English English English        Réduire la page        Agrandir la page          page plus lisible  

Epistémologie Generale        Chapitre VIII-3       

 

VIII-3 Les conditions (connues) pour la vie sur une planète

Une fois que les planètes existent dans un système, il nous faut savoir si il règne des conditions adéquates à leur surface: température, eau, énergie, composition chimique, etc. Ce chapitre tente d'évaluer la probabilité que cela se produise. C'est le facteur ne dans l'équation de Drake: parmi les planètes convenablement placées, la fraction d'entre elles qui peuvent potentiellement se prêter à la vie (facteur astronomique) (chapitre VIII-1)

époque de formation de l'étoile

La découverte récente d'un système planétaire autour d'une étoile très ancienne de faible métallicité, Kepler-444, âgée de 11,2 milliards d'années, montre que presque toutes les étoiles peuvent héberger des planètes de la taille de la Terre. L'explication est peut-être que le processus de formation des planètes n'utilise pas toute les roches et métaux disponibles, mais une proportion fixe (statistiquement) de la masse des étoile. Cela peut faire que presque toutes les étoiles auraient (statistiquement) des planètes de même taille, sauf quelques très anciennes étoiles de très faible métallicité. Ce qui fait que l'âge de l'étoile n'importe pas dans l'équation de Drake. À la rigueur, ce sont les étoiles de haute métallicité, les plus récentes, qui seraient les plus susceptibles de produire des «monstres», c'est-à-dire des systèmes solaires avec des planètes excentriques géantes, qui excluent les planètes habitables.

 

En outre, le fait que des étoiles beaucoup plus âgés que le Soleil puissent avoir des planètes a une conséquence intéressante: des civilisations peuvent exister depuis des milliards d'années.

Ce qui rend très probable de trouver des civilisations dans le grand halo de vieilles étoiles de faible métallicité (population II) de notre galaxie.

 

Donc la contribution de ceci à ne est 1 dans tous les cas.

Type d'étoile

Étant donné que toutes les étoiles de la séquence principale ont une «zone Goldilock» où la température est optimale, leur taille n'est pas pertinente dans le calcul de la probabilité de trouver la vie. Cependant, nous trouvons que leur couleur est très importante. Tant que l'on s'en tient aux étoiles de la séquence principale stable, nous avons:

-Des étoiles bleues et blanches (spectres O, B, A et F) qui ont une courte durée de vie, en tous cas plus courte que ce que la vie a eu besoin pour apparaître sur terre (4,5 milliards d'années). Nous ne pouvons exclure que des civilisations puissent apparaître beaucoup plus rapidement, mais tout de même nous pouvons décompter ces étoiles en toute sécurité, puisqu'elles ne sont que 4% de toutes les étoiles.

-Des étoiles jaunes (spectre G, comme le Soleil, ou spectre K) qui sont adaptées sans restriction. Elles comptent pour 20% du total.

-Des étoiles rouges (naines rouges) de spectre M, qui sont les plus nombreuses, 76%. Cependant, leur lumière rougeâtre se prête moins à la photosynthèse. Où placer la limite exactement? C'est une expérience simple à faire: cultiver les plantes avec les lampes à incandescence. Cette expérience a été faite plusieurs fois par des amateurs d'herbes illégales, et elle fonctionne très bien avec des lampes à 3300°K. Cependant la sagesse n'était pas vraiment le but de ces cultivateurs, et nous ne connaissons donc pas la limite basse basse de température (toujours une expérience simple à faire, par un amateur). Nous ne pouvons donc que garder la valeur de 3300°K et la combiner avec la gamme de température des étoiles de type M: de 2400 à 3700°K. Puisqu'elles sont 76% du total, nous obtenons qu'environ 30% des étoiles sont de type M plus chaudes que 3300°K, et capables de faire pousser les plantes tropicales de la Terre. Il s'agit d'une limite pessimiste: la valeur exacte est nécessairement plus importante, du fait que l'expérience ci-dessus n'a pas été faite correctement, ou de par la possibilité aujourd'hui invérifiable de photosynthèse adaptée à des températures de couleur encore plus basses.

Le total est donc un très sûr minimum de 50% des étoiles en mesure d'accueillir la photosynthèse. Ce sous-facteur compte dans ne.

À noter que toutes les étoiles des 50% restants peuvent toujours accueillir des bactéries utilisant des sources d'énergie volcanique. Mais je ne vois aucun moyen pour développer des civilisations sans une puissante source d'énergie comme la photosynthèse. En particulier le système nerveux lui-même est apparu sur Terre uniquement à la suite de la photosynthèse: nos neurones avides d'énergie ont besoin de la source d'énergie rapide de l'oxygène concentré.

 

Ces considérations sur le type étoile font que les meilleurs endroits pour chercher la vie extraterrestre évoluée et les civilisation sont le grand halo externe de notre galaxie, ou les grandes galaxies elliptiques, plutôt que les étoiles du disque, qui sont nos voisines proches. Malheureusement, elles sont au moins à des milliers années-lumière, ce qui les rend très difficiles à détecter. Ce qui peut suffire à expliquer pourquoi nous ne les avons pas encore trouvés.

 

(Ajouté le 23 Aout 2018) J'ai finalement tenté l'expérience: cultiver des plantes à la lumière de Trappist. Cette étoile étant parmi les naines rouges les plus froides, alors si ça marche toute naine rouge peut accommoder la photosynthèse, et donc la vie intelligente. J'ai utilisé des lampes à incandescence, alimentées en tension réduite, afin qu'elles aient la même température que Trappist. Comme plante, j'ai utilisé des radis, simplement parce qu'ils poussent vite (et qu'ils sont légaux, he he he). L'expérience a très bien fonctionné, les plantes produisant 25 fois plus de matière sèche que les graines, en sept semaines. Le principal problème a été la chaleur des lampes, problème qui se pose aussi sur Trappist. Egalement les radis ont poussé en tige au lieu de bulbes, probablement un mode «recherche de lumière».

