Nous nous souvenons tous de l’histoire de la crèche « Boucle d’or et les trois ours ». Nous prenons plaisir à raconter à nos enfants et petits-enfants comment la bouillie de Papa Ours était trop chaude, celle de Maman Ours était trop froide, mais celle de Bébé Ours était juste ce qu’il fallait. Il n’est donc pas surprenant que, lorsque les scientifiques ont commencé à réfléchir au fait que les océans de la Terre devaient rester liquides pendant des milliards d’années pour que la vie survive – la température de la planète ne devait être ni trop chaude ni trop froide, mais juste ce qu’il faut – ils l’ont baptisée la première « planète Boucles d’Or ».

Voyez les choses ainsi : Comme toutes les étoiles de son type, notre Soleil est devenu progressivement plus lumineux au cours des 4,5 milliards d’années qui ont suivi sa formation. Lorsque les océans se sont formés sur Terre, il y a environ 4 milliards d’années, le Soleil était environ 30 % moins lumineux qu’aujourd’hui, et la planète devait donc retenir une plus grande partie de l’énergie solaire entrante pour empêcher ses océans de geler. Au fil du temps, le Soleil a déversé davantage d’énergie sur la Terre, et la composition de l’atmosphère de la planète a également changé, influençant la température par l’effet de serre. Pourtant, malgré tout cela, il semble que les océans soient restés à quelques degrés au-dessus du point de congélation tout au long de l’histoire de la Terre. Ni trop froid, ni trop chaud.

Pour ne prendre qu’un exemple de changement atmosphérique, nous savons qu’il y a 3,5 milliards d’années, les océans de la Terre abritaient des colonies florissantes de cyanobactéries – un peu comme ce que nous appelons l’écume verte des étangs. À cette époque, il n’y avait pratiquement pas d’oxygène libre dans l’atmosphère, mais les bactéries dégageaient de l’oxygène en tant que déchet de la photosynthèse (comme le font encore les plantes aujourd’hui). Au début, cet oxygène était éliminé par des réactions chimiques, comme la rouille du fer dans les roches de surface, mais il y a environ 2,5 milliards d’années, son abondance a commencé à augmenter dans ce que certains scientifiques appellent le Grand événement d’oxydation. On peut supposer que de nombreux habitants de la planète qui ne supportaient pas l’oxygène se sont alors éteints, noyés dans leurs propres déchets. D’autres, cependant, se sont adaptés et ont pu utiliser l’oxygène pour alimenter le cycle de respiration qui vous maintient en vie aujourd’hui, vous et tous les autres animaux de la planète.

En 1978, l’astrophysicien Michael Hart, alors à l’université Trinity au Texas, a publié un modèle informatique qui décrivait l’histoire de l’atmosphère terrestre. Dans ce modèle, la faible chaleur du Soleil primitif était favorisée par un effet de serre produit par l’ammoniac et le méthane présents dans l’atmosphère (tous deux, comme le dioxyde de carbone, CO2, plus connu, sont des gaz à effet de serre). Lorsque le Soleil est devenu plus lumineux, l’oxygène produit par les organismes vivants a détruit ces composés, diminuant l’effet de serre et compensant ainsi l’augmentation du rayonnement du Soleil. C’est ainsi qu’est apparue notre atmosphère actuelle, dont l’effet de serre est dû au dioxyde de carbone et à la vapeur d’eau. En substance, la Terre marchait sur le fil du rasoir entre devenir une serre emballement d’un côté et geler solidement de l’autre.

La partie la plus importante du calcul de Hart de notre point de vue, cependant, est venue en regardant ce qui se serait passé si la Terre avait été à une distance du Soleil différente de celle où elle est actuellement. Selon son modèle, si la Terre avait été un pour cent plus éloignée ou cinq pour cent plus proche du Soleil, l’équilibre délicat qui a permis aux océans de rester sous forme liquide aurait été perdu. Ainsi, des considérations sur l’évolution de l’atmosphère de notre planète ont conduit à l’idée qu’il existe une bande autour d’une étoile dans laquelle les océans de surface peuvent rester liquides pendant des milliards d’années. Cette bande s’appelle la zone habitable circumstellaire (CHZ) et est devenue l’une des idées centrales animant les réflexions des scientifiques sur la vie sur les exoplanètes.

