Les explorateurs maritimes du 16ème siècle ont trouvé de nombreux nouveaux foyers pour l'humanité dans le lointain, coins inconnus du monde. S'il peut sembler qu'une telle colonisation s'est depuis arrêtée, certains ont soutenu que ce n'était qu'une question de temps avant que les humains ne commencent à se déplacer vers des « exoplanètes » dans des systèmes stellaires étrangers. Mais à quel point sommes-nous proches d'une telle expansion ?

C'est ce que les scientifiques Danielle George et Stephen Hawking ont entrepris d'explorer dans un nouveau programme télévisé, La recherche d'une nouvelle terre, sur BBC2. Le programme, qui démarre le 11 septembre, présentera les derniers efforts pour trouver ces exoplanètes semblables à la Terre et examinera ce qu'il nous faudrait pour les coloniser à l'avenir.

Les exoplanètes sont très petites par rapport aux étoiles sur lesquelles elles orbitent et généralement très éloignées, ce qui signifie que nous ne pouvons pas les voir avec des télescopes. Malgré cela, les scientifiques en ont déjà détecté environ 3, 600 exoplanètes confirmées et 2 autres, 400 candidats. Cependant, nous sommes incapables de produire même des images simples de la grande majorité d'entre eux car leur faible signal est généralement noyé par leur étoile hôte beaucoup plus brillante. Alors, comment pouvons-nous juger à quel point une exoplanète est habitable alors que nous ne pourrons peut-être même pas la voir avec nos plus grands télescopes ?

La plupart des exoplanètes ont été trouvées en utilisant la méthode du transit, qui mesure les baisses de luminosité d'une étoile lorsqu'une planète se déplace devant son étoile hôte. Cela nous permet d'estimer le rayon de la planète et la période de son orbite.

Les propriétés des étoiles hôtes elles-mêmes sont généralement bien connues, ce qui signifie que la physique simple peut nous aider à déterminer à quelle distance les planètes se trouvent de leurs étoiles en fonction de leurs orbites. De cela, nous obtenons une bonne estimation de la température de la planète, au moins au sommet de son atmosphère.

L'attraction gravitationnelle de la planète sur son hôte peut également être mesurée en recherchant un décalage Doppler dans la lumière de l'étoile hôte. L'effet Doppler décrit le changement de la fréquence observée d'une onde lorsqu'il y a un mouvement relatif entre la source d'onde et l'observateur. Lorsque cela est mesuré pour une planète en transit, cela nous donne une mesure précise de la masse de la planète.

Armés à la fois de la masse et du rayon de la planète, nous sommes alors en mesure de déterminer sa densité moyenne et sa gravité de surface. La densité moyenne peut nous aider à décider si la planète est susceptible d'être une boule de gaz comme Jupiter ou un monde rocheux plus dense comme la Terre. La gravité de surface nous dit si la planète peut s'accrocher à une atmosphère et si l'atmosphère serait probablement trop mince ou trop dense pour notre confort.

C'est beaucoup d'informations. Mais ça va mieux. Nous commençons maintenant à mesurer la composition chimique d'un certain nombre d'atmosphères d'exoplanètes. Pendant que les planètes transitent, leur atmosphère est rétro-éclairée par l'étoile. Sur Terre, le processus de "diffusion de Rayleigh" fait apparaître notre ciel bleu car la lumière du soleil bleue est diffusée beaucoup plus fortement que la lumière rouge. Si les extraterrestres voyaient la Terre en transit contre le soleil, ils verraient que notre atmosphère rétroéclairée bloque plus la lumière bleue que la lumière rouge, ce qui signifie qu'ils sauraient que la Terre a un ciel bleu.

La même technique de base peut également être utilisée pour mesurer des molécules absorbant la lumière telles que l'eau, méthane, oxygène, l'ozone ou le protoxyde d'azote. En principe, avec des instruments plus sensibles que les nôtres, les extraterrestres verraient des signatures de polluants atmosphériques d'origine humaine. Ils pourraient alors conclure que la Terre pourrait abriter une civilisation avancée.

De nouvelles fenêtres sur l'univers

Molécules dont l'eau, du méthane et de l'oxygène ont été détectés dans plus de 40 exoplanètes confirmées jusqu'à présent et la liste va très bientôt s'allonger considérablement avec les lancements l'année prochaine de la mission TESS de la NASA et JWST, le successeur du télescope spatial Hubble. Celles-ci seront suivies au cours de la prochaine décennie par la mission PLATO de l'Agence spatiale européenne et éventuellement sa mission de caractérisation de la planète Ariel.

Pendant ce temps, par terre, l'Observatoire européen austral construit l'Extremely Large Telescope. Celui-ci sera capable de collecter dix fois plus de lumière stellaire que n'importe quel télescope optique précédent et sera capable de sonder l'atmosphère des planètes proches de la Terre avec des détails sans précédent.

Ces installations nous permettront de commencer à rechercher des molécules révélatrices d'une activité biologique (signatures de biomarqueurs) sur les planètes voisines. Des exemples de signatures de biomarqueurs pourraient inclure de fortes abondances de combinaisons de molécules telles que l'oxygène et le méthane, qui réagissent les uns avec les autres sur de courtes échelles de temps. Sur Terre, leur abondance est constamment reconstituée par des organismes vivants.

Il existe bien sûr de nombreux autres facteurs au-delà des caractéristiques globales de la planète qui contribuent de manière critique au succès de la vie évoluée ici sur Terre. La vérité est que nos descendants ne sauront pas avec certitude qu'ils ont trouvé la Terre-2 jusqu'à ce qu'ils essaient d'y vivre. Donc, alors que nous ne donnerions pas une carte vide à nos courageux explorateurs de l'espace du futur, nous sommes loin de pouvoir leur garantir un logement habitable.

Voyage impossible ?

Et, soyons clair, le long trajet jusqu'à notre plus proche voisine exoplanète, Proxima b, signifie qu'il s'agit bien d'un aller simple. En effet, avec la technologie actuelle, ce voyage prendrait des dizaines de milliers d'années.

Les alternatives qui nous permettraient de voyager au cours d'une seule vie humaine impliquent la maîtrise d'une technologie proche de la vitesse de la lumière. Des plans ambitieux sont en cours à ce sujet. Une autre approche serait de développer des techniques fiables d'hibernation humaine à long terme.

Au cours de leur voyage, les astronautes doivent également se protéger de doses potentiellement mortelles de rayons cosmiques. Ils doivent également éviter la fonte musculaire et squelettique, et faire face aux exigences psychologiques d'être enfermé pendant des années dans une grande boîte de conserve. A leur destination, ils devront également s'adapter à la vie en tant qu'extraterrestre sans les avantages de l'adaptation évolutive dont nous bénéficions sur Terre. C'est probablement le plus grand défi de tous.

Tout bien considéré, c'est un long voyage pour un homme, un lancer de dés géant pour l'humanité.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.