Inclure l'ensemble des naines rouges parmis les étoiles susceptibles d'héberger des extraterrestres double leur nombre, par rapport aux valeurs ci-dessus. Cela rapproche (statistiquement) nos plus proches voisins de 20%. (Je n'ai pas mis ces chiffres à jour dans les chapitres suivants)

Place par rapport au soleil

Les premiers systèmes planétaires trouvés étaient, en quelque sorte, des exceptions: de très grosses planètes, ou très proches de leur soleil. Les autres systèmes, comme le montrent les plus récentes découvertes, sont plus réguliers: semblables au nôtre, avec des planètes plus ou moins régulièrement espacés selon une loi de Titus Bode, dans une large gamme de distances et de températures, du froid glacial au feu. Ceci a une conséquence importante: dans ces systèmes, nous sommes très sûrs de trouver une planète rocheuse dans la «zone Goldilock», là où elle reçoit assez de soleil pour faire fondre la glace, mais pas au point de la faire bouillir. Ce qui fait en gros une valeur de 1 à ce sous-facteur, et peut-être davantage, car il peut y avoir deux planètes dans la zone Goldilock. Certains spécialistes affirment 2, mais il s'agit d'un maximum optimiste.

Toutefois ce raisonnement tient pour des planètes de type Terre. Nous pouvons aussi avoir des lunes autour de grosses planètes, ce qui augmente aussi la valeur. Mais des planètes géantes dans la zone Goldilock n'ont pas l'air si communes, de sorte que nous pouvons omettre cette possibilité.

La Terre est une planète de «ciel clair». Autrement dit, il a peu de gaz à effet de serre, et la lumière du Soleil atteint directement le sol. On peut toutefois trouver une situation très différente: une atmosphère plus épaisse permet davantage d'effet de serre. Ces «planètes à effet de serre» peuvent alors porter la vie beaucoup plus loin de leur soleil. L'inconvénient est que la lumière du soleil est alors réduite: moins de lumière de l'étoile, à travers une atmosphère épaisse et nuageuse. En théorie, une planète comme Vénus, ou une lune comme Titan, auraient une température propice à la vie, si elles étaient, disons, dans la ceinture d'astéroïdes. Cependant, la lumière du soleil atteignant leur sol y serait inférieure à 1% du niveau de la Terre, ce qui rendrait la photosynthèse impossible. Les expériences précédentes sur les mauvaises herbes devraient nous dire où est la limite exacte, mais dans une estimation nous pouvons retirer ces planètes d'une estimation pessimiste.

 

L'eau liquide a besoin d'une gamme relativement étroite de température (qui est plus large que ce que l'on pense généralement, puisque les sels ou des molécules «antigel» peuvent la garder liquide aussi bas que -50°C, tandis que des hautes pressions peuvent la maintenir liquide à des centaines de degrés). Cependant il n'est pas sûr du tout que de la vie complexe puisse évoluer à des températures très différentes des nôtres. Nous connaissons des poissons vivant à 0° C et des bactéries vivant dans l'eau bouillante, mais est-il possible que des cerveaux et des génomes complexes puissent fonctionner à 110°C, ou dans des saumure à -50°C? C'est loin d'être démontré, et les extrêmes observées sur Terre sont les oiseaux à 42°C et des poissons à 0°C. (Les poissons ont un système nerveux plus lent que le nôtre, mais c'est par manque d'oxygène, pas à cause de la température. Leur cerveau peut fonctionner aussi vite que le nôtre, mais seulement en brèves impulsions, car leur respiration ne permet pas un apport continu d'oxygène). Cela fait 40% seulement de la plage des 100°C, et donc seulement 40% de la zone Goldilock telle qu'elle est habituellement calculée. Heureusement, ce peut être beaucoup plus, puisque les planètes présentent généralement une large gamme de températures (une planète chaude peut avoir des zones froides, ou une froide peut avoir des points chauds). Ainsi, si la Terre avait 100°C à l'Équateur, la Sibérie ou l’Antarctique seraient encore assez frais pour la vie y évoluer. Inversement, une Terre froide concentrerait la vie dans les zones tropicales, comme cela est probablement arrivé lors des glaciations Varanger.

De plus, il est probable que les planètes des étoiles naines rouges soient bloquées en rotation autour de leur soleil, créant ainsi une zone tempérée obligatoire. Ce qui étend la zone Goldilock beaucoup plus près de leur soleil.

 

Donc ce sous-chapitre donne un sous-facteur de 0,4, ou même plus si on compte avec les planètes verrouillées.

 

À ce stade, nous avons encore une gamme étroite de valeurs estimées, disons de 0,2 à 1. De sorte que nous n'avons pas vraiment besoin de différencier les valeurs minimales (pessimistes) ou maximales (optimistes) possibles. Cela va malheureusement changer plus loin.

Taille de la planète

Il y a beaucoup de littérature scientifique expliquant la taille de nos planètes par des processus communs (différenciation thermique créant des planètes gazeuses géantes et les petites planètes rocheuses, ou Jupiter qui prend de la matière de la ceinture d'astéroïdes). Nous sommes tellement imprégnées de ces théories que nous supposons souvent que les autres systèmes solaires devrait suivre les mêmes schémas. C'est toutefois loin d'être prouvé, et les systèmes planétaires réguliers observés montrent souvent des tableaux très différents, les plus courants étant des série de planètes de taille similaire, s'étendant des températures brûlantes aux températures glaciales. Cela fait que le contenu le plus probable de la zone Goldilock est une ou deux planètes rocheuses, d'une masse comprise entre Mercure et Uranus. Ce sous chapitre discute donc de quelle masse permet la vie.

