Cette illustration montre le vaisseau spatial Cassini de la NASA volant à travers des panaches sur Encelade en octobre 2015. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Il y a plusieurs années, la planétologue Lynnae Quick a commencé à se demander si l'un des plus de 4, 000 exoplanètes connues, ou des planètes au-delà de notre système solaire, pourrait ressembler à certaines des lunes aquatiques autour de Jupiter et de Saturne. Bien que certaines de ces lunes n'aient pas d'atmosphère et soient recouvertes de glace, ils sont toujours parmi les principales cibles de la recherche de la vie au-delà de la Terre par la NASA. La lune de Saturne Encelade et la lune de Jupiter Europe, que les scientifiques classent comme « mondes océaniques, " sont de bons exemples.
"Des panaches d'eau jaillissent d'Europe et d'Encelade, donc nous pouvons dire que ces corps ont des océans souterrains sous leurs coquilles de glace, et ils ont de l'énergie qui entraîne les panaches, qui sont deux exigences pour la vie telle que nous la connaissons, " dit Vite, un planétologue de la NASA spécialisé dans le volcanisme et les mondes océaniques. "Donc, si nous pensons à ces endroits comme étant peut-être habitables, peut-être que des versions plus grandes d'entre eux dans d'autres systèmes planétaires sont également habitables."
Rapide, du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, a décidé d'explorer si, hypothétiquement, il existe des planètes similaires à Europe et Encelade dans la galaxie de la Voie lactée. Et, pourraient-ils, trop, être suffisamment actifs sur le plan géologique pour projeter à travers leurs surfaces des panaches qui pourraient un jour être détectés par des télescopes.
Grâce à une analyse mathématique de plusieurs dizaines d'exoplanètes, y compris les planètes du système TRAPPIST-1 voisin, Quick et ses collègues ont appris quelque chose d'important :plus d'un quart des exoplanètes qu'ils ont étudiées pourraient être des mondes océaniques, avec une majorité abritant peut-être des océans sous des couches de glace de surface, semblable à Europe et Encelade. En outre, beaucoup de ces planètes pourraient libérer plus d'énergie qu'Europe et Encelade.
Les scientifiques pourront peut-être un jour tester les prédictions de Quick en mesurant la chaleur émise par une exoplanète ou en détectant des éruptions volcaniques ou cryovolcaniques (liquide ou vapeur au lieu de roche en fusion) dans les longueurs d'onde de la lumière émise par les molécules dans l'atmosphère d'une planète. Pour l'instant, les scientifiques ne peuvent pas voir de nombreuses exoplanètes en détail. Hélas, ils sont trop loin et trop noyés par la lumière de leurs étoiles. Mais en considérant les seules informations disponibles - les tailles des exoplanètes, masses et distances de leurs étoiles - des scientifiques comme Quick et ses collègues peuvent exploiter des modèles mathématiques et notre compréhension du système solaire pour essayer d'imaginer les conditions qui pourraient transformer les exoplanètes en mondes habitables ou non.
Alors que les hypothèses qui entrent dans ces modèles mathématiques sont des suppositions éclairées, ils peuvent aider les scientifiques à réduire la liste des exoplanètes prometteuses pour rechercher des conditions favorables à la vie afin que le prochain télescope spatial James Webb de la NASA ou d'autres missions spatiales puissent suivre.
"Les futures missions de recherche de signes de vie au-delà du système solaire se concentrent sur des planètes comme la nôtre qui ont une biosphère mondiale si abondante qu'elle change la chimie de l'atmosphère entière, " dit Aki Roberge, un astrophysicien Goddard de la NASA qui a collaboré avec Quick sur cette analyse. "Mais dans le système solaire, des lunes glacées avec des océans, qui sont loin de la chaleur du Soleil, ont encore montré qu'ils ont les caractéristiques que nous pensons être nécessaires à la vie."
Pour chercher des mondes océaniques possibles, L'équipe de Quick a sélectionné 53 exoplanètes dont les tailles sont les plus proches de la Terre, bien qu'ils puissent avoir jusqu'à huit fois plus de masse. Les scientifiques supposent que les planètes de cette taille sont plus solides que gazeuses et, Donc, plus susceptibles de supporter de l'eau liquide sur ou en dessous de leurs surfaces. Au moins 30 autres planètes qui correspondent à ces paramètres ont été découvertes depuis que Quick et ses collègues ont commencé leur étude en 2017, mais ils n'ont pas été inclus dans l'analyse, qui a été publié le 18 juin dans la revue Publications de la Société d'astronomie du Pacifique .
Avec leurs planètes de la taille de la Terre identifiées, Quick et son équipe ont cherché à déterminer la quantité d'énergie que chacun pouvait générer et libérer sous forme de chaleur. L'équipe a considéré deux sources principales de chaleur. La première, chaleur radiogénique, est généré sur des milliards d'années par la lente désintégration des matières radioactives dans le manteau et la croûte d'une planète. Ce taux de décomposition dépend de l'âge d'une planète et de la masse de son manteau. D'autres scientifiques avaient déjà déterminé ces relations pour des planètes de la taille de la Terre. Donc, Quick et son équipe ont appliqué le taux de désintégration à leur liste de 53 planètes, en supposant que chacune ait le même âge que son étoile et que son manteau occupe la même proportion du volume de la planète que le manteau terrestre.
Ce graphique animé montre les niveaux d'activité géologique prévus parmi les exoplanètes, avec et sans océans, par rapport à l'activité géologique connue parmi les corps du système solaire, avec et sans océans. Crédit :Lynnae Quick &James Tralie/Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Prochain, les chercheurs ont calculé la chaleur produite par autre chose :la force de marée, qui est l'énergie générée par le tiraillement gravitationnel lorsqu'un objet en orbite autour d'un autre. Les planètes s'étendent, ou elliptique, les orbites modifient la distance entre elles et leurs étoiles lorsqu'elles les entourent. Cela entraîne des changements dans la force gravitationnelle entre les deux objets et provoque l'étirement de la planète, générant ainsi de la chaleur. Finalement, la chaleur est perdue dans l'espace à travers la surface.
Une voie de sortie pour la chaleur est à travers les volcans ou les cryovolcans. Une autre voie est la tectonique, qui est un processus géologique responsable du mouvement de la couche rocheuse ou glacée la plus externe d'une planète ou d'une lune. Quelle que soit la manière dont la chaleur est évacuée, il est important de savoir combien une planète en rejette, car cela pourrait faire ou défaire l'habitabilité.
Par exemple, trop d'activité volcanique peut transformer un monde vivable en un cauchemar en fusion. Mais trop peu d'activité peut arrêter la libération des gaz qui composent une atmosphère, laisser un rhume, surface stérile. Juste la bonne quantité prend en charge une surface habitable, planète humide comme la Terre, ou une lune possiblement habitable comme Europe.
Au cours de la prochaine décennie, Europa Clipper de la NASA explorera la surface et le sous-sol d'Europe et fournira des informations sur l'environnement sous la surface. Plus les scientifiques pourront en apprendre davantage sur Europe et d'autres lunes potentiellement habitables de notre système solaire, mieux ils seront capables de comprendre des mondes similaires autour d'autres étoiles - qui peuvent être nombreux, selon les découvertes d'aujourd'hui.
"Les missions à venir nous donneront une chance de voir si les lunes océaniques de notre système solaire pourraient soutenir la vie, " dit Vite, qui est membre de l'équipe scientifique de la mission Clipper et de la mission Dragonfly sur la lune Titan de Saturne. "Si nous trouvons des signatures chimiques de la vie, nous pouvons essayer de rechercher des signes similaires à des distances interstellaires."
Lorsque Webb se lance, les scientifiques tenteront de détecter des signatures chimiques dans les atmosphères de certaines planètes du système TRAPPIST-1, qui se trouve à 39 années-lumière dans la constellation du Verseau. En 2017, les astronomes ont annoncé que ce système possède sept planètes de la taille de la Terre. Certains ont suggéré que certaines de ces planètes pourraient être aqueuses, et les estimations de Quick soutiennent cette idée. Selon les calculs de son équipe, TRAPPISTE-1 e, F, g et h pourraient être des mondes océaniques, ce qui les placerait parmi les 14 mondes océaniques identifiés par les scientifiques dans cette étude.
Les chercheurs ont prédit que ces exoplanètes ont des océans en considérant les températures de surface de chacune. Cette information est révélée par la quantité de rayonnement stellaire que chaque planète réfléchit dans l'espace. L'équipe de Quick a également pris en compte la densité de chaque planète et la quantité estimée de chauffage interne qu'elle génère par rapport à la Terre.
"Si nous voyons que la densité d'une planète est inférieure à celle de la Terre, c'est une indication qu'il pourrait y avoir plus d'eau là-bas et pas autant de roche et de fer, " Quick dit. Et si la température de la planète permet de l'eau liquide, vous avez un monde océanique.
"Mais si la température de surface d'une planète est inférieure à 32 degrés Fahrenheit (0 degré Celsius), où l'eau est gelée, " Vite dit, "alors nous avons un monde océanique glacial, et les densités de ces planètes sont encore plus faibles."
