Pour les astronomes essayant de comprendre quelles planètes lointaines pourraient avoir des conditions habitables, le rôle de la brume atmosphérique a été flou. Pour aider à faire le tri, une équipe de chercheurs s'est tournée vers la Terre - en particulier la Terre à l'époque archéenne, une période épique d'un milliard et demi d'années au début de l'histoire de notre planète.

L'atmosphère terrestre semble avoir été très différente à l'époque, probablement avec peu d'oxygène disponible mais des niveaux élevés de méthane, ammoniac et autres produits chimiques organiques. Des preuves géologiques suggèrent que la brume pourrait être venue et disparue sporadiquement de l'atmosphère archéenne - et les chercheurs ne savent pas trop pourquoi. L'équipe a estimé qu'une meilleure compréhension de la formation de brume pendant l'ère archéenne pourrait aider à éclairer les études sur les exoplanètes brumeuses semblables à la terre.

"Nous aimons dire que la Terre archéenne est la planète la plus extraterrestre pour laquelle nous avons des données géochimiques, " a déclaré Giada Arney du Goddard Spaceflight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et membre du laboratoire planétaire virtuel de l'Institut d'astrobiologie de la NASA basé à l'Université de Washington, Seattle. Arney est l'auteur principal de deux articles connexes publiés par l'équipe.

Dans le meilleur des cas, la brume dans l'atmosphère d'une planète pourrait servir un assortiment de riches en carbone, ou bio, molécules qui pourraient être transformées par des réactions chimiques en molécules précurseurs pour la vie. La brume pourrait également filtrer une grande partie des rayons UV nocifs qui peuvent décomposer l'ADN.

Au pire des cas, la brume peut devenir si épaisse que très peu de lumière passe à travers. Dans cette situation, la surface peut devenir si froide qu'elle gèle complètement. Si une brume très épaisse se produisait sur la Terre archéenne, cela a peut-être eu un effet profond, parce que lorsque l'ère a commencé il y a environ quatre milliards d'années, le soleil était plus faible, émettant peut-être 80 pour cent de la lumière qu'il fait maintenant.

Arney et ses collègues ont mis en place une modélisation informatique sophistiquée pour examiner comment la brume a affecté la température de surface de la Terre archéenne et, à son tour, comment la température a influencé la chimie dans l'atmosphère.

La nouvelle modélisation indique qu'à mesure que la brume s'épaissit, moins de soleil aurait traversé, inhibant les types de réactions chimiques induites par la lumière du soleil nécessaires pour former plus de brume. Cela conduirait à l'arrêt de la chimie de formation de brume, empêchant la planète de subir une glaciation incontrôlée en raison d'une brume très épaisse.

L'équipe appelle cette brume auto-limitative, et leur travail est le premier à démontrer que c'est ce qui s'est produit sur la Terre archéenne - une découverte publiée dans le numéro de novembre 2016 de la revue Astrobiologie . Les chercheurs ont conclu que la brume auto-limitante aurait pu refroidir la Terre archéenne d'environ 36 degrés Fahrenheit (20 Kelvins) – assez pour faire une différence mais pas pour geler complètement la surface.

"Notre modélisation suggère qu'une planète comme la Terre archéenne brumeuse en orbite autour d'une étoile comme le jeune soleil serait froide, " a déclaré Shawn Domagal-Goldman, un scientifique Goddard et un membre du Virtual Planetary Laboratory. "Mais nous disons qu'il ferait froid comme le Yukon en hiver, pas froid comme Mars d'aujourd'hui."

Une telle planète pourrait être considérée comme habitable, même si la température mondiale moyenne est en dessous de zéro, tant qu'il y a de l'eau liquide à la surface.

Dans la modélisation ultérieure, Arney et ses collègues ont examiné les effets de la brume sur des planètes qui ressemblent à la Terre archéenne mais en orbite autour de plusieurs types d'étoiles.

"L'étoile mère contrôle si une brume est plus susceptible de se former, et que la brume peut avoir de multiples impacts sur l'habitabilité d'une planète, " a déclaré la co-auteur Victoria Meadows, chercheur principal pour le Virtual Planetary Laboratory et professeur d'astronomie à l'Université de Washington.

Il semble que la Terre archéenne ait atteint un point idéal où la brume servait de couche de protection solaire pour la planète. Si le soleil avait été un peu plus chaud, tel qu'il est aujourd'hui, la modélisation suggère que les particules de brume auraient été plus grosses - en raison des rétroactions de température influençant la chimie - et se seraient formées plus efficacement, mais aurait quand même offert une protection solaire.

Il n'en était pas de même dans tous les cas. La modélisation a montré que certaines étoiles produisent tellement de rayonnement UV que la brume ne peut pas se former. La brume n'a pas refroidi les planètes en orbite autour de tous les types d'étoiles de la même manière, Soit, selon les résultats de l'équipe. Étoiles ternes, comme les nains M, émettent la majeure partie de leur énergie à des longueurs d'onde qui traversent la brume atmosphérique ; dans les simulations, ces planètes subissent peu de refroidissement dû à la brume, ils bénéficient donc de la protection UV de Haze sans chute de température majeure.

Pour le bon type d'étoile, bien que, la présence de brume dans l'atmosphère d'une planète pourrait aider à signaler ce monde comme un bon candidat pour une étude plus approfondie. Les simulations de l'équipe ont indiqué que, pour certains instruments prévus pour les futurs télescopes spatiaux, la signature spectrale de la brume apparaîtrait plus forte que les signatures de certains gaz atmosphériques, comme le méthane. Ces résultats sont disponibles dans le Journal d'astrophysique au 8 février, 2017.

"La brume peut s'avérer très utile alors que nous essayons de déterminer quelles exoplanètes sont les plus prometteuses pour l'habitabilité, " dit Arney.