La gamme ne semble malheureusement pas très large. En plus, les quelques données d'observation que nous avons ne nous permettent pas de faire de bonnes estimations.

-Les planètes trop petites perdent leur atmosphère dans l'espace, et surtout leur eau (par dissociation en hydrogène). Mars en est la preuve, et même Venus semble avoir perdu une grande quantité d'eau. Même si elle était aussi fraîche que la Terre, elle n'aurait que quelques mers peu profondes et des zones côtières habitables étroites.

-Les trop grosses planètes ont une épaisse atmosphère. Cela leur fera éprouver un effet de serre très élevé, ce qui les rend inhabitables, même dans la zone Goldilock. Dans la sous-section précédente, nous avons vu que ces planètes à effet de serre peuvent avoir des températures appropriées bien au-delà de la zone Goldilock. Mais nous les avions décomptées, car trop peu de lumière atteint leur sol, ce qui ne permet probablement pas la photosynthèse.

 

Et ici nous avons un problème: Vénus tombe dans la catégorie «trop grande», bien qu'elle soit plus petite que la Terre! Ce qui nous indique que la gamme de tailles permettant la vie est probablement très étroite, et encore pire que d'être dans la gamme ne fait pas nécessairement de bonnes conditions.

 

Les seules observations extrasolaires disponibles aujourd'hui (2015) sont encore lourdement tronquées: seules les plus grosses planètes sont détectables. La base de données des exoplanètes ne montre en fait qu'une seule planète de la taille de la Terre, autour de Proxima Bentauri B, et trop proche de son étoile. Ce qui rend la valeur observée beaucoup trop pessimiste: la valeur réelle est sûrement bien plus grande, mais nous n'avons pas encore une idée de combien.

 

Je fais donc une estimation intuitive pour cette contribution à ne: la valeur la plus optimiste serait 0,2, et le plus pessimiste pourrait être aussi basse que 0,002. Nous aurons des valeurs plus précises de la limite inférieure dans quelques années. J'espère qu'elles seront plus élevées.

Champ magnétique de la planète

Le champ magnétique d'une planète est censé protéger la vie des radiations cosmiques. Cependant, elle concentre plutôt ces radiations dans les aurores polaires. Et si ces radiations n'atteignent pas le sol sous les aurores, c'est grâce à l'atmosphère. Les rayonnements de haute énergie ne sont pas affectés par le champ magnétique, mais là aussi, c'est l'atmosphère qui fait l'essentiel de la protection.

 

En faits, le champ magnétique protège surtout l'atmosphère de l'abrasion par le vent solaire. Il a été théorisé que l'absence de champ magnétique autour de Vénus et Mars pourrait être la raison pour laquelle elles manquent d'eau: l'érosion de l'atmosphère par le vent solaire a expulsé l'hydrogène de l'eau. Sur Mars, l'oxygène libre restant est allé oxyder le fer des les roches, donnant à la planète sa couleur rougeâtre. Une couleur sans doute commune, qui doit être interprétée comme un mauvais présage pour la vie.

Sur Vénus, le manque d'eau a interdit l'érosion. Cependant, c'est l'altération des roches par l'eau qui dissout les métaux légers comme le calcium, le magnésium et d'autres. À leur tour, ces métaux permettent de fixer le dioxyde de carbone de l'air, sous forme de calcaire. Les gaz sulfureux sont fixés sous forme de sulfates. En finale, ce processus régule l'effet de serre et maintient la température de la planète à une valeur que la vie peut supporter. Ainsi Vénus et la Terre ne sont pas si différents, après tout. En effet, la masse de dioxyde de carbone dans l'atmosphère de Vénus est sensiblement la même que ce qui est piégé dans les calcaires et les Océans de la Terre. En outre, le manque d'eau élimine les circulations profondes qui, sur Terre, refroidit la croûte et la font plonger dans le manteau. Ce qui crée la tectonique des plaques. Nous n'avons donc aucune tectonique des plaques sur Vénus, et partant pas de courants dans le noyau pour créer un champ magnétique.

 

Aujourd'hui, il y a encore de grandes inconnues, de savoir pourquoi une planète possède un champ magnétique ou non. Un noyau en fusion ne suffit pas: toutes les planètes rocheuses en ont un, même la lune, mais seule la Terre a un champ magnétique permanent.

Probablement, ce qui se passe sur une planète avec des conditions favorables, mais sans champ magnétique, est que la vie apparaît, mais n'atteint jamais le niveau de la civilisation, puisque l'eau est perdue bien avant les 4,5 milliards d'années nécessaire pour la vie évoluer sur Terre. Cela est probablement arrivé sur Mars et peut-être sur Vénus. Ce point fait qu'il est intéressant de rechercher des traces de vie bactérienne sur ces deux planètes.

 

En fait, la température, l'eau et le champ magnétique sont probablement interconnectés: si Vénus n'a aucune tectonique des plaques, par manque d'eau, elle n'a pas les courants de base qui génère le champ magnétique. Il est donc difficile de deviner si c'est le manque d'eau qui interdit le champ magnétique, ou si c'est l'absence de champ magnétique qui interdit l'eau. Vénus a probablement eu la malchance de ne pas avoir assez d'eau au le début.