Zones d’habitabilité circumstellaires et habitabilité

La première chose que l’on peut dire sur les CHZ est que chaque étoile en aura une. Il y aura toujours une bande autour de l’étoile, autrement dit, où le bilan énergétique pourrait maintenir la température d’une surface planétaire entre les points de congélation et d’ébullition de l’eau. Pour les étoiles petites et peu lumineuses, la bande est étroite et rapprochée. Bon nombre des exoplanètes connues dans la ZCH de leur étoile, par exemple, sont plus proches de cette étoile que Mercure ne l’est du Soleil. De même, la ZCH des grandes étoiles brillantes est plus large et plus éloignée. Par ailleurs, comme nous l’avons vu plus haut, la production d’énergie d’une étoile augmente avec le temps, de sorte que la zone habitable se déplace vers l’extérieur à mesure que l’étoile vieillit. Le point important, cependant, est que parce que chaque étoile a une ZCH quelque part, nous nous attendons à ce que, juste par chance, certaines planètes se soient formées dans ces zones.

Ayant fait ce point, cependant, nous devons ajouter qu’au cours des dix ou vingt dernières années, les scientifiques ont réalisé que la ZCH doit être considérée avec beaucoup plus de soin que ne le permet un simple calcul de l’équilibre de la température. Comme le souligne l’astrophysicienne du MIT Sara Seager, une planète située dans la zone habitable n’a aucune garantie d’être réellement habitable. Il y a, en effet, de nombreux facteurs qui peuvent influencer la possibilité de vie sur des mondes dans une ZHC.

A mesure que l’exploration des exoplanètes a progressé, trouver une planète de type terrestre dans une ZHC est devenu une sorte de Graal dans la communauté astronomique. Mais aujourd’hui, nous avons réalisé que l’habitabilité d’une planète ne se résume pas à la localisation de son orbite. Par exemple, les chercheurs ont étudié des mondes qui ne se trouvaient pas dans la ZCH de leur étoile, qui n’avaient pas d’océans d’eau liquide en surface et qui étaient pourtant des foyers possibles de vie et même de civilisations avancées. Des considérations comme celles-ci ont conduit les scientifiques à adopter une vision beaucoup plus large des conditions nécessaires à l’apparition de la vie.

Le type d’étoile impliqué

Le type d’étoile autour duquel tourne une planète peut avoir des conséquences importantes pour le développement de la vie, même pour les planètes dans une ZHC. Les petites étoiles peu lumineuses, par exemple, qui sont appelées naines rouges et constituent la plus grande fraction des étoiles de la Voie lactée, traversent souvent des périodes d’activité extrême. Les éruptions stellaires et les éjections de quantités massives de particules chargées rendraient la vie très difficile à la surface de n’importe quelle planète, que celle-ci se trouve ou non dans la ZCH. Dans de tels systèmes, il est probable que la vie devrait rester au fond des océans ou sous terre pour survivre. Dans de telles situations, la ZCH devient tout simplement non pertinente.

Les scientifiques commencent à abandonner l’idée que la vie doit évoluer et persister à la surface des planètes. De nombreux arguments actuels, par exemple, concluent que tout organisme vivant sur Mars sera trouvé sous la surface. En outre, si la vie existe dans les océans de subsurface dans le système solaire externe, comme dans les océans d’Europe et d’Encelade, elle sera, par définition, sous la surface. Même sur Terre, il semble qu’il y ait une plus grande biomasse sous la surface planétaire que sur celle-ci. Ainsi, l’environnement de rayonnement intense associé aux petites étoiles n’exclut pas nécessairement le développement de la vie, même si cette vie serait probablement impossible à détecter directement avec notre technologie actuelle.

