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

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 21 08 21

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

22 réponses à “Une planète orbitant une étoile de type solaire n’est pas forcément une nouvelle Terre

  1. Même s’il va à l’encontre de mes espoirs de perpétuel rêveur, votre article est, comme d’habitude, une analyse objective du problème.

    Concernant la vie sur des super-terres, je me permets trois remarques.

    D’abord quant au poids qui n’est pas seulement fonction de la gravitation mais également du rayon et de la vitesse de rotation de l’astre. Si la vitesse de rotation est suffisante, à proximité de l’équateur, le poids pourrait rester supportable.

    Ensuite, nous devons aussi tenir compte de la physiologie et de la morphologie d’éventuelles espèces vivantes qui pourraient peupler ces astres. Si un poids élevé serait un handicap pour des girafes locales, il pénaliserait beaucoup moins des reptiles.

    Enfin, d’éventuelles espèces aquatiques ressentiraient beaucoup moins un poids considéré comme inconfortable à l’air libre. Merci, Archimède.

    1. Intéressante l’hypothèse des espèces aquatiques. Mais, comme on le constate sur Terre, de telles espèces, même intelligentes, auraient assez peu de probabilités de développer une civilisation “technique” dans un tel environnement.
      Maintenant, NOUS sommes bien adaptés à une gravité de 1 g, rien ne dit qu’il ne soit pas possible d’imaginer des formes de vie, avec une autre physiologie (squelette, coeur, etc. renforcés), qui pourraient supporter des gravités nettement supérieures. Reste que je demeure toujours aussi sceptique sur l’apparition de la vie sur d’autres mondes; les conditions qui ont permis à la vie de naître puis prospérer sur Terre sont tellement nombreuses et particulières que rien ne dit que ce “miracle” ait pu se produire aussi ailleurs (même si l’univers est très vaste!). Ce n’est évidemment pas impossible, mais dans l’état actuel de nos connaissances* pas certain, ni même simplement hautement probable, non plus.
      *La perspective changerait si on découvrait des traces de vie présente ou passée sur Mars par exemple (ce qui prouverait que la vie apparaît quasi “automatiquement” dès que des conditions minimales sont réunies), ce à quoi je ne crois guère.

      1. Sur Mars, je ne crois pas non plus que, même dans le passé, une vie ait put apparaître et se développer mais j’aurais plus d’espoir d’en détecter des traces et peut-être même plus sur Europe ou sur Encelade.

    2. Merci Monsieur Louis de votre commentaire! Mes remarques:
      (1) Je ne pense pas que le poids dépende d’un autre facteur que la masse (la force de gravité qu’elle génère) et la distance à cette masse;
      (2) d’accord pour les reptiles mais je pensais plutôt au séjour de l’homme;
      (3) évidemment la vie dans l’eau devrait permettre d’équilibrer la force de gravité. Mais encore une fois j’envisageais la “Nouvelle-Terre” pour une éventuelle occupation humaine.

      1. La distance est celle entre le centre de gravité de la planète et sa surface, c’est-à-dire son rayon. Comme toute force, le poids est le produit de la masse par l’accélération et, de celle de la pesanteur, il faut soustraire l’accélération centrifuge due à la rotation de la planète. À l’équateur, c’est v²/R où v est la vitesse tangentielle à la surface du corps en rotation.

        Pour le reste, il est vrai que mon raisonnement concernait d’éventuels habitants plutôt que des visiteurs habitués à un autre environnement.

        1. Merci Monsieur Louis de cette précision incontestable et utile.
          Cependant l’effet de la vitesse de rotation est quand même très faible par rapport à celui de la masse, dans le cas évidemment de la Terre aujourd’hui. On évalue la différence de poids à seulement 0,5% de moins à l’Equateur (vitesse de rotation maximum) par rapport aux pôles (vitesse de rotation nulle). Peut-on envisager une différence plus grande sur des planètes de type solaire? Certainement, puisque la Terre tournait sur elle-même beaucoup plus vite au début de son histoire (journée de 6 heures au début de l’Hadéen).
          Une variable de plus à prendre en compte mais qui permet aussi de dire qu’une planète n’est de “type terrestre habitable” que pendant une période courte de son histoire car la Terre pendant l’Hadéen (pour des raisons tectoniques) et d’ailleurs pendant les 2,5 premiers milliards de son existence (pour des raisons atmosphériques) était proprement inhabitable (pour des êtres multicellulaires, respirant de l’oxygène) bien qu’elle fut située dans la “zone habitable” de son étoile, le Soleil.

  2. “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”, c’est en effet probable que de tels satellites existent, mais ne va-t-il pas se poser comme pour notre Lune, ou Titan par exemple pour rester plus proche de cette hypothèse, un problème de longueur de l’alternance jour-nuit si on veut avoir des conditions vraiment favorables à l’apparition de la vie? A moins que se soient développées sur ces astres des formes de vie capables de stocker l’énergie de leur étoile pendant les longues journées pour l’utiliser pendant les tout aussi longues nuits (?). Je ne pense pas que la vie aurait pu naître sur Terre au-delà du cercle polaire par exemple (qu’elle puisse ensuite y survivre après être née ailleurs dans des conditions plus favorables est une autre histoire).