 

Nous ne savons pas quelle taille produit sûrement un champ magnétique. Très probablement les grosses planètes en ont toujours un. Les petites planètes jamais. Mais les planètes avec une taille adaptée pour la vie? La seule donnée d'observation que nous ayons la Terre, nous dit que c'est possible, mais sans nous en donner la probabilité. Juste que cette probabilité augmente très vite dans une fourchette étroite de tailles autour de la taille de la Terre.

 

Oh, étant donné que le champ magnétique, la taille et la température sont si imbriqués, je pense que nous pouvons évaluer en toute sécurité que l'estimation de la contribution du champ magnétique a été déjà faite dans le sous-chapitre sur la température. De sorte que le sous-facteur correspondant est déjà compté.

Composition du sol

Il est généralement admis que toutes les planètes rocheuses ont une composition similaire: des roches silicatées, avec d'autres éléments alcalins dans des proportions moindres. De sorte que ce facteur devrait être évalué à un.

Cependant, nous pouvons avoir des compositions très différentes: les planètes de carbone.

Puisque nous avons couramment des étoiles carbonées comme les étoiles Wolf Rayet qui éjectent de la suie (quelle honte pour une étoile!), ce n'est que par chance que peu ont contribué à la matière qui devait former la Terre. Il suffit de 1 % de carbone en masse pour faire une couche épaisse de 100km de charbon à la surface d'une planète de la taille de la Terre. Une telle planète peut encore avoir des océans, mais peu d'oligo-éléments et aucune activité volcanique en surface. Ce qui empêche probablement de telles planètes de se former serait la présence d'oxygène: le carbone est alors oxydé en dioxyde de carbone. Si l'on considère la quantité de calcaire sur Terre, on obtient une couche de carbone correspondante de quelques centaines de mètres. Qui a probablement été oxydée dans la fournaise de la formation de la Terre, avant le fer libre, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'oxygène libre disponible. De sorte que nous n'obtenons une planète de carbone que si la nébuleuse d'origine est très riche en carbone.

En faits, rien n'interdit aux animaux et aux plantes de pousser sur les mines de charbon sur Terre. Mais que se passe-t-il si la photosynthèse s'effectue sur une planète dont la surface est entièrement constituée de carbone? Nous pouvons avoir le charbon s'oxydant lentement, ou brûlant dans des feux inextinguibles. Les feux de charbon sont un phénomène courant sur Terre, contribuant de 2% de la production de dioxyde de carbone. Mais sur une planète de carbone, il y a assez de carbone pour consommer tout l'oxygène de l'air. Ce qui limiterait le niveau d'oxygène dans l'air à un niveau bien inférieur aux 20% de la Terre, suffisamment bas pour que le feu ne puisse se maintenir. Un tel niveau permettrait encore une vie intelligente, avec juste des poumons un peu plus grands et une hémoglobine de tibétain. Mais ce qui est plus problématique, est que le dioxyde de carbone serait incapable de réagir pour former des roches calcaires: la régulation de l'effet de serre qui opère sur Terre ne se ferait pas sur une planète de carbone. De sorte que la température ne serait pas assez stable, ou pas assez longtemps pour des civilisations apparaître.

Nous avons seulement quelques corps de carbone dans notre système, et petits. Mais d'autres systèmes pourraient recevoir davantage de carbone, en particulier ceux formé près d'explosions d'étoiles au carbone. Dans ce cas, nous avons une couche de matière carbone au-dessus des habituels manteaux de silicates et noyau de fer.

Dans un tel environnement, avec des matières organiques disponibles partout dans le sol, c'est oxygène qui serait une source rare et recherchée de nourriture: les plantes, en effectuant la photosynthèse, ne le relâcheraient pas dans l'atmosphère, mais le stockeraient sous forme de nitrates et d'autre composés oxydants, au lieu de sucre ou de graisse. Et les animaux mangeraient les plantes pour ces oxydants, au lieu des matières grasses. Cette situation n'est cependant pas vraiment symétrique de celle sur Terre: les oxydants, stockés dans des hydrates de carbone structurels, formeraient des mélanges explosifs ou instables, limitant leur quantité dans les tissus. Nous imaginons un éclair unique sur un arbre, démarrant une chaîne d'explosions sur des milliers de kilomètres de forêt... Ainsi il est clair qu'une telle forme de vie devra élaborer des compositions différentes pour ses matériaux structurels, comme des protéines de faible inflammabilité, ou même utiliser les composés de nitrate eux-mêmes. Y compris pour les plantes. Mais une fois ceci fait, rien n'interdit l'apparition de cerveaux, basée sur la même chimie que le nôtre. Mais de tels êtres n'auraient pas besoin de respirer, si l'oxygène et le carbone sont tous les deux fournis par la nourriture.

En outre, si une intelligence apparaît sur une telle planète, le feu tel que nous le connaissons ne peut pas fonctionner: pas de chauffage, pas de cuisson, pas de métallurgie, aucun moteur. On peut imaginer des sources organiques ou fossiles d'oxydants, qui joueraient alors les rôles économiques et techniques que le pétrole ou le bois jouent sur Terre. Mais encore une fois, la situation n'est pas symétrique: un dépôt de nitrates dans une mine de charbon brûlerait rapidement, et même exploserait avant d'être formé.

Sur une planète de carbone, seulement les volcans explosifs serait en mesure d'envoyer de la lave jusqu'à la surface. Dans les autres cas, lave s'écoulerait sous la couche de carbone, et les gaz resteraient piégés à ce niveau. De sorte que la chaleur de la planète s'échapperait surtout grâce à la circulation hydrothermale de l'eau à travers la couche de carbone. Ce faisant, cependant, l'eau entraînerait toutes sortes de minéraux solubles des roches sous-jacentes, créant de nombreuses petites mines.