Les étoiles plus massives, en revanche, fournissent un environnement de rayonnement plus bénin, mais elles peuvent avoir des durées de vie relativement courtes. Dans certains cas, elles peuvent vivre aussi peu que 30 millions d’années. Il est peu probable que quelque chose d’autre qu’une simple vie microbienne puisse évoluer sur une planète en si peu de temps. En outre, ces étoiles terminent leur vie dans une explosion massive appelée supernova, qui détruirait à coup sûr toute planète proche. Ainsi, même si la vie parvenait à se développer dans la ZCH d’une telle étoile, toute trace de celle-ci serait effacée à la mort de l’étoile.

C’est en raison de ces contraintes que les chasseurs d’exoplanètes ont concentré leur attention sur les planètes situées dans la ZCH d’étoiles de taille moyenne comme le Soleil.

L’évolution de l’atmosphère

La deuxième source de complexité dans la discussion sur l’habitabilité provient du fait que les atmosphères planétaires ne sont pas des systèmes stables et immuables mais évoluent au fil du temps. Le grand événement d’oxydation de la Terre n’est qu’un exemple de ce genre de processus.

Pour les petites planètes comme Mars, l’échappement gravitationnel de l’atmosphère joue un grand rôle. Voici comment cela fonctionne : Les molécules qui composent l’atmosphère d’une planète sont toujours en mouvement, et plus la température est élevée, plus elles se déplacent rapidement. Cependant, quelle que soit la température, il y aura toujours des molécules qui se déplaceront plus vite que la moyenne et d’autres qui se déplaceront plus lentement. Si les molécules qui se déplacent plus rapidement acquièrent suffisamment de vitesse et se trouvent à se déplacer dans une direction perpendiculaire à la surface de la planète, elles peuvent surmonter la force gravitationnelle de la planète et s’échapper dans l’espace.

Plus la planète est grande, plus sa force gravitationnelle est forte et plus il est facile de retenir l’atmosphère. Sur Terre, par exemple, une molécule devrait se déplacer d’environ 11 km/sec pour s’échapper. Il est important de noter qu’il est plus difficile de propulser des molécules lourdes à grande vitesse que des molécules légères. Cela signifie que les molécules légères sont plus susceptibles que les lourdes d’être perdues par évasion gravitationnelle. La Terre, par exemple, a perdu une grande quantité de son hydrogène et de son hélium originels – les membres les plus légers de son atmosphère – tandis que Mars a perdu des gaz encore plus lourds comme l’oxygène et l’azote.

Un mécanisme de perte connexe appelé photodissociation est particulièrement important pour les molécules d’eau. S’il y a de l’eau à la surface d’une planète, il y aura de la vapeur d’eau dans l’atmosphère. Le rayonnement ultraviolet de l’étoile de la planète va briser les molécules d’eau qui se trouvent dans les couches supérieures de l’atmosphère. L’hydrogène résultant, étant léger, sera perdu par évasion gravitationnelle, et l’oxygène se combinera avec les atomes de la surface pour créer divers minéraux oxydés. Nous pensons, par exemple, que c’est ainsi que Mars a perdu l’océan qu’elle avait au début de son histoire, et que la couleur rouge de la planète est le résultat de l’oxydation (rouille) du fer dans ses roches de surface.

Un autre type de changement important concerne le dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre important (avec la vapeur d’eau) dans l’atmosphère terrestre. Chaque fois qu’un volcan se déclenche sur Terre, du dioxyde de carbone est libéré des profondeurs du manteau et pompé dans l’atmosphère. Dans un processus complexe connu sous le nom de cycle profond du carbone, le dioxyde de carbone est transporté dans l’océan et incorporé dans des matériaux comme le calcaire, après quoi il peut, entre autres, être ramené à l’intérieur de la Terre. Ainsi, les processus géologiques généraux d’une planète peuvent affecter la quantité de dioxyde de carbone dans son atmosphère, ce qui, à son tour, influencera sa température. Nous pensons que les océans de surface qui existaient sur Vénus au début de son histoire se sont évaporés à cause de la température élevée de la planète, conséquence de sa proximité du Soleil. Ainsi, Vénus n’avait aucun moyen d’éliminer le dioxyde de carbone de son atmosphère et, faute d’un cycle profond du carbone, la planète a souffert d’une accumulation de ce gaz dans ce que l’on appelle un effet de serre emballement.

