A-t-on une chance de trouver une nouvelle-Terre dans notre environnement le plus proche ?

Les deux semaines précédentes j’ai évoqué les 33 systèmes stellaires qui évoluent dans le rayon d’une douzaine d’années-lumière de notre Soleil, c’est-à-dire les étoiles les plus proches de nous, celles que nous avons le plus de chance de mieux connaître et un jour peut-être d’atteindre.

Sur ces 33 systèmes j’ai éliminé les 2 centrés sur des étoiles blanches et les 26 centrés sur des étoiles naines-rouge. J’ai ensuite souligné les particularités défavorables des étoiles doubles, des jupiters-chauds et des super-terres. Ces éliminations ont été faites dans le but de focaliser notre intérêt sur les systèmes les plus susceptibles de pouvoir comprendre une « nouvelle-Terre ». Je voudrais cette semaine réfléchir sur eux avec vous.

Après exclusions, il nous reste donc à examiner de plus près les étoiles de type solaire ou d’une masse légèrement inférieure, les « naines-orangées », également intéressantes car plus stables que les naines-rouges et d’une masse permettant à leur zone habitable de se situer assez loin de leur source de radiations.

Nous avons dans notre environnement trois naines-jaunes et quatre naines-orangées donc, à ce stade, sept systèmes stellaires « candidats ». Regardons les capacités de chacun à l’habitabilité réelle. Nous disposons pour ce faire de données encore insuffisantes du fait que ces petites planètes sont difficiles à « voir » mais nous pouvons aujourd’hui approcher la réalité mieux que nous ne l’avons fait jamais.

Alpha Centauri

Le système le plus proche (4,39 AL) est le couple Alpha-Centauri-A (0,945 MS, naine-jaune) et Alpha-Centauri-B (0,445 MS, naine-rouge mais presque orange). Notez bien qu’elles sont différentes de la petite naine-rouge, Proxima-Centauri (0,123 MS) qui leur est liée gravitationnellement mais qui en est éloignée de 13.000 UA. Avec ce couple A et B, on se retrouve dans une configuration d’étoile double qui, comme exposé la semaine dernière, me semble peu propice à la présence d’une nouvelle-Terre. Mais comme ce sont deux étoiles de masses situées dans notre cible et que leur système est le plus proche du nôtre, on ne peut les éliminer d’emblée.

Que nous offre ces étoiles ? Les deux orbitent entre elles en 80 ans et leur distance varie de 11,2 UA (équivalent à la distance Soleil/Saturne) à 35,6 UA (un peu plus que la distance Soleil/Neptune). Une masse se situant entre celle de Neptune et la moitié de celle de Saturne, orbite autour d’Alpha-Centauri-A à une distance de 1,1 UA (« C1 » pour « Candidate 1 » ou « Polyphème » pour David Cameron dans son célèbre film « Avatar »). C’est une situation idéale mais on n’est pas certain que cette masse soit agrégée en planète (ce qui serait compréhensible du fait de l’instabilité de la matière entre les deux étoiles) et si elle l’était, elle serait largement trop massive. En effet, comme vous vous en souviendrez, les super-terres pas plus que les jupiters-chauds ou les mini-neptunes ne sont a priori des nouvelles-Terres. Mais elles peuvent avoir des lunes qui, elles, comme l’hypothétique « Pandora » (toujours Avatar !), pourraient l’être !

61 Cygni

Le système 61 Cygni est à 11,43 AL. C’est encore une étoile double ! Elle comprend deux naines-orangées de 0,60 et 0,63 MS. Celles-ci sont distantes de 90 UA, ce qui laisse une certaine place entre elles pour des planètes et une Ceinture de Kuiper (la nôtre évolue de 30 à 55 UA) d’autant que la masse de chaque étoile étant plus petite, leur zone d’attraction est plus faible et leur Ceinture de Kuiper plus proche. Cependant leurs nuages de Oort ne disposent pas de « la place » nécessaires pour être séparés. Les implications pourraient être négatives.

Du fait de certaines irrégularités d’orbite de 61-Cygni-B, il y a possibilité d’une planète autour d’elle mais à ce jour, la planète n’a pas été localisée et elle devrait plutôt avoir une grosse masse, bien supérieure à celle de la Terre et elle serait en dehors de la zone d’habitabilité.

Y aurait-il quelque chose de plus petit, plus près ? Nous ne le savons pas mais si c’était le cas, la forte variabilité de l’activité de 61 Cygni B constituerait un facteur négatif pour un séjour humain, d’autant que la zone habitable est proche de l’étoile (0,24 à 0,50 UA).

Epsilon Eridani

Epsilon-Eridani est à 10,50 AL. C’est une petite naine-jaune d’une masse de 0,85 MS et cette fois, c’est une étoile sans compagnon.

L’abondance de poussière tendrait à signaler un système jeune, toujours en formation. Trois planètes sont possibles, Une première (« Epsilon-Eridani-c ») de quelques petits dixièmes de masse joviennes, à environ 35 UA (« chez nous » elle serait au-delà de Neptune) ; une deuxième (« Epsilon-Eridani-b ») de masse jovienne, à environ 20 UA ; une troisième (« Epsilon-Eridani-a ») de 0,86 Mj, avec une orbite très excentrique allant de 0,6 à 3,4 UA (distance Soleil/Ceinture d’Astéroïdes 2,8 UA).

Donc une seule planète passe par la zone habitable mais elle est trop grosse et elle a une orbite trop excentrique. Et si on envisageait une lune de cette dernière, elle serait, de ce fait, soumise à des variations environnementales énormes.