De même, les plaques tectoniques ne fonctionneraient pas dans la couche de carbone, de sorte qu'il n'y aurait pas de grands océans ni de chaînes de montagnes. À la rigueur, nous aurions facilement un océan global.

 

Dans une perspective de recherche au télescope, les planètes de carbone avec la vie apparaîtraient avec une proportion spécifique d'oxygène, plus faible que sur Terre. Mon estimation est de 8-10 %, ce qui habituellement éteint les feux et arrête les moteurs sur Terre.

Ce qui définirait une planète de carbone en faits serait quand il n'y aurait pas assez d'oxygène libre à la formation, pour brûler tout le carbone disponible. Ces planètes auraient un plus grand noyau de fer (car aucun n'est brûlé) et une atmosphère de dioxyde de carbone épaisse, ce qui nous ramène au cas précédent des planètes à effet de serre.

 

Par manque total de connaissance de la composition des exoplanètes, il est difficile d'évaluer ce sous-facteur. Nous pouvons cependant prendre une valeur optimiste de 1, où les planètes de carbone sont rares. De la proportion d'étoiles et de supernovas au carbone, nous pouvons prendre une valeur pessimiste de 0,8, où ces étoiles forment des planètes de carbone, en supposant qu'elles ne soient pas favorables à la vie.

Niveau d'eau.

Nous avons plusieurs planètes d'eau dans notre système solaire, mais froides, de sorte que nous les appelons planètes de glace. Dans la zone Goldilock, un tel corps apparaît comme une planète océan. Si la Terre n'avait que trois fois plus d'eau, aucune montagne ne dépasserait, et il n'y aurait pas de place pour les créatures humaines, seulement pour des poissons. Et les poissons ne peuvent pas développer l'intelligence, par manque d'oxygène dans l'eau.

Mais surtout, sans feux de forêt pour réguler l'oxygène à 20% comme sur Terre, l'oxygène s'accumulerait dans l'air à des niveaux dangereux.

Si la Terre avait beaucoup moins d'eau, probablement il n'y aurait pas de tectonique des plaques (l'eau semble nécessaire pour faire fonctionner la tectonique des plaques, en refroidissant la croûte et en la forçant à plonger dans le manteau. Vénus n'a pas de tectonique des plaques, probablement par manque d'eau).

Mais aussi, avec peu d'eau, comme sur Mars, la vie ne pourrait se développer que dans de petites oasis, avec donc peu de chances d'évoluer. La biomasse sur Terre serait beaucoup plus faible qu'aujourd'hui, et la production d'oxygène trop faible pour oxyder le fer (une étape nécessaire avant de former une atmosphère respirable). Une telle planète pourrait avoir besoin de plusieurs dizaines de milliards années pour développer une vie intelligente... si son soleil est une naine rouge capable de durer aussi longtemps.

Dans une perspective de recherche au télescope, les planètes océan avec photosynthèse présenteraient plus d'oxygène en proportions que la Terre, mais sans valeur définie. Comme d'autres planètes peuvent aussi avoir de l'oxygène d'origine non biologique, cela ne nous apprend pas beaucoup.

 

Là aussi, il est très difficile d'évaluer la valeur de ce sous-facteur. Les planètes océan pourraient ne pas se former dans la zone Goldilock. Ou, au contraire, elles pourraient être très communes, avec les supernovas riches en oxygène. Après tous Uranus et Neptune sont formés principalement d'eau, ce qui suggère que de tels astres seraient très communs. Donc, comme précédemment avec les planètes de carbone, on estime une valeur optimiste de 1 et une valeur pessimiste de 0,2, où les planètes océan sont communes mais pas propices à la vie, ou du moins pas à la civilisation.

Composition de l'atmosphère

Les discussions sur le rôle de l'eau et du dioxyde de carbone ont eu lieu ci-dessus, et on a évalué leur contribution à ne.

 

Cependant, nous avons deux autres facteurs importants: la pression globale et les autres gaz.

La vie sur Terre a su s'adapter à une large gamme de pression, de 0.3bars (haute montagne) à 1000bars (L'océan le plus profond). Et si la vie est pauvre dans ces milieux, c'est à cause du froid ou du manque de ressources, pas de la pression. La raison de cette souplesse est que des réactions chimiques ne changent pas beaucoup avec la pression. Il y a juste quelques modifications mineures, pour qu'une espèce s'adapte à une pression donnée (Même les races humaines l'ont fait: les Tibétains et les Quechuas ont plus d'hémoglobine). De sorte que l'on peut évaluer que la vie et les cerveaux peuvent se développer partout où il y a l'eau liquide, à des températures comprises entre 0° C et 42° C (valeurs observées sur Terre).

La pression minimale pour de l'eau liquide est 10millibars, et Mars n'en est pas loin. Mais une atmosphère aussi ténue ne peut pas se respirer facilement: des martiens auraient besoin de poumons énormes et de narines 10 fois plus grosses que sur Terre.

Des atmosphères très denses permettraient de voler, et des jambes seraient inutiles. Cependant l'absence de membres rend les civilisations technologiques plus difficile. Mais la contribution des atmosphères épaisses a déjà été comptée dans les sous-chapitres précédents. Nous avions conclu qu'elles s'opposent à la vie, bien avant que les membres deviennent inutiles.

Des gaz combustible comme le méthane, l'ammoniac, le monoxyde de carbone, le cyanogène, sont exclus dès qu'il y a une production d'oxygène. D'autres composés très réactifs comme les acides et les sulfures seraient rapidement précipités au sol par la pluie, et neutralisés. Ces processus sont très efficaces, et nous leur devons l'air pur et l'eau pure de la Terre.