    1. Oui, vous avez raison, le problème de la longueur des jours par rapport à celle des nuits va se poser. Comme chacun sait la Lune a des jours de 29,5 de nos jours donc 14,75 jours de nuit et 14,75 jours de jour; Titan a des jours de 16 jours, donc l’alternance est de 8/8. NB: ce qui compte c’est l’exposition au Soleil, pas à la planète (donc la durée de la rotation du satellite sur lui-même) mais la planète, proche et énorme par rapport au satellite, peut causer des éclipses fréquentes et importantes.
      L’axe de rotation d’un satellite bloqué par force de marée vers son astre maître est parallèle à celui de cette astre et si l’axe de rotation de cet astre est incliné par rapport au plan de l’écliptique (comme c’est le cas de la Terre et de Titan, il y aurait bien entendu variations saisonnières de la durée diurne autour de ces valeurs (d’autant plus marquées que l’on s’éloigne de l’équateur).
      C’est une complication pour une éventuelle vie humaine mais peut-être pas pour une vie indigène, la principale nécessité me semblant être plutôt la régularité de l’alternance. Les différences de température seraient lissées par l’atmosphère…pourvu bien sûr que les nuits ne soient pas trop longues (et cette durée reste à définir en fonction de l’amplitude de variation de température!).

      1. Les Islandais se débrouillent très bien avec des journées de six mois. Je parle des Islandais parce que ce sont eux que je connais mais je suis sûr que les Alaskains et autres Caréliens s’en contentent également.

  3. compte tenu des très faibles connaissances sur les conditions de vies primitives qui ont conduit un peu par hasard à nos civilisations , il me parait assez présomptueux de présenter des hypothèses sur les planètes habitables ou habitées .
    Il faudra en trouver au moins une autre qui le soit de manière à réunir davantage de paramètres et peu-être par simulation sélectionner les systèmes stellaires à observer avec plus d’attention .
    Il faudra aussi tenir compte de la position dans la galaxie qui soit moins exposée aux rayons cosmiques, notre Soleil se situant entre deux bras de la Voie lactée … On peut éviter les endroits les plus brillants juste bons pour le cinéma d’Hollywood …
    Quant aux détails sur les caractéristiques des planètes habitables, les possibilités restent pour l’instant quasi infinies tant que nous n’en sauront pas plus ! Il faudra compter sur la chance ou un éventuel message de petits hommes verts … dans cent, mille, dix mille , … ans …
    Vaut mieux commencer par s’assurer de la pérennité de la vie terrestre d’abord … qui restera notre seule base d’exploration pour longtemps …

    1. C’est je crois ce que montrent très bien les articles de Monsieur Brisson, à savoir qu’il est illusoire de croire qu’une “Terre-bis” nous attend à quelque part (surtout dans un rayon “atteignable”) pour que nous nous y installions. On voit déjà dans notre propre système stellaire à quel point les astres sont extrêmement différents les uns des autres, même les “lunes” autour d’une même planète. Il est donc FORT peu probable que l’on trouve dans d’autres systèmes un astre qui soit le “copié-collé” de notre planète. Mais. bien sûr, cette éventualité ne peut pas non plus être totalement exclue dans l’état actuel de nos connaissances.
      Quand à:”Vaut mieux commencer par s’assurer de la pérennité de la vie terrestre d’abord”, tout-à-fait d’accord, … sauf avec le “d’abord”! Rien n’empêche d’explorer notre environnement spatial (relativement) proche ET en même temps préserver l’environnement vital sur notre propre planète. Même les hommes, pas seulement les femmes ( 🙂 ), peuvent être multi-tâches! Et les ressources existent, pensez seulement à celles qui sont aujourd’hui, alors là vraiment, gaspillées dans les armements pour ne prendre que cet exemple.

    2. Le Soleil n’est pas situé “entre deux bras de la Galaxie”, il est situé dans le bras d’Orion. De toute façon les étoiles ne se déplacent pas toutes à la même vitesse autour du Centre galactique et le Soleil a une vitesse un peu supérieure à la moyenne; il passe donc par des phases où la densité de son environnement stellaire change.
      Pour le reste Pierre-André Haldi a très bien répondu!

        1. Lisez l’article suivant (le document scientifique, pas l’interprétation qui en est faite): “The local spiral structure of the Milky Way” par Ye Xu et al. dans la Revue “Science advances” et vous constaterez que le Soleil se trouve bien dans le bras d’Orion.
          D’ailleurs votre référence ne dit pas que le Soleil ne se trouve pas dans le bras d’Orion. Elle dit simplement que des étoiles voisines (mais pas le Soleil) qui se déplacent ensemble dans une direction particulière (d’où l’image du segment “cassé”) qui n’est pas celle du bras du Sagitaire.
          NB: le fait que le Soleil ne se trouve pas exactement sur la ligne figurant le bras d’Orion ne veut pas dire que le Soleil est à l’extérieur du bras. Les bras de galaxies ne sont ni des lignes, ni des bandes dont les bords sont parallèles et limités au cordeau!