Epsilon Indi

Epsilon-Indi est à 11,83 AL. C’est une naine orangée de 0,77 MS. L’étoile principale, Epsilon-Indi-A contrôle une planète Epsilon-Indi-Ab de plus de 3,25 masses joviennes (confirmée en Octobre 2019). Elle est « assortie » de deux naines brunes, étoiles avortées, doubles (distantes entre elles de seulement 2,5 UA), qui orbitent autour d’elle à quelques 1500 UA et d’une masse de 28 et 47 masses joviennes (respectivement 0,027 MS et 0,045 MS). Ce sont plutôt de très grosses planètes satellites que des concurrentes gravitationnelles (les naines brunes ont une masse de 13 à 75 masses joviennes soit de 0,01 à 0,07 MS).

A la distance où ces naines brunes se trouvent d’Epsilon-Indi-A, elles devraient pouvoir cohabiter du fait de leur sphère d’influence (sphère de Hill) limitée, avec quelques « vraies » planètes plus proche de l’étoile mais la seule observée, Epsilon-Indi-Ab, est extrêmement éloignée de la zone habitable (11,6 UA soit plus loin que la distance de Saturne -9,54 UA- et l’énergie reçue, l’irradiance, est égale à celle d’Uranus compte tenu de la masse de l’étoile). Pour le moment nous n’avons aucune indication de planète de type terrestre évoluant dans la zone habitable de l’étoile.

Tau Ceti

Tau-Ceti, distante de 11,90 AL est la dernière candidate. C’est une naine-jaune de 0,81 MS. Sa faible teneur en fer indique qu’elle est beaucoup plus vieille que le Soleil (estimation 10 milliards d’années soit plus du double de son âge). Sa zone habitable (fonction de la masse de l’étoile) est située entre 0,55 et 1,16 UA. Elle est entourée d’un disque de débris nettement plus important que celui du système solaire. On a identifié 4 possibilités de planètes telluriques mais aucune ne semble une nouvelle-Terre possible. Tau-Ceti-e est une superterre, de 4,29 MT orbitant à 0,55 UA ; elle est plus une planète du type de Vénus (en cas d’atmosphère proche de celle de la Terre, la température moyenne au sol serait de 68°C). Tau-Ceti-f est également une superterre, de 6,67 MT ; située à 1,35 UA, elle est nettement plus martienne que terrestre (pour ce qui est de l’irradiance). De plus il y a un problème général sans doute rédhibitoire, l’âge du système. La faible métallicité qui en résulte implique une insuffisance des éléments chimiques nécessaires à la vie et sans doute des difficultés graves pour un séjour humain prolongé.

Comme vous le voyez, pour le moment pas d’enthousiasme !

Mon pessimisme repose sur plusieurs hypothèses que je pense solides : l’impossibilité de conditions semblables à celles de la Terre dans les systèmes de naines-rouges ou d’étoiles multiples et bien sûr d’étoiles à cycle de vie court (blanches et géantes). Il reste quand même deux possibilités : 1) celle de découvrir une planète de masse terrestre dans la zone habitable d’Epsilon Indi ; 2) celle de découvrir une lune de masse terrestre ou martienne orbitant autour d’une géante gazeuse (une Pandora orbitant une Polyphème) située dans la zone habitable d’Alpha-Centauri-A. A noter que je n’ai pas évoqué Proxima-Centauri-b, la planète qui orbite dans la zone habitable de Proxima Centauri, bien qu’elle ait une masse assez proche de celle de la Terre (minimum environ 130%). La raison? C’est une planète de naine-rouge et elle est probablement d’une masse trop importante pour servir un jour de « nouvelle-Terre ». Cela n’exclut pas qu’on l’étudie.

Pour terminer sur les distances, je rappelle qu’il faudrait 20 ans à la vitesse de 20% de la vitesse de la lumière pour atteindre Alpha Centauri et 55 ans pour accéder au système de Tau Ceti. Comme par ailleurs il est moins qu’évident de pouvoir atteindre cette vitesse et ce d’autant plus que la masse de notre vaisseau serait importante, le projet d’aller visiter physiquement nos proches voisines reste encore largement un rêve. NB : je prends cette vitesse comme « étalon » tout en ayant bien conscience de la difficulté de l’atteindre car c’est la vitesse qu’espèrent les promoteurs de Breakthrough Starshot pour la flotte de voiles photoniques de masse unitaire de 2 grammes qu’ils veulent envoyer vers Proxima Centauri. Pour ce qui est de la communication par ondes, on mesure aussi la difficulté posée par la distance puisqu’un échange par télécommunication avec une sonde dans l’environnement d’Alpha Centauri mettrait près de 9 ans et dans celui de Tau Ceti, près de 24 ans, aller et retour bien sûr…après que la sonde soit arrivée sur place !

Même si l’espoir est ténu, une de nos priorités en tant qu’hommes reste de rechercher par tous les moyens dans des systèmes aussi proches que possible (irait-on jusqu’à 15 années-lumière ?), la présence d’un socle planétaire sur lequel nos descendants pourraient un jour se poser. Les premiers critères à sélectionner doivent être la gravité, la luminosité (donc aussi la température) et l’eau. La localisation en « zone habitable » n’est pas suffisante.

Illustration de titre: le système d’Epsilon Eridani. Vue d’artiste, crédit NASA (PIA11365).

illustration ci-dessous: Vue d’artiste du système stellaire d’Alpha Centauri. Crédit ESO/L. Calçada/N. Risinger — ESO, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=23163877:

liens:

Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

Epsilon Eridani  Backman_2009_ApJ_690_1522.pdf

lien: Stellar and substellar companions of nearby stars from Gaia DR2, par Pierre Kervella et al. in Astronomy & Astrophysics manuscript no. Nearby-PM-v5r1-arXiv, 11 février 2019, copyright ESO.

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Index L’appel de Mars 21 08 21

Une planète orbitant une étoile de type solaire n’est pas forcément une nouvelle Terre

Je vous parlerai cette semaine des conditions nécessaires pour qu’animés par l’objectif de trouver de « nouvelles-Terres », nous puissions nous intéresser à nos proches voisines de type solaire.

Une fois exclues de nos cibles prioritaires les étoiles géantes, les étoiles blanches de la Séquence-principale et les naines-rouges, il nous reste en effet à considérer les naines-jaunes (0,8 à 1,2 masses solaires « MS ») et les naines-orangées (0,5 à 0,8 MS).

Mais avant de vous présenter en détails la semaine prochaine les systèmes planétaires dont nous disposons dans la réalité, je voudrais évoquer, toujours en restant dans le cadre des étoiles de type solaire, le cas des étoiles doubles ou triples puis le cas des jupiters-chauds et enfin celui des super-terres qui sont probablement également des causes d’exclusion de notre liste de systèmes planétaires abritant de potentielles nouvelles-Terres ou de nouvelles-Terres elles-mêmes.

A noter tout de suite que, dans l’observation, nous avons malheureusement un biais en défaveur des planètes telluriques de type terrestre orbitant ces étoiles de type solaire car elles sont très petites relativement à leur étoile et que leur influence sur cette étoile est très peu visible et extrêmement fugace, contrairement aux grosses planètes ou aux planètes de type terrestre appartenant à un système stellaire de naine-rouge, peu massive. Il faut dire que vu d’un observateur hors de notre système, la Terre atténuerait la lumière solaire de 100 ppm (100 parties par million) pendant seulement 12h00 sur 365 jours. Ceci fait référence à la méthode des transits (atténuation de la luminosité de l’astre par le passage d’une planète entre nous), mais on comprend bien que le même raisonnement peut s’appliquer pour celle des vitesses radiales. En fait, à ce jour, nous n’avons observé aucune planète de ce type même si on peut extrapoler de l’observation d’étoiles plus proches de leur étoile, qu’elles existent bel et bien (probabilité de 5% sur un grand nombre).

Les étoiles doubles

Les étoiles-doubles, comme toute étoile, sont certainement entourées de disques de gaz et de poussière qui éventuellement s’organisent pour partie en planète(s) puisque, lors de l’accrétion, toute la matière du disque protoplanétaire dont elles sont issues ne s’est sûrement pas agglomérée exclusivement au sein de chacune d’elles avant son « allumage ». Se pose donc le problème de cette matière située entre-deux. Elle va dépendre de l’un ou l’autre astre, ou bien passer de l’un à l’autre en fonction de leur rapprochement périodique.

A moins de 200.000 UA (pour une étoile de type solaire), la distance entre les deux ne peut permettre l’évolution de nuages de Oort indépendants (100.000 pour chaque étoile) et à moins d’une centaine d’UA, celle de Ceintures de Kuiper indépendantes (50 pour chaque étoile). Une partie de la matière, celle qui est la plus proche de l’un ou l’autre (« système interne »), va pourvoir s’agglomérer en planète(s) mais sans doute pas la matière plus lointaine tiraillée et cisaillée entre les deux forces gravitationnelles. Il est intéressant de réfléchir non seulement à cette limitation mais aussi aux conséquences de l’instabilité de cette matière plus lointaine, pour les planètes proches de chacune des étoiles, notamment de celle(s) qui se trouvent dans la zone d’habitabilité.

Il est fort probable que cette matière « entre-deux », distante, soit chassée assez rapidement vers les régions les plus basses de chacun des deux systèmes stellaires et s’agglomère aux planètes « internes ». Ceci implique une histoire planétologique beaucoup plus violente que celle que nous avons connue pendant les premières centaines de millions d’années de notre propre histoire. Et plus les étoiles auront un périastre proche, plus le nombre de planètes possibles entre elles sera limité, plus la masse de ces planètes sera importante. Dans ces conditions les nouvelles-Terres sont plus qu’improbables et seuls les jupiters-chauds ou super-terres sont possibles.

Certains ont imaginé des planètes qui formées aux confins des deux systèmes imbriqués auraient une orbite complexe suivant laquelle elles passeraient de l’influence gravitationnelle d’une étoile à celle de l’autre. Pourquoi pas ? Mais le règlage très fin semble improbable et la possibilité que la planète soit une nouvelle-Terre évoluant à l’intérieur de deux zones habitables, encore plus improbable.

Jupiters-chauds

Les jupiters-chauds sont des astres qui ont été fréquemment observés parmi les exoplanètes. Ils semblent résulter d’un processus de migration naturel. La lente descente en dessous de la ligne de glace, par succession d’accrétions, de l’astre le plus gros du système, en fonction de la masse plus importante existant à cette distance et en fonction de la formation d’une planète à cet endroit avant les autres (vers l’étoile). Cette lente descente conduit naturellement à une énorme planète d’apparence gazeuse à la distance de Mercure de son étoile (ou un peu plus bas, là où la descente s’arrête faute de matière à accréter). Cela implique la concentration dans cette énorme boule, de presque toute la matière protoplanétaire sise entre la région d’origine de la planète et la proximité de l’étoile (à proche distance de l’étoile, il n’y a plus de matière à accréter car elle a été chassée par le fort rayonnement de l’étoile en formation). Elle conserve une enveloppe épaisse de « volatiles » en dépit de sa proximité à l’étoile, en raison de la très forte attraction gravitationnelle que sa masse importante génère. Un tel processus pourrait être accentué par la localisation de la matière dans la sphère d’influence gravitationnelle de deux étoiles comme décrit ci-dessus.

Le système solaire est probablement un cas très particulier, théorisé par Alessandro Morbidelli de l’Observatoire de Nice-Haute Provence pour notre Jupiter. Celle-ci a amorcé cette même descente mais a été rattrapé par Saturne pour former avec elle un couple gravitationnel qui a provoqué leur retour commun vers l’extérieur du système après que Jupiter soit parvenu jusque dans la région de la future Mars. Mais ce rebroussement a toutes les chances de ne pas se reproduire fréquemment (il a fallu dans « notre » cas que la masse respective de Saturne et Jupiter et leur distance soient juste ce qu’il fallait et que l’entrée en résonnance 2 pour 3 du parcours de leurs orbites se fasse au bon moment).

Les super-terres

Les super-terres sont des planètes dont la masse se situe entre 5 et 10 masses terrestres (MT); certains la font descendre jusqu’à 2 MT. Plus la planète est massive, plus la chaleur interne qu’elle génère réduit la possibilité de formation d’une croûte épaisse et durable. Et même si cette croûte est d’une épaisseur suffisante et si elles ont de l’eau, l’homme aurait beaucoup de mal à y vivre en raison d’une gravité trop forte. En effet, rapidement, la pression artérielle ne pourrait permettre une bonne irrigation du cerveau et le simple portage de son propre corps indépendamment de celui d’un scaphandre et d’un équipement de survie pourrait imposer à tout moment l’usage d’un exosquelette. Enfin le retour sur Terre serait quasiment impossible compte tenu de la vitesse de libération de la force attractive de l’une ou l’autre planète. Pour les exoplanètes habitables il vaut mieux pour l’homme, une Mars qu’une superterre.

On peut estimer, jusqu’à preuve du contraire, que ces trois configurations (étoile-double, jupiter-chaud, superterre) sont peu favorables à la présence de planètes de type nouvelles-Terres, même si ces planètes se trouve en « zone-habitable » et même si l’étoile est de type solaire. Un bémol tout de même, comme nous l’a bien fait remarquer David Cameron, l’auteur du film Avatar, les Polyphèmes peuvent avoir des Pandoras, c’est-à-dire que toute planète massive peut avoir des satellites de masse comparable à celle de notre Terre ou de Mars, qui eux pourraient bénéficier de leur localisation en zone habitable.

Nous verrons la semaine prochaine si, malgré ces exclusions, il pourrait rester parmi nos peu nombreux systèmes voisins de type solaire, quelques-uns qui pourraient être le « nid » de représentants de cette espèce rare.

illustration de titre: super-Terre (“TOI 1338 b”) orbitant une étoile double. Le système se trouve à 1300 années lumière de la Terre (constellation Pictor). TOI 1338 b a une masse de 6,9 Mt et les étoiles 1,1 et 0,3 Ms. Le transit est de 93 à 95 jours (ce qui implique une proximité en-deçà de la zone habitable pour l’étoile la plus massive). Il est peu probable qu’une nouvelle-Terre puisse évoluer dans un tel système. En tout cas, magnifique photo du satellite TESS, datée de janvier 2020, Crédit NASA/Goddard Space Flight Center. 

Liens:

Prevalence of Earth size planets orbiting Sun-like stars: Erik Petigura et al. in PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA), 2013:

https://www.pnas.org/content/pnas/110/48/19273.full.pdf

https://www.pnas.org/content/pnas/suppl/2013/11/01/1319909110.DCSupplemental/sapp.pdf

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Index L’appel de Mars 21 08 21

Les étoiles les plus proches sont très loin et leurs planètes ne sont pas forcément habitables

Aujourd’hui je vais vous parler de nos étoiles les plus proches parce que ce sont les seules qu’on puisse raisonnablement espérer pouvoir atteindre un jour par des moyens astronautiques. Il serait évidemment passionnant de le faire pour trois raisons : la satisfaction pure de connaître et de comparer ; la possibilité d’étudier de près un éventuel processus de complexification géochimique vers la vie différent du nôtre ; enfin, permettre d’envisager la possibilité d’une installation de l’homme dans un autre système planétaire. Les deux dernières raisons peuvent être résumées par l’expression « rechercher une nouvelle-Terre ».

La seule préparation possible à cette progression astronautique dans l’espace, qui viendra bien sûr avec la progression de nos technologies dans ce domaine et d’autres (support vie!), est évidemment d’utiliser nos moyens astronomiques et astrophysiques. Il vaudra mieux, en effet, bien choisir sa destination avant de partir car le voyage sera très long, à l’extrême limite de nos possibilités humaines.

Le cadre

Une trentaine de systèmes stellaires se trouvent dans le rayon d’une douzaine d’années-lumière (AL) de notre Soleil. Cette distance est à comparer aux quelques 100.000 AL de diamètre de notre galaxie. Ces systèmes proches ne sont pas pour autant facilement accessibles par des moyens astronautiques. Disons qu’avec les plus rapides, dont nous ne disposons pas encore mais qu’on peut imaginer*, ce sont les seuls que nous pourrions physiquement atteindre sur une durée compatible avec celle d’une vie humaine. Cependant, à première vue, l’espoir de trouver parmi eux une nouvelle-Terre s’annonce extrêmement ténu.

*Propulsion photonique, propulsion nucléaire, que je ne développerai pas ici.

Le fait est que parmi les étoiles des trente-trois systèmes stellaires concernés, vingt-six sont des « naines-rouges », comme le sont 80% des étoiles de l’Univers actuel ; deux, Sirius A (type spectral « A0 ») et Procyon A (type « F5 ») sont des « étoiles blanches de la séquence principale » accompagnées d’une partenaire « naine-blanche » ; quatre, Alpha Centauri B, 61 Cigni A et B, Epsilon Indi, sont des « naines-orangées » (type « K ») ; trois seulement, Alpha Centauri A, Epsilon Eridani et Tau Ceti sont des « naines-jaunes », donc de type solaire (« G »).

Il faut, à mon avis, pour avoir quelques chances de trouver une nouvelle-Terre, privilégier les naines-jaunes et les naines-orangées, évoluant seules, sans compagne. Je vous donne ci-après les raisons d’exclure en premier lieu les étoiles d’un autre type spectral.