D'autres gaz seront généralement de l'azote. À noter que, puisque la quantité d'oxygène est fixée à une proportion fixe de la pression totale, c'est en finale la pression d'azote qui détermine la pression atmosphérique totale. Mais elle le fait sans changer beaucoup la probabilité de la vie. Cela conduit à un résultat curieux: la plupart des planètes habitées auront un air respirable directement par les humains, comme dans la mauvaise science fiction.

Enfin, le dioxyde de carbone peut être le principal constituant de l'air, sans que cela change beaucoup la probabilité de la vie. Ce serait le cas sur Mars, si elle avait plus de dioxyde de carbone. Il aurait alors davantage d'effet de serre et assez d'eau liquide pour porter la vie, mais dans une atmosphère d'oxyde de carbone, plutôt que d'azote. Sur Terre, le dioxyde de carbone est asphyxiants, parce que de fortes concentrations arrivent rarement et il n'y avait aucune pression évolutive pour s'adapter. Mais rien n'empêche qu'une telle adaptation se produise sur des planètes avec une grande concentration de dioxyde de carbone. Ainsi ces planètes peuvent héberger vie ainsi, juste avec une proportion différente d'oxygène (le minimum qui permet le feu).

 

Encore une fois, il est très difficile d'évaluer la valeur de ce sous-facteur. Cependant les conditions impropres sont plutôt extrêmes (atmosphère mince), ou bien leur contribution a été déjà comptée (atmosphère épaisse qui rend la photosynthèse impossible).

Niveau d'oxygène

De la discussion précédente, nous pouvons évaluer la répartition statistique de la proportion d'oxygène dans les exoplanètes.

-Un pic élevée à zéro ou faible niveau d'oxygène provenant de sources non biologiques (par exemple moins de 3 %, tel qu'observé sur Mars et Vénus). Ce sont des planètes abiotiques, ou des planètes avec juste une vie bactérienne, mais pas de photosynthèse massive. À noter que la Terre a passé le plus long de son existence dans cette catégorie, jusqu'à il y a environ 1 milliard d'années.

-Un fond relativement constant de planètes avec n'importe quelle proportion d'oxygène. Ce seraient des planètes abiotiques qui se sont formées avec un excès d'oxygène, ou bien cet oxygène se serait accumulé à partir de dissociation de l'eau par le vent solaire.

-Un excès des précédentes dans la zone Goldilock indiquera des planètes océan avec une photosynthèse massive, mais pas de terres émergées permettant aux feux de réguler la teneur en oxygène. Ou du moins les forêts ne sont pas encore apparues, comme cela est arrivé sur Terre il y a 280 millions d'années. La disponibilité de davantage d'oxygène qu'aujourd'hui avait permis de très grands animaux sous-marins d'exister (des crustacés à cette époque. Aujourd'hui, nous aurions d'énormes insectes).

-Un pic étroit de planètes avec une proportion de 20 % indiquerait des planètes avec des forêts, permettant une photosynthèse forte, et des incendies de forêt qui régulent la teneur en oxygène. Ces planètes très terrestres peuvent évoluer rapidement vers des civilisations, et il est très probable qu'elles en auraient déjà.

-Probablement un second pic à 8 ou 10 % causé par les planètes de carbone avec photosynthèse, mais pas nécessairement des forêts. Ce signal pourrait aussi indiquer des planètes avec du dioxyde de carbone à la place d'azote. Nous avons vu que les deux sont moins propices à la vie et probablement moins fréquents, bien que nous ne puissions pas l'exclure.

Proportion d'oxygène atmosphérique dans les planètes

Le chemin évolutif de la Terre (simplifié) montre plusieurs étapes. Tout d'abord, la Terre est resté depuis environ -2400 million d'années vers -600 millions d'années avec une photosynthèse faible oxydant lentement le fer ferreux Fe++ vert en fer ferrique Fe+++ rouge (point rond). Quand tout le fer ferreux a été épuisé, la proportion d'oxygè a augmenté jusqu'à la valeur actuelle, avec un sursaut (point rond) quand il n'y avait pas assez de plantes capables de brûler en feux de forêt, faisant se comporter la Terre comme une planète océan.

 

Présenter cette courbe ici a un but précis. C'est parce que nous serons bientôt capables de mesurer le taux d'oxygène sur les exoplanètes (ou au moins de son dérivé l'ozone). Peut-être que le télescope spatial James Webb sera capable de faire cela, dès 2020, et d'autres le feront très probablement avant 2030.

Si nous trouvons le pic de 20%, même seulement sur quelques planètes proches, cela donnera immédiatement une indication globale et précise du produit des premiers termes de l'équation de Drake, fp, ne et fl, ce qui clôturera toute discussion sur les facteurs astronomiques et même sur les facteurs biologiques. De sorte que cette étude sur l'équation de Drake pourrait être la dernière de son espèce.

Et nous serons très sûr que les planètes dans le pic à 20% hébergent une vie complexe, où les civilisations peuvent apparaître bientôt, ou sont déjà apparues. Même les arguments suivants sur les dangers cosmiques ne tiendront plus: de telles planètes ont nécessairement survécu à n'importe quel événement d'extinction.

Dangers cosmiques

Les dangers cosmiques sont les plus discutés, compte tenu des grandes incertitudes, ou de par les nombreuses déclarations dogmatiques bruyantes ne considérant qu'un seul des aspects du problème pour «démontrer» l'impossibilité de vie extraterrestre.

 

Les dangers cosmiques sont:

-Collision avec une autre étoile. Des preuves en sont visibles dans les amas globulaires serrés (les «blue stragglers»). Cependant, il s'agit d'un cas extrême, et une approche serrée entre deux étoiles, sans collision frontale, est beaucoup plus probable. Elle se traduira par l'éjection des planètes de leur système, de sorte que la mort est aussi certaine, juste plus lente.