        2. En ce qui concerne le fond du problème (où se trouve notre Soleil), bien que n’étant pas non plus un grand expert de ces questions, j’ai toujours lu que notre étoile se situe A PROXIMITE (relative étant donné les distances en jeu!) du bras d’Orion, mais pas vraiment à l’intérieur de celui-ci. De toute façon, il n’y a pas de consensus général sur la forme de notre galaxie, difficile à observer de l’intérieur (!), et les “bras” ne sont absolument pas des zones définies de façon claire et précise. On peut donc ergoter sur leur forme, taille et position exactes à l’infini (c’est le cas de le dire!).

          1. Pour continuer un peu sur le thème de notre position par rapport au bras d’Orion, j’ajouterais que nous n’avons pas toujours eu la même position par rapport à ce bras. En effet les astres ont chacun leur vitesse et leur trajectoire en fonction de leur histoire et le Soleil navigue à une vitesse légèrement supérieure à la moyenne. Il est donc probable que nous étions, “jadis”, plus profondément dans le bras d’Orion et que, un jour, nous entrerons dans le bras du Sagittaire…dont la composition et bien sûr l’emplacement auront eux-mêmes changé.

      1. J’ajoute que de mon point de vue, votre blog n’est pas une source de connaissances , juste un peu de distraction hebdomadaire … vos propos n’ayant pas le niveau d’intérêts des sources scientifiques de renommée internationale …

        1. Je ne pense pas que Monsieur Brisson se soit jamais présenté comme un grand expert dans l’ensemble des domaines qu’il traite ici. Juste comme un passionné, qui s’est beaucoup informé et cherche à susciter l’intérêt d’autres personnes, n’ayant comme lui pas forcément un bagage scientifique ultra-pointu mais désireuses d’apprendre et comprendre le mieux possible l’univers qui nous entoure. De ce point de vue, le fait que Monsieur Brisson n’ait justement pas une formation de base en sciences est probablement une bonne chose qui lui permet de mieux “faire passer le message” aux personnes dans la même situation. Les “vrais” scientifiques ne sont pas toujours de bons vulgarisateurs (même s’il y a quelques exceptions remarquables heureusement: Richard Feynman, Carl Sagan, Stephen Hawking, Hubert Reeves, pour ne citer que les noms qui me viennent immédiatement à l’esprit!).

          1. Merci Pierre-André, bien répondu! Décidemment Hubert Giot me “cherche noise”. De plus en plus je lui conseillerais de consulter un psychiatre pour calmer ses frustrations. Dominic peut-il aider?
            NB @ Hubert Giot:
            Je ne prétends pas avoir la “science infuse”. Je suis un “amateur” mais je me renseigne avant d’écrire de façon à n’écrire que ce que je comprends et je ne me satisfait que lorsque j’ai compris (après avoir éventuellement consulté directement les spécialistes…qui dans l’immense majorité des cas me répondent, et me corrigent si besoin est). Je transmets ensuite après avoir réfléchi personnellement sur l’objet.
            Si cela ne vous convient pas, Monsieur Giot, ne me lisez pas.

  4. Cher Monsieur Brisson,
    Aujourd’hui je reviens dans vos blogs qui me manquaient. Je vous remercie de me faire signe, non je ne vais aider personne, vous voyez bien que c’est inutile, et depuis votre blog du 7 août j’ai eu le temps de réfléchir : les mouvements d’humeur ne sont peut-être pas à éviter dans le cadre de relations « normales », cela permet de retrouver un certain équilibre et de continuer. Je comprends que personne n’aime se sentir dévalorisé, et c’est il me semble la première origine des brouilles qui sont apparues comme de gros champignons noirs après l’orage, mais il y aura encore des primevères pour nous surprendre autrement. Je regrette d’être certainement passé pour un « donneur de leçons », c’est ma déformation d’ancien infirmier en psychiatrie et prof au collège… Mais il faut dire que quand même, parfois, je crois m’y retrouver ! Enfin, ma conclusion est que vos blogs restent bien vivants et c’est cela qui compte. Et Monsieur Giot, commentateur assidu dans d’autres sujets de blogs, vous l’aidez déjà dans sa solitude en lui répondant chaque fois, c’est tout à votre honneur, et c’est ce qu’il faut pour qu’il continue à vous lire et intervenir ! Enfin, je dis cela pour vous et ceux qui dialoguent régulièrement dans le blog : je préfère de loin les passions traversées parfois par des tempêtes, que le désabusement qui se veut empli de réalisme ou de sagesse. Donc finalement, tout va bien. Conservons aussi notre humour !

    1. Merci Dominic. Tout va bien donc. On choisit ses amis mais on ne choisit pas ses contemporains. C’est la vie comme on dit.

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *