Dans le concept de cet artiste, la lune Ganymède orbite autour de la planète géante Jupiter. Un océan salin sous la croûte glacée de la lune explique le mieux le déplacement des ceintures aurorales mesuré par le télescope Hubble. Les astronomes se sont longtemps demandé si les lunes de Jupiter seraient habitables si le rayonnement solaire augmentait. Crédit :NASA/ESA
Dans Le petit Prince , la nouvelle classique d'Antoine de Saint-Exupéry, le prince titulaire vit sur un astéroïde de la taille d'une maison si petit qu'il peut regarder le coucher du soleil à tout moment de la journée en déplaçant sa chaise de quelques pas.
Bien sûr, dans la vraie vie, des objets célestes aussi petits ne peuvent pas supporter la vie car ils n'ont pas assez de gravité pour maintenir une atmosphère. Mais à quel point est-il trop petit pour l'habitabilité ?
Dans un article récent, Des chercheurs de l'Université Harvard ont décrit un nouveau limite de taille inférieure pour les planètes pour maintenir l'eau liquide de surface pendant de longues périodes de temps, l'extension de la zone dite habitable ou "zone Boucle d'or" pour les petits, planètes de faible gravité. Cette recherche élargit la zone de recherche de la vie dans l'univers et met en lumière le processus important de l'évolution atmosphérique sur les petites planètes.
La recherche a été publiée dans le Journal d'astrophysique .
"Quand les gens pensent aux bords intérieurs et extérieurs de la zone habitable, ils ont tendance à n'y penser que dans l'espace, signifiant à quel point la planète est proche de l'étoile, " a déclaré Constantin Arnscheidt '18, premier auteur de l'article. "Mais en fait, il y a beaucoup d'autres variables à l'habitabilité, y compris la masse. La fixation d'une limite inférieure pour l'habitabilité en termes de taille de la planète nous donne une contrainte importante dans notre chasse continue aux exoplanètes et exo lunes habitables."
Généralement, les planètes sont considérées comme habitables si elles peuvent maintenir l'eau liquide de surface (par opposition à l'eau gelée) assez longtemps pour permettre l'évolution de la vie, prudemment environ 1 milliard d'années. Les astronomes recherchent ces planètes habitables à des distances spécifiques de certains types d'étoiles, des étoiles plus petites, plus frais et de masse plus faible que notre soleil ont une zone habitable beaucoup plus proche que plus grande, étoiles plus chaudes.
Le bord intérieur de la zone habitable est défini par la proximité d'une planète à une étoile avant qu'un effet de serre incontrôlé n'entraîne l'évaporation de toutes les eaux de surface. Mais, comme Arnscheidt et ses collègues l'ont démontré, cette définition ne vaut pas pour les petits, planètes de faible gravité.
Cette illustration montre la limite inférieure de l'habitabilité en termes de masse de la planète. Si un objet est inférieur à 2,7 pour cent de la masse de la Terre, son atmosphère s'échappera avant même qu'elle n'ait la possibilité de développer de l'eau liquide de surface. Crédit :Harvard SEAS
L'effet de serre incontrôlable se produit lorsque l'atmosphère absorbe plus de chaleur qu'elle ne peut la renvoyer dans l'espace, empêchant la planète de se refroidir et conduisant finalement à un réchauffement imparable qui transforme finalement ses océans en vapeur.
Cependant, quelque chose d'important se produit lorsque les planètes diminuent de taille :en se réchauffant, leurs atmosphères s'étendent vers l'extérieur, de plus en plus gros par rapport à la taille de la planète. Ces grandes atmosphères augmentent à la fois l'absorption et le rayonnement de la chaleur, permettant à la planète de mieux maintenir une température stable. Les chercheurs ont découvert que l'expansion atmosphérique empêche les planètes à faible gravité de subir un effet de serre incontrôlable, leur permettant de maintenir l'eau liquide de surface tout en orbitant plus près de leurs étoiles.
Quand les planètes deviennent trop petites, cependant, ils perdent complètement leur atmosphère et l'eau de surface liquide gèle ou se vaporise. Les chercheurs ont démontré qu'il existe une taille critique en dessous de laquelle une planète ne peut jamais être habitable, ce qui signifie que la zone habitable est délimitée non seulement dans l'espace, mais aussi en taille de planète.
Les chercheurs ont découvert que la taille critique est d'environ 2,7 pour cent de la masse de la Terre. Si un objet est inférieur à 2,7 pour cent de la masse de la Terre, son atmosphère s'échappera avant même qu'elle n'ait la possibilité de développer de l'eau liquide de surface, semblable à ce qui arrive aux comètes aujourd'hui. Pour mettre cela en contexte, la lune représente 1,2 pour cent de la masse terrestre et Mercure 5,53 pour cent.
Les chercheurs ont également pu estimer les zones habitables de ces petites planètes autour de certaines étoiles. Deux scénarios ont été modélisés pour deux types d'étoiles différents :une étoile de type G comme notre propre soleil et une étoile de type M modélisée d'après une naine rouge dans la constellation du Lion.
Les chercheurs ont résolu un autre mystère de longue date dans notre propre système solaire. Les astronomes se sont longtemps demandé si les lunes glacées de Jupiter Europe, Ganymède, et Callisto serait habitable si le rayonnement solaire augmentait. Sur la base de cette recherche, ces lunes sont trop petites pour maintenir l'eau liquide de surface, même s'ils étaient plus près du soleil.
"Les mondes aquatiques de faible masse sont une possibilité fascinante dans la recherche de la vie, et cet article montre à quel point leur comportement est susceptible d'être différent de celui des planètes semblables à la Terre, " dit Robin Wordsworth, professeur agrégé de sciences et d'ingénierie de l'environnement à SEAS et auteur principal de l'étude. "Une fois que les observations pour cette classe d'objets deviendront possibles, ça va être excitant d'essayer de tester ces prédictions directement."
