La technologie des télescopes progresse rapidement, à mesure que de plus en plus d'instruments se construisent. S'il y a de la vie là-bas, la reconnaîtrons-nous? Les chercheurs du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et de la NASA ont élaboré une liste des époques de l'histoire de l'atmosphère terrestre qui pourraient être visibles à travers cet instrument; depuis les premiers temps de l'émergence de la vie jusqu'à notre atmosphère actuelle, riche en oxygène / azote.
Ce n'est qu'une question de temps avant que les astronomes trouvent une planète de la taille de la Terre en orbite autour d'une étoile éloignée. Quand ils le font, les premières questions que les gens se poser sont: est-ce habitable? Et plus important encore, y a-t-il déjà de la vie là-dessus? Pour obtenir des indices sur les réponses, les scientifiques se tournent vers leur planète d'origine, la Terre.
Les astronomes Lisa Kaltenegger du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et Wesley Traub du Jet Propulsion Laboratory de la NASA et CfA, proposent d'utiliser l'histoire atmosphérique de la Terre pour comprendre d'autres planètes.
"Les bonnes planètes sont difficiles à trouver", a déclaré Kaltenegger. «Notre travail fournit les signes que les astronomes rechercheront lorsqu'ils examineront des mondes vraiment semblables à la Terre.»
Les documents géologiques montrent que l'atmosphère de la Terre a radicalement changé au cours des 4,5 milliards d'années écoulées, en partie à cause des formes de vie qui se développent sur notre planète. En cartographiant les gaz qui ont constitué l'atmosphère de la Terre au cours de son histoire, Kaltenegger et Traub proposent qu'en recherchant une composition atmosphérique similaire sur d'autres mondes, les scientifiques seront en mesure de déterminer si cette planète a de la vie, et si oui, le stade évolutif de cette vie. Le document de recherche décrivant leur travail est disponible en ligne à http://arxiv.org/abs/astro-ph/0609398.
À ce jour, toutes les planètes extrasolaires ont été étudiées indirectement, par exemple en surveillant la façon dont une étoile hôte vacille alors que la gravité de la planète la tire. Seules quatre planètes extrasolaires ont été détectées directement, et ce sont des mondes massifs de la taille de Jupiter. L’atmosphère de l’un de ces mondes a été détectée par un autre scientifique du CfA, David Charbonneau, à l’aide du télescope spatial Spitzer de la NASA. La prochaine génération de missions spatiales telles que Terrestrial Planet Finder (TPF) de la NASA et Darwin de l'ESA sera en mesure d'étudier directement les mondes de la taille de la Terre à proximité.
Les astronomes souhaitent en particulier observer les spectres visible et infrarouge des planètes terrestres éloignées pour en savoir plus sur leurs atmosphères. Certains gaz laissent des signatures dans le spectre d'une planète, comme les empreintes digitales ou les marqueurs ADN. En repérant ces empreintes digitales, les chercheurs peuvent en apprendre davantage sur la composition d'une atmosphère et même en déduire la présence de nuages.
Aujourd'hui, l'atmosphère terrestre se compose d'environ trois quarts d'azote et d'un quart d'oxygène, avec un petit pourcentage d'autres gaz comme le dioxyde de carbone et le méthane. Mais il y a quatre milliards d'années, aucun oxygène n'était présent. L’atmosphère terrestre a évolué à travers six époques distinctes, chacune caractérisée par un mélange particulier de gaz. À l'aide d'un code informatique développé par Traub et son collègue du CfA, Ken Jucks, Kaltenegger et Traub ont modélisé chacune des six époques de la Terre pour déterminer quelles empreintes spectrales seraient vues par un observateur distant.
"En étudiant le passé de la Terre, nous pouvons en apprendre davantage sur l'état actuel des autres mondes", a expliqué Traub. "Si une planète extrasolaire est trouvée avec un spectre similaire à l'un de nos modèles, nous pourrions potentiellement caractériser l'état géologique de cette planète, son habitabilité et le degré d'évolution de la vie sur elle."
Pour mieux comprendre ces périodes, ou «époques», et pour les mettre en perspective, on peut réduire l’histoire de 4,5 milliards d’années de la Terre à une année, en y fixant des dates commençant par le 1er janvier - la date de la formation de la Terre.
EPOCH 0 - 12 février
À l'époque 0 (il y a 3,9 milliards d'années), la jeune Terre possédait une atmosphère turbulente et torride composée principalement d'azote, de dioxyde de carbone et de sulfure d'hydrogène. Les jours étaient plus courts et le Soleil était plus sombre, brillant comme un orbe rouge à travers notre ciel orange brique. Le seul océan qui couvrait toute notre planète était un brun boueux qui absorbait les bombardements des météores et des comètes entrants. Le dioxyde de carbone a aidé à réchauffer notre monde car le soleil infantile était un tiers moins lumineux qu'aujourd'hui. Bien qu'aucun fossile n'ait survécu à cette période, des signatures isotopiques de la vie peuvent avoir été laissées dans les roches du Groenland.
