Parfois, il faut sortir de chez soi pour le comprendre. Pour le géologue planétaire de Stanford Mathieu Lapôtre, « maison » englobe la Terre entière.

"Nous ne regardons pas seulement les autres planètes pour savoir ce qui s'y trouve. C'est aussi un moyen pour nous d'apprendre des choses sur la planète qui est sous nos pieds, " dit Lapôtre, professeur adjoint de sciences géologiques à l'École de la Terre, Énergie, &Sciences de l'environnement (Stanford Earth).

Les scientifiques depuis Galilée ont cherché à comprendre d'autres corps planétaires à travers une lentille terrestre. Plus récemment, les chercheurs ont reconnu l'exploration planétaire comme une voie à double sens. Les études spatiales ont permis d'expliquer certains aspects du climat et de la physique de l'hiver nucléaire, par exemple. Pourtant, les révélations n'ont pas pénétré de manière égale tous les domaines géoscientifiques. Les efforts visant à expliquer les processus plus près du sol – à la surface de la Terre et au plus profond de son ventre – commencent seulement à bénéficier des connaissances recueillies dans l'espace.

Maintenant, à mesure que les télescopes acquièrent plus de puissance, les études d'exoplanètes deviennent de plus en plus sophistiquées et les missions planétaires produisent de nouvelles données, il existe un potentiel d'impacts beaucoup plus larges dans les sciences de la Terre, comme Lapôtre et co-auteurs de l'Arizona State University, Université de Harvard, Université du riz, Stanford et Yale University se disputent dans le journal Avis sur la nature Terre et environnement .

"La multitude et la variété des corps planétaires à l'intérieur et au-delà de notre système solaire, " écrivent-ils dans un article publié le 2 mars, "pourrait être la clé pour résoudre les mystères fondamentaux de la Terre."

Dans les années à venir, les études de ces corps pourraient bien modifier la façon dont nous pensons à notre place dans l'univers.

Formes extraterrestres

Les observations de Mars ont déjà changé la façon dont les scientifiques envisagent la physique des processus sédimentaires sur Terre. Un exemple a commencé lorsque le Curiosity Rover de la NASA a traversé un champ de dunes sur la planète rouge en 2015.

"Nous avons vu qu'il y avait de grandes dunes de sable et de petites, des ondulations décimétriques comme celles que nous voyons sur Terre, " dit Lapôtre, qui a travaillé sur la mission en tant que doctorant. étudiant à Caltech à Pasadena, Californie. "Mais il y avait aussi un troisième type de forme de lit, ou ondulation, qui n'existe pas sur Terre. Nous ne pouvions pas expliquer comment ni pourquoi cette forme existait sur Mars."

Les motifs étranges ont incité les scientifiques à réviser leurs modèles et à en inventer de nouveaux, ce qui a finalement conduit à la découverte d'une relation entre la taille d'une ondulation et la densité de l'eau ou d'un autre fluide qui l'a créée. "En utilisant ces modèles développés pour l'environnement de Mars, nous pouvons maintenant regarder un vieux rocher sur Terre, mesurer les ondulations et tirer des conclusions sur le degré de froideur ou de salinité de l'eau au moment où la roche s'est formée, " Lapôtre dit, "parce que la température et le sel affectent la densité du fluide."

Cette approche est applicable à toutes les géosciences. "Parfois en explorant une autre planète, vous faites une observation qui remet en question votre compréhension des processus géologiques, et cela vous amène à réviser vos modèles, " expliqua Lapôtre.

Les planètes comme expériences

D'autres corps planétaires peuvent également aider à montrer à quel point les corps semblables à la Terre sont fréquents dans l'univers et quoi, exactement, rend la Terre si différente de la planète moyenne.

"En étudiant la variété des résultats que nous voyons sur d'autres corps planétaires et en comprenant les variables qui façonnent chaque planète, nous pouvons en apprendre davantage sur la façon dont les choses ont pu se passer sur Terre dans le passé, " a expliqué la co-auteur Sonia Tikoo-Schantz, un professeur de géophysique à Stanford Earth dont les recherches portent sur le paléomagnétisme.

Envisager, elle a suggéré, comment les études de Vénus et de la Terre ont aidé les scientifiques à mieux comprendre la tectonique des plaques. "Vénus et la Terre ont à peu près la même taille, et ils se sont probablement formés dans des conditions assez similaires, " a déclaré Tikoo-Schantz. Mais alors que la Terre a des plaques tectoniques qui se déplacent et une eau abondante, Vénus a un couvercle essentiellement solide, pas d'eau à sa surface et une atmosphère très sèche.