Naines-rouges

Voyons d’abord le cas des naines-rouges (de 0,07 à 0,5 masses solaires, « MS »).

Il n’est pas exclu que nous trouvions de nombreuses planètes telluriques (rocheuses) dans la « zone habitable » des 26 étoiles mentionnées de cette catégorie. En fait nous en avons déjà trouvé plusieurs, la plus facile d’accès étant Proxima-Centauri-b qui orbite autour de Proxima-Centauri (4,24 UA), l’étoile actuellement la plus proche du système solaire. Cependant nous devons ne pas nous hâter d’en tirer des conclusions erronées. Cette « habitabilité » qui n’est fondée que sur une température qui permettrait à l’eau d’être liquide est un leurre pour deux raisons.

La première c’est que la combustion interne (fusion hydrogène => deutérium) des naines-rouges est erratique. Leurs tâches solaires peuvent atténuer la lumière émise jusqu’à 40% pendant plusieurs mois et, à d’autres périodes, des éruptions gigantesques, proportionnellement à leur diamètre, peuvent doubler leur luminosité en quelques minutes.

La seconde c’est qu’en raison de la faiblesse relative du rayonnement d’une naine-rouge, la zone habitable est très proche de l’astre, si proche que, par effet de marée, la planète qui pourrait s’y trouver serait bloquée dans sa rotation, présentant toujours la même face à l’étoile. Les conséquences me semblent tout à fait incompatibles avec une véritable habitabilité. D’abord le flux radiatif extrêmement fort tout en étant irrégulier risque d’empêcher toute évolution suffisamment longue d’organismes en surface. Ensuite l’absence totale de fluctuation des marées, d’alternances périodiques de luminosité et même de déplacements d’ombre et de lumière est une particularité très différente de notre environnement terrestre dont il est difficile d’apprécier les conséquences mais qui me semble peu favorable à une vie native ou “importée”. Les seuls mouvements à la surface de ces planètes pourraient être (1) un mouvement de convection dans l’atmosphère provoqué par l’existence d’un pôle froid (l’atmosphère au-dessus de la face froide) et d’un pôle chaud (l’atmosphère d’autant plus chaude qu’elle se trouve à la verticale du rayonnement de l’étoile), donc certainement du vent ; (2) les mouvements liés à la gravité (évaporation, pluie, écoulement de l’eau) ; (3) de temps en temps un cataclysme radiatif lié à une éruption de type “white-light-flare”, riche en rayons X, de l’étoile*.

*NB: tout récemment, il a été constaté sur un très petit échantillon, que ces éruptions proviendraient des hautes latitudes (à partir de 50°) de l’étoile et non de l’équateur, ce qui limiterait les risques pour les planètes orbitant dans ce plan. Cette particularité reste à confirmer. 

Il me semble difficile qu’une vie indigène puisse émerger ou que des hommes puissent s’installer dans ces conditions.

Etoiles blanches de la séquence principale

Les deux étoiles blanches de la séquence principale dans le voisinage considéré, que sont Sirius A (type A0, riche en métaux, masse 2,12 MS) et Procyon A (naine jaune-blanche de type F5, masse 1,5 MS) sont deux astres plus actifs/chauds que le Soleil. De ce fait elles sont sur une trajectoire de vie aujourd’hui courte (estimée à environ 750 millions d’années pour Sirius A et entre 10 et 100 millions pour Procyion A. Cette dernière était auparavant une étoile de type solaire mais elle est aujourd’hui en fin de vie car elle a épuisé son hydrogène). Une courte durée de vie stellaire, comme celle de Sirius A qui au total ne sera pas supérieure à 1 milliard, est, au niveau planétaire, probablement rédhibitoire pour une évolution suffisante pour procurer un socle hospitalier pour des explorateurs. Il n’en est pas de même pour Procyon A qui existe sans doute depuis quelques petits milliards d’années mais la fin de vie d’une étoile ne semble pas propice, du fait de sa violence, à une installation humaine (perspective de transformation prochaine en géante-rouge).

Par ailleurs toutes les deux ont des compagnes naines-blanches qui sont les restes de géantes-rouges ayant explosé, événement qui a dû avoir des conséquences catastrophiques pour toutes planètes se trouvant à proximité et d’abord celles orbitant autour de leur compagne. Or ici les distances sont courtes : entre Procyon A et Procyon B, de 9 à 21 UA, entre Sirius A et Sirius B, de 8 à 31 UA (Neptune évolue à 30 UA du Soleil). Du fait de cette proximité, il y a également peu de chance que des planètes de type terrestre aient pu se former entre les deux et donc que nous puissions nous y poser (imaginez les forces d’attractions gravitationnelles contradictoires exercées par deux étoiles si proches sur la matière entre elles !). Ce serait éventuellement des planètes très massives au plus près de l’étoile (sujet qui sera traité la semaine prochaine).

Etoiles géantes

Si les étoiles-blanches un peu plus massives que le Soleil ne peuvent conduire à maturité des planètes de type terrestre, il est presque inutile de dire que les étoiles encore plus massives (au-delà de 8 masses solaires) et donc de durée de vie beaucoup plus courte, pourraient les accompagner plus loin. Rappelons-nous que sur Terre l’éon Hadéen (prédécesseur de l’Archéen) a duré plusieurs centaines de millions d’années, bien au-delà de la durée de vie de ces géantes. Dans l’environnement hadéen, une planète qui aurait le potentiel de devenir terrestre, évoluerait dans un environnement proprement invivable (sol extrêmement chaud et instable, atmosphère très épaisse et irrespirable, averses d’astéroïdes…). Ce pourrait être une « future-Terre-sans-futur », non une « nouvelle-Terre ».