-Des supernovas proches peuvent stériliser les planètes à plusieurs années-lumière.

-Sursauts gamma rapprochés. Il a été théorisé qu'ils pourraient stériliser des planètes a plusieurs milliers d'années-lumière, même si cela ne serait vrai que sur l'étroit chemin du jet. Si une telle chose arrivait sur Terre, le ciel nocturne apparaîtrait soudain d'un blanc aveuglant. Normalement, l'atmosphère est capable de protéger contre une assez grande quantité de rayonnement, mais une explosion massive de rayons gamma pourrait résulter en une pollution par les oxydes d'azote.

-Mouvement des trous noirs galactiques massifs, surtout pendant une fusion de galaxie.

-jets de quasar.

-Gros impacts de météorites ou de comètes.

Aucun de ces événements n'est fréquent à un moment donné, mais à l'échelle de temps de l'évolution de la vie, ils risquent de devenir le principal facteur limitant l'étendue de temps disponible pour l'évolution de la vie sur une planète.

 

Il y a des discussions approfondies entre les astronomes, à propos de ces probabilités, mais peu ou pas de chiffres réels. Je ne peux pas fixer ces chiffres moi-même, mais je fais toutefois remarquer que ces probabilités dépendent fortement de l'endroit où l'étoile se trouve dans une galaxie:

-Les noyaux des galaxies sont les endroits les plus mortels, avec de fréquents événements catastrophiques.

-Dans les amas globulaires serrés, avec des rencontres fréquentes, la plupart des planètes doivent errer dans l'espace... un magnifique ciel étoilé, mais un froid mortel.

-Les sursauts Gamma sont tous détectés à des distances très grandes, c'est à dire plusieurs milliards années dans le passé. Clairement l'espace est aujourd'hui beaucoup plus calme. De cette façon, la vie serait rare, non pas parce qu'elle serait peu probable ou «unique», mais simplement parce que nous serions parmi les premiers à jouir de suffisamment de temps pour évoluer.

-La périphérie (halo) des galaxies est tellement calme que nous pouvons considérer qu'aucun de ces événements n'est jamais arrivé dans la vie entière de ces étoiles. Puisque la plupart de ces étoiles sont âgées de plus de dix milliards d'années, la vie y a eu deux fois plus de temps que nous pour évoluer.

-Les disques des Galaxies ont des probabilités intermédiaires: les zones de formation d'étoiles sont également le lieu de nombreuses supernovas. Notre Soleil est là, et il passe régulièrement à travers ces zones. Très probablement, pour évaluer une probabilité en ces lieux, il faut tenir compte de la chronologie des événements de fusion dans notre galaxie, ou du passage à travers les zones sujettes aux supernovas, entraînant des événements meurtriers.

 

Comment sortir des chiffres de tout ça? La valeur la plus optimiste est proche de 1 dans la périphérie de notre galaxie. La plus pessimiste est pratiquement nulle au centre des amas globulaires serrés. Dans notre voisinage, il est plus difficile de conclure, car nous ne connaissons pas encore l'histoire de ce lieu. Ainsi, cette contribution des catastrophes au facteur ne serait 1 pour la périphérie de notre galaxie, les galaxies géantes ou les galaxies naines. Pour notre proche voisinage, que nous sommes plus susceptibles d'examiner dans un avenir proche, nous pouvons estimer à 1 la limite optimiste, et 0,1 pour la limite pessimiste.

 

On notera que, à cause de leur champ magnétique plus élevé, les naines rouges produisent des éruptions solaires géantes («flares»), qui finissent par arracher l'atmosphère des planètes habitables. Heureusement la probabilité de champ magnétique plus élevé augmente quand la taille diminue, de sorte que cela arrive avec les étoiles à la lumières plus rouge, incapables de soutenir la photosynthèse. Pour cette raison, ces étoiles ont déjà été décomptées.

Risques géologiques

Dernière et probablement la plus commune source de dangers, des événements géologiques variés peuvent ravager la surface d'une planète. Le plus connu sur Terre est l'impact d'un astéroïde à Chixculub, qui a causé l'extinction des dinosaures. Cependant, ce n'était pas le pire. Il y a 250 millions d'années, la température est montée de 10°C lors du passage du Permien au Trias, probablement à cause de la libération de glaces de méthane. 95% des espèces ont été anéanties à ce moment. L'élément déclencheur a probablement été une éruption volcanique extraordinaire, qui a formé les trapps de Sibérie, elle même probablement en relation avec des basculements de phénomènes magnétohydrodynamiques dans le noyau métallique de la Terre, ou le début de la cristallisation de la graine. Il y a 600 millions d'années, plusieurs chutes de température de -50°C ont eu lieu, par l'emballement du gel de très grands océans polaires (anciennement appelé la glaciation Varanger, maintenant le Cryogénien). C'est l'autorégulation de la température qui a sauvé le monde: la formation de calcaire ne se fait pas à des températures aussi basses, conduisant à l'accumulation de dioxyde de carbone et de l'effet de serre, jusqu'au dégel. D'autre extinctions massives radicales sont connues, mais sans traces géologiques visibles: des événements de rayonnement hypernova sont soupçonnés. Nous avons même un curieux événement de rayonnement dans des arbres japonais datant des années 774 et 775, montrant que ces événements peuvent être nombreux, mais pas si mortels que redouté par les astronomes.