EPOCH 1 - 17 mars
Il y a environ 3,5 milliards d'années (époque 1), le paysage de la planète comportait des chaînes d'îles volcaniques sortant du vaste océan mondial. La première vie sur Terre était des bactéries anaérobies - des bactéries qui pouvaient vivre sans oxygène. Ces bactéries ont pompé de grandes quantités de méthane dans l'atmosphère de la planète, le modifiant de manière détectable. Si des bactéries similaires existent sur une autre planète, de futures missions comme TPF et Darwin pourraient détecter leur empreinte digitale dans l'atmosphère.
EPOCH 2 - 5 juin
Il y a environ 2,4 milliards d'années (époque 2), l'atmosphère a atteint sa concentration maximale en méthane. Les gaz dominants étaient l'azote, le dioxyde de carbone et le méthane. Les masses continentales commençaient à se former. Les algues bleues ont commencé à pomper de grandes quantités d'oxygène dans l'atmosphère. De grands changements étaient sur le point de se produire.
"Je suis désolé de dire les premiers signes d'E.T. ne sera probablement pas une émission de radio ou de télévision; au lieu de cela, il pourrait s'agir d'oxygène provenant d'algues », a déploré Kaltenegger.
EPOCH 3 - 16 juillet
Il y a deux milliards d'années (époque 3), ces premiers organismes photosynthétiques ont modifié l'équilibre de l'atmosphère de façon permanente: ils ont produit de l'oxygène, un gaz hautement réactif qui a éliminé une grande partie du méthane et du dioxyde de carbone, tout en étouffant également les bactéries anaérobies productrices de méthane. Ce faisant, l’atmosphère de la planète a obtenu son premier oxygène libre. Le paysage était maintenant plat et humide. Avec des volcans fumant au loin, des flaques d'écume brun verdâtre aux couleurs brillantes ont créé un éclat sur l'eau puante. La révolution de l'oxygène était en marche.
«L'introduction d'oxygène a été catastrophique pour la vie dominante sur Terre à cette époque; il l'a empoisonné », a déclaré Traub. "Mais en même temps, cela a rendu possible la vie multicellulaire, y compris la vie humaine."
EPOCH 4 - 13 octobre
Il y a 800 millions d'années, la Terre est entrée dans l'époque 4, avec une augmentation continue des niveaux d'oxygène. Cette période coïncide avec ce qui est maintenant connu sous le nom d '«explosion cambrienne». Commençant il y a 550 à 500 millions d'années, la période cambrienne est un repère important dans l'histoire de la vie sur Terre: c'est le moment où la plupart des principaux groupes d'animaux apparaissent pour la première fois dans les archives fossiles. La Terre était maintenant couverte de marécages, de mers et de quelques volcans actifs. Les océans faisaient équipe avec la vie.
EPOCH 5 - 8 novembre
Enfin, il y a 300 millions d'années à l'époque 5, la vie s'était déplacée des océans vers la terre. L’atmosphère de la Terre avait atteint sa composition actuelle, principalement d’azote et d’oxygène. Ce fut le début de la période mésozoïque qui comprenait les dinosaures. Le paysage ressemblait à Jurassic Park un dimanche après-midi.
EPOCH 6 - 31 décembre (11:59:59)
La question intrigante qui demeure est: à quoi ressemblerait l'Époque 6, la période de temps occupée par les humains aujourd'hui? Pourrions-nous détecter les signes révélateurs de technologies extraterrestres sur des mondes lointains?
Alors que le consensus général se construit parmi les scientifiques selon lequel l'activité humaine a modifié l'atmosphère de la Terre en introduisant du dioxyde de carbone ainsi que des gaz comme le fréon, pourrions-nous identifier les empreintes spectrales de ces sous-produits sur d'autres mondes? Bien que les satellites en orbite autour de la Terre et les expériences sur les ballons puissent mesurer ces changements ici chez nous, la détection d'effets similaires sur un monde lointain dépasse même les capacités des programmes à venir comme Terrestrial Planet Finder et Darwin. Il faudra de gigantesques flottilles de futurs télescopes infrarouges spatiaux pour pouvoir effectuer ces mesures.
"Aussi intimidant que puisse paraître ce défi", a déclaré Kaltenegger, "je crois que dans les prochaines décennies, nous saurons si notre petit monde bleu est tout seul dans l'Univers ou s'il y a des voisins qui attendent pour nous rencontrer."
Cette recherche a été financée par la NASA.
Basée à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: Communiqué de presse de la CfA