Je vous parlerai la semaine prochaine des conditions nécessaires pour que, avec le même objectif, celui de trouver de nouvelles-Terres, nous puissions nous intéresser à nos voisines de type solaire.

Illustration de titre : Les systèmes stellaires voisins, limités à une sphère de 12,5 années-lumière. Extrait de « The Atlas of the Universe » par Richard Powell. Lien: http://atunivers.free.fr/12lys.html

D’autres cartes tout aussi instructives sont sur le site. Traduction en Français par Norbert Rumiano.

à lire:

Giant white-light flares on fully convective stars, occur at high latitudes, par Ekaterina Ilin et al. in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Oxford), 05/08/2021

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Index L’appel de Mars 21 08 06

Pour la première fois, un Starship monté sur son lanceur SuperHeavy défie le ciel

Ce n’est pas encore le grand départ mais Elon Musk est en pleine course pour réussir et l’image est spectaculaire. Le vaisseau Starship SN20, recouvert sur son ventre et son nez de ses tuiles de protection thermiques noires, se dresse fièrement sur son lanceur SuperHeavy BN4, en acier inoxydable apparent, lui-même en place sur sa table de lancement. La hauteur est impressionnante, 120 mètres de hauteur dont 50 mètres pour le vaisseau et 70 mètres pour le lanceur, à côté d’une tour de service de même hauteur. La plus haute fusée jusqu’alors, la Saturn V du programme Apollo ne faisait « que » 110 mètres.

En regardant cette fusée absolument énorme, on retrouve les sensations de gigantisme que devaient ressentir les contemporains du dirigeable Hindenburg en 1936 (longueur 246 m, hauteur 44 m). Espérons que ce géant-ci ne connaisse pas le même sort que son triste prédécesseur dans le journal des records mais marque l’aube de l’accès de l’homme au véritable espace, bien au-delà de l’orbite basse terrestre.

La préparation pour le vol orbital est encore très faible. Rappelons que jusqu’à présent, un seul Starship, le SN15 (Serial Number 15), a réussi son vol complet, avec atterrissage, le 6 mai 2021. Ce vol n’était qu’un test de manœuvrabilité en altitude (10 km) et d’atterrissage. De son côté, le lanceur SuperHeavy n’a été testé qu’une seule fois, le 21 juillet, avec son BN 3 (pour Booster Number 3), pour un vol statique utilisant 3 moteurs.

C’est pour cela qu’il est très étonnant de voir un Starship complet, debout sur sa table de lancement, après qu’il ait été équipé, en 48 heures seulement, de ses 29 moteurs Raptor (sans compter les 6 du vaisseau). C’est comme si Elon Musk voulait tenter maintenant son premier vol orbital. Il est vrai qu’il nous a habitué à « aller plus vite que la musique » et à procéder sans perdre de temps, sans aucun « temps mort », sans redouter l’échec, à ses différents tests. Il n’hésite pas, c’est un pragmatique et il est clair que pour lui, un échec est avant tout porteur d’enseignements, le moyen permettant de déceler le défaut qu’il convient de corriger.

Le BN4 a été installé sur sa table de lancement par des grues géantes les 4 et 5 août, le Starship SN20 déposé au-dessus le 6 août. Que va-t-il se passer maintenant ?

Sans doute y aura-t-il un essai de remplissage et pressurisation des réservoirs puis d’allumage des moteurs car faire fonctionner ensemble 29 moteurs est un réel problème (il y en aura 33 dans la version finale du SuperHeavy) de coordination et de sécurité. Rappelons que le Starship proprement dit n’a jamais volé qu’avec 3 moteurs. Il n’était pas nécessaire d’utiliser de moteurs pour le vide puisque le vol ne montait qu’à 10 km mais il y aura bien 6 moteurs (3 atmosphériques et 3 pour le vide) pour le Starship du premier vol orbital.

Reste aussi l’autorisation de décoller car l’administration fédérale américaine compétente, la FAA (Federal Aviation Administration), pose toujours problème, comme souvent les administrations (en l’occurrence pour des motifs environnementaux). La raison est que l’autorisation précédente a été donnée pour un lancement d’ampleur beaucoup moins importante (ce qui est exact car les quantités d’ergols pour un vol orbital sont beaucoup plus importantes). Il serait étonnant qu’Elon se passe de cette autorisation mais le spectacle qu’il a mis en scène est sans doute aussi pour dire fermement qu’il est prêt et que la FAA le retarde. Il semble heureusement que la NASA et le Département de la Défense soient du côté d’Elon. Cela se comprend car la NASA compte sur le Starship pour son programme Artemis de retour sur la Lune…Un bras de fer entre administrations en quelques sortes.

Le vol orbital était prévu pour la fin de l’été. Le lanceur reviendra se poser dans le Golfe du Mexique et le Starship continuera jusqu’à Hawaï. Les deux « véhicules » sont réutilisables. L’altitude sera entre 300 et 500 km. Aura-t-il lieu fin août ou à l’automne ? Nul ne le sait.

En tout cas, cette vitesse, fruit d’une organisation remarquable et du travail d’ingénieurs exceptionnels est absolument stupéfiante. Il y en a, en Europe chez Arianespace ou aux USA chez Boeing et United Launch Alliance (SLS), qui pourraient en prendre de la graine !

Illustration de titre: à gauche la batterie des 29 moteurs du SuperHeavy, à droite, l’ensemble SuperHeavy surmonté du Starship sur sa table de lancement. Photo prise le 6 août, Crédit Elon Musk (cpte Twitter).