Ces exemples montrent que les changements dans l’atmosphère d’une exoplanète – changements, nous devons le souligner, que nous ne pouvons pas observer avec les instruments télescopiques actuels – peuvent avoir des effets profonds sur son habitabilité. Pour ne citer qu’un exemple, une planète qui se trouverait dans la ZCH de son étoile mais qui aurait très peu d’eau pourrait subir un effet de serre excessif et se retrouver comme Vénus. De loin, il serait très difficile de savoir si cela s’est produit ou non.

Intelligence et technologie

Le fait que nous ayons une assez bonne compréhension de comment et quand la vie s’est développée sur un monde Boucles d’Or (la Terre) enlève une partie des conjectures des discussions sur le développement de la vie sur ces sortes de planètes. Bien que la chimie de la vie extraterrestre n’ait pas besoin d’être basée sur le même système que celui qui opère dans la vie sur Terre, ce n’est pas un trop grand saut que de supposer que les formes de vie sur d’autres mondes Boucles d’Or dépendront de la même manière des informations complexes contenues dans les grandes molécules à base de carbone. Le carbone peut former des chaînes et des anneaux d’atomes solides et stables qui sont idéaux pour être utilisés comme biomolécules porteuses d’informations.

En outre, nous n’avons pas besoin de supposer la galaxie standard de science-fiction peuplée d’hominidés bipèdes qui parlent anglais pour comprendre comment la sélection naturelle pourrait fonctionner sur d’autres mondes Goldilocks. Nous pouvons regarder le développement de l’intelligence et de la technologie sur Terre et établir des analogies possibles avec des planètes Boucles d’Or similaires dans la galaxie.

Le point clé de la sélection naturelle auquel nous devons prêter attention est le suivant : ce n’est pas un processus qui sélectionne la gentillesse ou la valeur morale. Une vieille blague illustre ce point :

Deux randonneurs en montagne rencontrent un

ours grizzly manifestement affamé. L’un des randonneurs commence à se débarrasser de son sac à dos.

L’autre dit : « Qu’est-ce que tu fais ? Tu ne peux pas courir plus vite

que cet ours. »

« Je n’ai pas à courir plus vite que l’ours – je dois juste courir

plus vite que toi. »

Cela ne fait aucune différence si le coureur le plus lent est un homme gentil qui aide les vieilles dames en face. La sélection naturelle s’en moque. La seule chose qui compte, c’est que son compagnon soit plus rapide. Ce sont les gènes qui passeront à la génération suivante.

Formes de vie sur les mondes Boucles d’Or

Alors, qu’est-ce que cela nous dit sur les types de formes de vie qui se développeront sur les mondes Boucles d’Or ? Nous craignons que la réponse ne soit pas très encourageante, car le résultat le plus probable est qu’elles ne seront probablement pas plus douces et gentilles que l’Homo sapiens. Si l’on considère l’histoire de notre espèce et la disparition de plus de 20 espèces d’hominidés découvertes dans les archives fossiles, nous ne pouvons pas envisager avec espoir la possibilité de rencontrer une espèce technologique avancée plus pacifique que nous. Toute personne que nous trouverons là-bas ne sera très probablement pas plus morale ou moins belliqueuse que nous. C’est effrayant!