"De temps en temps, Vénus a une sorte de perturbation catastrophique et une refonte d'une grande partie du monde, " Tikoo-Schantz a dit, "mais nous ne voyons pas cet environnement tectonique continu à l'état stable que nous avons sur Terre."

Les scientifiques sont de plus en plus convaincus que l'eau peut expliquer une grande partie de la différence. "Nous savons que la subduction des plaques tectoniques fait descendre l'eau dans la Terre, " dit Tikoo-Schantz. " Cette eau aide à lubrifier le manteau supérieur, et aide la convection à se produire, qui aide à conduire la tectonique des plaques."

Cette approche, utilisant des corps planétaires comme grandes expériences, peut être appliquée pour répondre à plus de questions sur le fonctionnement de la Terre. "Imagine you want to see how gravity might affect certain processes, " Lapôtre said. "Going to other planets can let you run an experiment where you can observe what happens with a lower or higher gravity—something that's impossible to do on Earth."

Core paradox

Studies measuring magnetism in ancient rocks suggest that Earth's magnetic field has been active for at least 3.5 billion years. But the cooling and crystallization of the inner core that scientists believe sustains Earth's magnetic field today started less than 1.5 billion years ago. This 2-billion-year gap, known as the new core paradox, has left researchers puzzling over how Earth's dynamo could have started so early, and persisted for so long.

Answers may lie in other worlds.

"In our circle of close neighbors—the Moon, Mars, Venus—we're the only planet with a magnetic field that's been going strong since the beginning and remains active today, " Lapôtre said. But Jupiter-sized exoplanets orbiting close to their star have been identified with magnetic fields, and it may soon be technically feasible to detect similar fields on smaller, rocky, Earth-like worlds. Such discoveries would help clarify whether Earth's long-lived dynamo is a statistical anomaly in the universe whose startup required some special circumstance.

Finalement, the mystery around the origin and engine behind Earth's dynamo is a mystery about what creates and sustains the conditions for life. Earth's magnetic field is essential to its habitability, protecting it against dangerous solar winds that can strip a planet of water and atmosphere. "That's part of why Mars is such a dry desert compared to Earth, " Tikoo-Schantz said. "Mars started to dehydrate when its magnetic field died."

Earth everchanging

Much of the impetus to look far beyond Earth when trying to decode its inner workings has to do with our planet's restless nature. At many points in its 4.5 billion-year existence, Earth looked nothing like the blue-green marble it is today.

"We're trying to get to the point where we can characterize planets that are like the Earth, and hopefully, someday find life on one of them, " said co-author Laura Schaefer, a planetary scientist at Stanford Earth who studies exoplanets. Chances are it will be something more like bacteria than E.T., elle a dit.

"Just having another example of life anywhere would be amazing, " Schaefer said. It would also help to illuminate what happened on Earth during the billions of years before oxygen became abundant and, through processes and feedback loops that remain opaque, complex life burst forth.

"We're missing information from different environments that existed on the surface of the Earth during that time period, " Schaefer explained. Plate tectonics constantly recycles rocks from the surface, plunging them into the planet's fiery innards, while water sloshing around oceans, pelting down from rainclouds, hanging in the air, and slipping in rivers and streams tends to alter the geochemistry of rocks and minerals that remain near the surface.

Earth's very liveliness makes it a poor archive for evidence of life and its impacts. Other planetary bodies—some of them dead still and bone dry, others somehow akin to the ancient Earth—may prove better suited to the task.

That's part of why scientists were so excited to find, en 2019, that a rock sample collected by the Apollo 14 astronauts in 1971 may in fact hold minerals that rocketed off of Earth as a meteorite billions of years ago. "On the Moon, there is no plate tectonics or aqueous weathering, " Lapôtre said. "So this piece of rock has been sitting there intact for the last few billion years just waiting for us to find it."

Être sûr, planetary scientists do not expect to find many ancient Earth time capsules preserved in space. But continued exploration of other worlds in our solar system and beyond could eventually yield a small statistical sample of planets with life on them—not carbon copies of Earth's systems, but systems nonetheless where interactions between life and atmosphere can come into sharper focus.

"They're not going to be at the same stage of life as we have today on Earth, and so we'll be able to learn about how planets and life evolve together, " Schaefer said. "That would be pretty revolutionary."