Illustration ci-dessous: excellente nouvelle photo publiée par Elon Musk ce 7 août et que je ne résiste pas au plaisir de l’ajouter à mon article: Elle montre le moment de la jonction entre le SN20 et le BN4. On se rend encore mieux compte de la taille des deux éléments. Remarquez le revêtement de tuiles qui ne protège que la surface la plus exposée à la chaleur. Remarquez aussi la forme des tuiles; hexagonales, elles évitent l’accélération du passage du plasma entre elles. Remarquez enfin les “ailettes de grille” mobiles, élément essentiel pour la manœuvre (stabilisation) du lanceur. Les ailettes devraient aussi être utilisées au retour du lanceur pour l’immobiliser dans des pinces géantes.

Les dimensions de l’Univers sont à la fois inhumaines et merveilleuses. Nous devons « faire-avec » et entreprendre

Les dimensions spatio-temporelles de l’Univers sont proprement inhumaines. Il faut parcourir 380.000 km pour atteindre la Lune et certains disent que c’est loin. Ça l’est effectivement pour ceux qui « font toute une histoire » d’un voyage dans l’ISS qui orbite autour de la Terre entre 400 et 450 km d’altitude. Mais cette distance Terre-Lune n’est rien par rapport à celle qui nous sépare de Mars qui évolue de 56 à 400 millions de Km sur une période de 26 mois. A cette distance, le temps « montre le bout de son nez » et l’immédiateté dans les relations qu’on peut avoir d’une planète à l’autre « en prend un coup » puisqu’il faut de 3 à 22 minutes pour que la lumière, donc tout signal porté par les ondes électromagnétiques, puisse franchir la distance qui les sépare.

Après cela on change une première fois de « braquet » ; on ne mesure plus en km mais en unités astronomiques, UA, qui valent chacune 150 millions km, soit la distance qui nous sépare du Soleil. Neptune, la plus éloignée des huit planètes de notre système, évolue à 30 UA du Soleil, donc entre 29 et 31 de la Terre ce qui est pratiquement pareil. On est « à la porte » de la Ceinture de Kuiper, anneau constitué principalement d’astéroïdes mais aussi de quelques planètes naines et qui s’étend de 30 à 55 UA. Viennent ensuite, jusqu’à 150.000 à 200.000 UA, les Nuage de Oort interne puis externe qui enveloppe notre système comme un cocon.

A nouveau les nombres deviennent si énormes qu’on change une deuxième fois de braquet en passant insensiblement de l’UA à l’année lumière. Ce faisant, le temps prend de plus en plus d’importance dans l’évaluation de la distance puisque l’année-lumière l’exprime aussi bien que l’étendue parcourue. Aux confins du système solaire nous sommes à quelques 2,3 années-lumière et encore « chez nous », alors que ce tout petit nombre représente, selon le terme utilisé pour le premier braquet, plus de 21.000 milliards de km.

Notre étoile actuellement voisine (tout change et elle ne le restera que quelques 3.3000 ans), Proxima-Centauri, évolue à quelques 4,25 années-lumière (269.400 UA) du Soleil ou de la Terre (ce qui est pratiquement pareil à cette distance). Et il faudrait 77.000 ans à la vitesse de Voyager-1 soit 16,6 km/s (3,5 UA par an) pour l’atteindre, 7.700 ans pour la Sonde Parker qui est l’objet le plus rapide (150 km/s) jamais construit par l’homme (du fait qu’il bénéficie de l’accélération gravitationnelle résultant de ses trajets entre le Soleil et Vénus) ou « seulement » 20 ans en voyageant à la vitesse fantastique (et relativiste) de 20% de la vitesse de la lumière (projet Breakthrough Starshot)…ce qui est actuellement exclu pour les masses importantes (Breakthrough Starshot n’envisage d’envoyer qu’une flotte de sondes de chacune 2 grammes, propulsées par une forêt de rayons laser ultrapuissants, 100 GW, pendant dix minutes).

Notre Soleil, étoile naine-jaune ordinaire, fonce à quelques 230 km/s autour du Centre galactique dont elle fera le tour en 250 millions d’années car nous sommes à quelques 28.000 années lumières de ce Centre, au milieu du rayon du disque dont le diamètre est de l’ordre de 100.000 années-lumière. 28.000 ans, à peu près une « Grande-année » zodiacale, cela fait beaucoup par rapport à l’histoire de l’homme puisque cette lumière émise par les étoiles du Centre galactique que nous percevons aujourd’hui, en est partie alors qu’Homo sapiens arrivé vers -40.000 ans en Europe venait, il y a 35.000 ans, de remplacer Homo Neanderthalensis sur son sol. Mais il n’utilisait ses outils de pierre que de façon encore très primitive puisque nous étions toujours dans le paléolithique et que le Mésolithique ne devait commencer que quelques 16.000 ans après. La durée de l’année galactique est encore plus impressionnante. Il y a 250 millions d’années, la Terre venait de sortir du Permien (ère Paléozoïque) et entrait dans le Trias (ère Mésozoïque) à l’aube de l’apparition des dinosaures, après que la vie ait subi une de ses plus sévères extinctions (96% des espèces ayant disparu).

Donc il ne faut pas rêver, avec une durée de vie active possible de moins de 100 ans, l’homme ne peut concevoir d’aller physiquement plus loin dans l’espace qu’une douzaine d’année lumière. Et s’il le fait, ce sera au prix d’une vitesse « relativiste » qui le coupera de la société dont il est issu car ceux qui partiraient, reviendraient sensiblement plus jeunes que lorsqu’ils seraient partis et ce, d’autant plus que leur vitesse serait élevée et la distance importante. A ces échelles en effet, le temps lui aussi n’est plus une donnée intangible puisqu’il est sensible à la vitesse et à la masse. Si nos progrès technologiques le permettent, il y aura peut-être des aventuriers intrépides qui accepteront la rupture totale et définitive avec leur passé mais ils seront sans doute peu nombreux (à moins d’être les derniers terriens à pouvoir quitter une Terre devenue inhabitable, thème de nombreux livres de science-fiction) et la distance qu’ils pourront parcourir sera de toute façon limitée par la capacité d’emport de masse de leur vaisseau (cette masse comprenant aussi bien leurs ressources utilisables pour leur support vie, que la source d’énergie alimentant leurs moteurs nucléaires ou la masse de ces moteurs et des boucliers protecteurs de radiations).