Cependant, depuis au moins 3,9 milliards d'années que la vie existe sur Terre, elle a survécu à tous ces terribles événements. Elle a même réussi à en tirer profit, comme avec la disparition des dinosaures qui a favorisé des mammifères. On pense même les sautes de température à -50°C pourraient avoir favorisé l'explosion de la vie qui s'est produite juste après, à l'âge dit d'Ediacara. Ainsi, il se pourrait que la vie s'épanouisse mieux et évolue plus rapidement dans des endroits dangereux, sauf si bien sûr un événement trop gros détruit la biosphère entière.

 

Cette série de d'événements de quasi extinction donne cependant l'impression que la civilisation sur Terre n'existe que parce qu'elle a gagné 20 fois d'affilée à la roulette au casino: en termes mathématiques, nous serions extrêmement chanceux.

Vraiment? Un événement comme l'impact de Chixculub, ou l'extinction Permien-Trias, éliminerait certainement notre civilisation d'aujourd'hui. Mais pourrait-il vraiment anéantir l'humanité? Chaque fois qu'un événement terrible est arrivé sur Terre, quelque oasis protecteur a existé, permettant aux survivants de recommencer une autre étape. Même les impacts de 1000kms de diamètre qui se sont produits pendant le dernier grand bombardement météoritique n'ont pas effacé la vie microbienne qui existait déjà à cette époque. De sorte que la vie semble très résiliente aux catastrophes géologiques, après tout. Aussi longtemps que la biosphère elle-même n'est pas détruite.

 

Comment estimer la probabilité que la vie disparaisse dans quelque catastrophe géologique? Observation: sur les cinq corps rocheux qui nous pouvons observer aujourd'hui (Terre, Lune, Mercure, Vénus, Mars), deux ont subi des changements climatiques massifs: Mars et Vénus. Mais cela a déjà été examiné plus tôt, en relation avec la taille et l'atmosphère, de sorte que cela est déjà compté. Après, les plus grands événements connus sont les énormes coulées de lave sur Vénus (les plus longues connues), la Lune (formation des mers) et la Terre (les Trapps de Sibérie causant l'extinction Permien-Trias). Et pourtant, les planétologistes pensent que les énormes événements vénusiens sont une conséquence de son manque de tectonique des plaques, qui produirait des bouleversements périodiques dans le manteau. Autrement dit, quelque chose qui ne peut pas arriver sur Terre.

 

Cela rend la vie relativement calme, après tout. En tout cas loin de gagner 20 fois d'affilée à la roulette.

 

Pour cette raison, j'attribue une plage relativement étroite de valeurs pour cette partie: de 1 à 0,1.

Évaluation ne dans l'équation de Drake

Pour évaluer une valeur globale de ne, ou plus exactement une limite optimiste et une limite pessimiste, il suffit maintenant de multiplier toutes les valeurs partielles que nous avons établies ci-dessus. Nous trouvons 0,1 pour la limite optimiste de ne, et 0.0000032 pour la pessimiste. En plus, nous avons un avantage statistique: les valeurs interdisant la vie ne peuvent pas être toutes ensemble optimistes ou pessimistes, puisque ce sont des phénomènes indépendants (et nous avons pris soin de ne pas compter les mêmes plusieurs fois). De sorte que nous pouvons considérer la moyenne géométrique de chaque limite avec la moyenne géométrique des deux. Ce qui nous fait des limites réelles plus probables entre 0,0075 et 0,0002.

Ces valeurs sont vraies dans le halo de notre galaxie. Elles sont plus faibles dans notre voisinage, en raison de la contribution supplémentaire des dangers cosmiques, que nous avons estimé entre 1 et 0,1 dans notre voisinage. Ce qui fait ne variant entre 0,0075 et 0,00002 dans notre voisinage.

 

Multiplié par les derniers résultats du chapitre précédent sur fp, cela fait un produit de 0,003 pour la limite optimiste, et pour la limite pessimiste 0,00008 pour notre voisinage et 0,0008 pour le halo de notre galaxie.

Traduit en termes de proximité, cela donne, en supposant une densité uniforme des étoiles:

-30 années-lumière pour la limite optimiste dans notre voisinage

-100 années-lumière pour la limite pessimiste dans notre voisinage

-Pour le halo, les étoiles sont beaucoup plus éloignées dans tous les cas optimistes et pessimistes. Mais certaines peuvent traverser notre zone à certains moments, de sorte que nous avons encore quelques chances de les trouver.

Ce sont des chiffres prudents, pas les plus faciles à observer, mais bientôt à portée de SETI et des télescopes.

 

 

 

 

 

 

Epistémologie Generale        Chapitre VIII-3       

 

 

 

 

 

 

Idées, textes, dessins et réalisation: Richard Trigaux.

 

 

 

Comme tous les auteurs indépendants, j'ai besoin de votre soutient pour que je puisse continuer à travailler à ce site et que puisse exister une expression libre sur le net:

 

 

 

Notice légale et copyright. Sauf indication contraire (signe © dans la barre de navigation) ou exception légale (pastiches, exemples, citations...), tous les textes, dessins, personnages, noms, animations, sons, mélodies, programmations, curseurs, symboles de ce site sont copyright de leur auteur et propriétaire, Richard Trigaux. Merci de ne pas faire un miroir de ce site, sauf si il disparaît. Merci de ne pas copier le contenu de ce site, sauf pour usage privé, citations, échantillons, ou pour faire un lien. Les liens bienveillants sont bienvenus. Tout usage commercial interdit. Si vous désirez en faire un usage commercial sérieux, contactez-moi. Toute utilisation, modification, détournement d'éléments de ce site ou des mondes présentés de maniére à déprécier mon travail, ma philosophie ou les régles morales généralement admises, pourra entraîner des poursuites judiciaires.