyde de carbone (CO2) ou le méthane (CH4). Ces molécules sont capables d'absorber le rayonnement infrarouge et d'empêcher ainsi sa fuite dans l'espace : ils contribuent donc à réchauffer la planète, qui sans eux serait beaucoup plus froide. Une planète évoluant à la frontière froide de la zone d'habitabilité peut donc parfaitement offrir des conditions très clémentes si elle possède une atmosphère riche en gaz à effets de serre.

L'englacement d'une planète peut jouer le rôle contraire. Si une planète est presque entièrement recouverte de glaciers, elle réfléchira une grande quantité de rayons solaires dans l'espace (l'albédo de la neige, c'est à dire le rapport entre l'énergie réfléchie sur l'énergie reçue, est effectivement très élevé). Une planète en train de se refroidir peut donc devenir de plus en plus défavorable à l'apparition de vie, si son eau se transforme en glace et que cette glace renvoie de plus en plus de rayons solaires vers l'espace ...

Pour l'apparition de la vie, il est également préférable qu'une planète possède une orbite circulaire, de manière à ne pas subir des variations importantes de l'énergie reçue du soleil nourricier.

Ecosystèmes souterrains

Jusqu'à présent, nous avons relié la zone d'habitabilité aux températures de surface, relation qui semble légitime étant donné que la majorité des êtres vivants sur Terre vivent à proximité de la surface. Depuis quelques décennies, les biologistes ne cessent cependant de découvrir des microorganismes vivants à grande profondeur, que ce soit au fond des océans ou au sein de la croûte continentale. Dans ces régions obscures et inhospitalières, la principale source d'énergie n'est plus le soleil, mais la chaleur apportée par des poches de magmas. Pour ces microorganismes, les conditions régnantes en surface n'ont aucune espèce importance : il leur suffit que la planète sur laquelle ils vivent possède une taille suffisante pour acquérir et conserver une activité géologique sur une période de temps très importante. La taille d'une planète n'ayant pas de rapport avec sa distance à l'étoile centrale, le concept de zone d'habitabilité perd ici une bonne partie de sa signification ...

La découverte d'un intense volcanisme sur Io, l'une des quatre grosses lunes de Jupiter, a également eu pour effet d'étendre la zone d'habitabilité. Située à environ 800 millions de kilomètres du soleil, Io aurait du être une lune gelée. Or il n'en est rien, car ce satellite est constamment tiraillé, malaxé, par les marées joviennes. Cette déformation perpétuelle par des mains extrêmement puissantes dégage une très forte chaleur, et contre toute attente, Io est l'astre le plus volcanique de tout le système solaire. Les satellites orbitant à proximité de Jupiter, comme Europe, pourraient donc représenter des îlots de vie situés bien à l'écart de la zone d'habitabilité.

Rien ne sert de courir ...

Pour finir, précisons un dernier point à propos de la zone d'habitabilité : celle-ci n'est pas fixe dans le temps. Les étoiles sont des astres qui naissent, vivent et meurent, et certaines d'entre elles ont une vie très mouvementée et très courte. Or les biologistes estiment que la vie ne peut apparaître qu'au sein d'environnements relativement stables sur des périodes de temps très longues, de quelques centaines de millions d'années. Ainsi, si une super géante bleue possède de nombreuses planètes telluriques dans sa zone d'habitabilité, il est peu probable que la vie puisse s'établir sur celles-ci. Les premiers assemblages moléculaires auraient à peine le temps d'apparaître que les planètes seraient déjà soufflées par l'explosion de l'étoile

Ces considérations sont également valables pour notre Soleil. Ainsi, dans 2 à 3 milliards d'années, lorsque celui-ci se transformera en géante rouge, la zone d'habitabilité se déplacera brutalement vers l'arrière. La Terre se retrouvera alors bien au-delà de la frontière chaude, et notre globe sera incinéré. Le malheur des uns profitant souvent au bonheur des autres, un astre jusqu'à présent gelé se verra offrir une seconde chance. Anéantie sur Terre, la vie prendra peut-être sa revanche sur le plus gros des satellites de Saturne, Titan. Mais la encore rien n'est sur car il y a la possibilité que la Terre ce deplace lentement en s'eloignant du soleil qui grandit. Suivant les zones de gravité exercer par le soleil. Ainsi d'ailleurs que tout le systeme solaire

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Vue de la surface de Mercure, obtenue par la sonde Mariner 10. Cuite par le soleil, cette planète est un monde désert et sans vie (Crédit photo : NASA/JPL).

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La planète Vénus observée dans l'ultraviolet par le télescope spatial Hubble. Avec une température au sol de 465°C et une pression de 90 bars, Vénus est un véritable enfer ! (Crédit photo : NASA/HST).

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Les astronomes sont de plus en plus convaincus qu'Europe n'est pas le seul satellite de Jupiter à posséder un océan d'eau liquide sous une croûte de glace. Soumis à des effets de marées, Ganymède et Callisto renfermeraient également un océan souterrain. Cependant, ce dernier serait pris en sandwich entre deux couches de glace (une couche supérieur de basse pression, et une couche inférieure de haute pression), alors que le fond de l'océan d'Europe serait au contact d'une couche rocheuse, ce qui augmente d'autant sa similitude avec nos océans terrestres

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Une sonde conçue pour explorer l'océan souterrain d'Europe. Après s'être frayé un passage au travers de la croûte de glace, le vaisseau libérerait un petit sous-marin bardé d'instruments scientifiques


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