Et pourtant nous sommes encore « chez nous », dans « notre » galaxie. Si l’on en sort par la pensée ou par l’astronomie, on va encore changer de braquet et mesurer les distances en millions d’années-lumière. Il en faudra 2 pour parvenir à la Galaxie d’Andromède, la jumelle de notre Voie lactée, cœur avec elle de notre groupe local. Il en faudra environ 50,2 millions, ou 15,39 mégaparsec* (c’est-à-dire 15,39 fois 206265 UA), pour parvenir à la galaxie elliptique supergéante Messier 87, au centre de l’Amas de la Vierge, lui-même au centre du Superamas de la Vierge dont notre Groupe-local de galaxies fait partie.

*le mégaparsec, « Mpc » est égal au rayon d’un cercle dont l’arc soutenu par un angle au centre d’une seconde d’arc, mesure exactement une UA.

Et l’on peut continuer ainsi par sauts successifs, dans des lointains de plus en plus lointains et des passés de plus en plus anciens, passant des dizaines de millions d’années aux centaines de millions puis aux milliards et arrivant enfin, à 13,8* milliards d’années moins 380.000, à ce mur aujourd’hui infranchissable du Fond-diffus-cosmologique source de la Première-lumière qui est aussi la « Surface-de-dernière-diffusion » à l’intérieur de laquelle la pression et la chaleur de l’Univers étaient telles que, prisonniers du plasma primordial, les photons ne pouvaient qu’interagir avec les électrons (« diffusion Thomson »).

*devenus aujourd’hui 45 milliards du fait de l’expansion de l’Univers.

Mais si la force de la pensée, appuyée par l’observation peut nous conduire jusque-là, jamais nous ne verrons ces rives fabuleusement lointaines, jamais nous ne verrons non plus « aujourd’hui » les étoiles et les planètes qui du même âge que le Soleil ou la Terre, sont situées à des distances relativement proches mais dont l’image est déjà dans notre passé lointain du fait que leur lumière ne chemine qu’à la vitesse relativement faible au regard de l’échelle, de 300.000 km/s.

Alors ?

Vous le ressentez surement comme moi, dans cet environnement immense nous ne sommes relativement que d’infimes particules dont la durée de vie n’atteint pas celle d’un éphémère après éclosion et vous savez que nous ne sommes pratiquement jamais sortis du tout petit point d’espace où nous sommes nés. Mais nous sommes des particules conscientes, capables de « faire » et sensibles. Nous observons, nous calculons, nous constatons, nous comparons, nous progressons dans la connaissance, nous nous étonnons, nous admirons, nous nous racontons des histoires et nous rêvons. Grâce à ces propriétés et cette orientation psychologique, nous concevons, nous fabriquons et construisons, couche après couche, savoir sur savoir, nous progressons et notre emprise sur le monde s’élargit. Il ne s’agit toujours que de notre environnement proche (l’astronautique) ou de quelques lumières provenant du lointain et du passé (l’astronomie) mais nous allons toujours plus loin dans notre compréhension sinon dans notre maîtrise du monde et si nous nous retournons vers notre passé d’êtres humains, infime nombre d’années au regard de l’histoire de l’Univers ou de notre monde, nous pouvons être fiers de nos accomplissements, des traces de pas visibles derrière nous et de l’étendue parcourue, même si nous ne parvenons toujours pas à nous éloigner de la plage ou viennent s’écraser les vagues de l’Océan sans limites apparentes et les étoiles qui s’y reflètent et nous appellent de toute éternité.

Gardons la tête froide, n’ayons pas peur comme Pascal ou d’autres, de ce fait inhibés, et assumons nos responsabilités d’hommes vivants, sans désespérer : ménageons la viabilité de la Terre et faisons ce que nous pouvons faire au-delà, installons-nous sur Mars. Peut-être nos descendants iront-ils plus loin mais en allant sur cette planète toute proche, nous leur en donnerons intellectuellement la possibilité.

Illustration de titre :

Le « Hubble Ultra Deep Field 2014 » (« Champ Ultra Profond de Hubble 2014 ») ou « HUDF », est un composé de différentes photos prises entre 2003 et 2012 avec les caméras « Advanced Camera for Surveys » et « Wide Field Camera 3 » (dernier instrument fixé sur Hubble en 2009). Une mise à jour en a été faite en ultraviolet en 2014. Image Credit: NASA/ESA. La taille apparente du HUDF est celle d’un carré de 200 secondes d’arc (pour comparaison le diamètre apparent de Mars au plus proche de la Terre est de 13,9 secondes d’arcs). C’est un « trou » sans étoiles dans notre environnement (hémisphère Sud, Constellation du Fourneau) qui nous permet d’accéder aux galaxies lointaines sans en être empêchés par la barrière visuelle des étoiles ou galaxies proches. Les lumières les plus rouges ont été émises quelques 800 millions d’années après le Big-bang ; notre Soleil n’est né que plus de 9 milliards d’années après, il y a 4,6 milliards d’années!

Illustration ci-dessous, Cratère Gale, en route vers le Mont Sharp, à droite le Mont Rafael Navarro, photo Perseverance, crédit NASA. Mars, notre voisine, dont les paysages sont presque familiers, est notre seconde Terre. Elle nous attend.

En ce premier août, je souhaite à tous mes amis Suisses, une bonne Fête Nationale!

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Index L’appel de Mars 21 07 25