Regardez-le de cette façon : Si nous comprimons l’histoire de l’univers en une seule année, la Terre et notre système solaire se sont formés autour de la fête du travail, et le développement de la science n’occupe pas plus que les dernières secondes. Il est extrêmement improbable qu’aucun autre être n’ait développé la science pendant toute l' »année » qui a précédé l’apparition de l’Homo sapiens. Les lois de la physique et de la chimie ne sont pas obscures ou cachées – toute civilisation modérément intelligente peut les découvrir. Au moins certaines de ces civilisations Boucles d’Or devraient le faire. Un Isaac Newton extraterrestre, quelque part, a dû lancer l’évolution vers une civilisation technologique avancée. Le fait le plus troublant est que nous ne trouvons aucune preuve de l’existence d’une telle civilisation. Même s’il n’existe pas de moteur de distorsion plus rapide que la lumière et que nous ne faisons pas de progrès technologiques majeurs, les calculs suggèrent que dans 30 millions d’années – moins d’un jour dans notre année universelle – la race humaine pourrait se répandre dans toute la galaxie. Si nous pouvons le faire, alors toute autre civilisation aussi avancée que nous le pourrait aussi.

Alors où sont ces autres civilisations ? Cette question est une expression de ce que l’on appelle le paradoxe de Fermi (du nom d’Enrico Fermi (1901 à 1954), l’un des principaux physiciens du XXe siècle). Un jour, quelqu’un lui a mentionné des calculs qui suggèrent qu’il existe des millions de civilisations avancées dans la galaxie. Fermi a réfléchi un instant, puis a demandé : « Où sont-ils tous ? » Pourquoi, en d’autres termes, ne sont-ils pas déjà là ? Pourquoi vivons-nous ce que les scientifiques appellent « le Grand Silence » en ce qui concerne les extraterrestres ?

Les scientifiques et les auteurs de science-fiction, étant les âmes imaginatives qu’ils sont, ont produit de nombreuses explications possibles. Voici quelques-unes des plus populaires:

• L’hypothèse du zoo : Les extraterrestres ont déclaré que la Terre était quelque chose comme une zone sauvage protégée.
• L’hypothèse Star Trek : Les extraterrestres ont adopté une directive première qui les empêche d’interférer avec les civilisations en développement comme la nôtre.
• L’hypothèse du paradis : Les extraterrestres sont gras et heureux dans un environnement idéal et n’ont aucun intérêt pour l’exploration.
• L’hypothèse du remplacement : La vie organique a été remplacée par des machines intelligentes (un avenir souvent envisagé pour la race humaine), et les machines n’ont aucun intérêt à entrer en contact avec la vie organique.

Le problème, cependant, est que si nous pouvons imaginer l’un ou l’autre de ces scénarios se déroulant dans quelques civilisations extraterrestres, il est vraiment difficile de considérer l’un d’entre eux comme le résultat inévitable du développement de la vie.

Il doit y avoir plusieurs millions de planètes de taille terrestre dans les CHZ de leurs étoiles, une conjecture étayée par le fait que nous en avons déjà trouvé quelques dizaines dans notre petit échantillon de quelques milliers d’exoplanètes. Il est extrêmement improbable que toutes ces planètes adoptent quelque chose comme la Directive Première de Star Trek, par exemple. Nous craignons que la réponse la plus logique à la question de savoir pourquoi nous ne sommes pas conscients de l’existence de civilisations extraterrestres avancées soit que ces civilisations n’existent pas. Pour autant que nous puissions voir, la seule explication à cela qui dépende des lois de la nature est celle qui dépend du fonctionnement de la sélection naturelle.

Cela nous conduit à une possibilité très sombre concernant le sort de la vie sur les mondes Boucles d’Or. Étant donné la tendance de la sélection naturelle à produire des espèces agressives – des espèces comme Homo sapiens – il est possible que toute l’histoire de l’univers ait été prise par le processus d’évolution produisant des formes de vie intelligentes sur une planète Boucles d’Or après l’autre, pour que ces formes de vie s’anéantissent d’elles-mêmes une fois qu’elles ont découvert la science. En d’autres termes, il est possible qu’il y ait eu un grand nombre de civilisations ayant atteint notre niveau, mais elles se sont toutes détruites avant de pouvoir coloniser les étoiles voisines. Ce scénario apocalyptique est une explication courante du paradoxe de Fermi.

C’est une pensée qui fait froid dans le dos.