Compte-rendu de la conférence "D’autres Terres dans l’Univers ?" de Michel MAYOR [1], qui s’est déroulée le vendredi 7 octobre 2011 à 20h30 à La Cité - Nantes Events Center (Cité des congrès), dans le cadre de l’exposition « Voyages planétaires ».

 1. L’histoire des autres Terres

Dans une première partie de sa conférence, Mchel MAYOR rend hommage à Epicure et à Giordano Bruno qui avaient supposé l’existence d’autres mondes.

Les mondes de même sont en nombre infini, aussi bien ceux qui ressemblent aux nôtres que ceux qui diffèrent (…) les êtres vivants, les planètes et toutes les choses visibles pourraient ou non exister dans tel monde".

Il est donc d’innombrables soleils et un nombre infini de terres tournant autour de ces soleils, à l’instar des sept « terres » [la Terre, la Lune, les cinq planètes alors connues : Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne] que nous voyons tourner autour du Soleil qui nous est proche. » [2]

 2. Typologie des planètes

En se basant sur notre système solaire, on note trois types de planètes :

• les planètes rocheuses, comme Vénus, Mercure, la Terre et Mars
• les géantes gazeuses, comme Jupiter et Saturne
• les planètes de glace, comme Uranus et Neptune [3].

L’eau à la surface de la planète bleue ne doit pas faire oublier que la Terre est une planète rocheuse : l’eau représente un millième de son épaisseur, un peu comme une orange mouillée.

La taille des planètes est sans commune mesure avec celle du Soleil. Pour titre de comparaison, notre Soleil est 1000 fois fois plus massif que Jupiter et 300 000 fois plus massif que la Terre.

Les premières planètes détectées sont les géantes gazeuses et les Super-Terres, beaucoup plus massives.

 3. La formation d’un système solaire

Un des objectifs poursuivis par les chercheurs est une meilleure compréhension de la formation des planètes.

Il existe dans l’espace des nuages de gaz créés par l’explosion de Supernova, par exemple. Ces nuages, appelés "nuages moléculaires" se concentrent et forment des familles d’étoiles (par milliers), telle que la nébuleuse d’Orion. Ls planètes se forment en même dans des ce qu’on appelle des "disques d’accrétion". Les mécanismes de la formation stellaire sont extrêmement complexes et reste un champ d’investigation important pour les astrophysiciens.

Le télescope spatial Hubble a permis de photographier de jeunes étoiles dans des nuages de poussière (le disque d’accrétion autour de ces étoiles forme un cercle noir autour de l’étoile), à quelques millions d’années-lumières seulement. Notre Soleil étant vieux de 4600 millions d’années, c’est la preuve que de nouvelles étoiles continuent de se créer aujourd’hui dans l’Univers.

 4. Le tour du propriétaire

Pour donner une idée de la profondeur de l’Univers et de la difficulté de détecter des exoplanètes, Michel Mayor a décidé de nous faire le "tour du propriétaire".

Si on voyageait à la vitesse de la lumière, il faudrait quelques heures pour traverser le système solaires et environ cent mille ans pou traverser la Voie Lactée.

Si on augmente la sensibilité à la lumière d’un téléscope, on voit apparaître une myriade d’étoiles, un peu comme si on comparait le nombre d’étoiles visibles en ville la nuit et celui à la campagne. En observant le fond noir derrière trois étoiles pendant une centaine d’heures, ce qu’on appelle le Champ Profond (Hubble Deep Field), le professeur Robert Williams [4] a détecté 2500 galaxies ! Le ciel nocturne n’est pas noir en réalité, il est saturé d’étoiles. Il existe des milliards d’étoiles dans notre seule galaxie et il existe des milliards de galaxie…

Par la lumière qu’elles émettent, les étoiles cachent les éventuelles planètes qui les entourent. Par exemple, dans notre système solaire, Jupiter ne réfléchit que le 1 milliardième de la lumière du Soleil. La différence avec la Terre est encore plus grande. Voir une exoplanète autour d’une étoile, c’est comme essayer de voir une luciole à côté d’un phare. Et pourtant, on y arrive…

Pour ces raisons, les exoplanètes que nous détectons sont les planètes les plus massives (plus grosses que Jupiter) et les plus éloignées de l’étoile. Il est plus difficile de détecter des planètes semblables à la nôtre.

 5. Les méthodes de détection des exoplanètes

5.1. La détection basée sur le mouvement à deux corps : la méthode radiale

Les planètes tournent autour des étoiles et les étoiles autour du centre de gravité de leur système solaire, ce qui signifie qu’une planète fait légèrement osciller l’étoile autour de son axe. On mesure cette oscillation par rapport à la longueur d’onde émise par l’étoile [5].

La première exoplanète a été détectée avec cette méthode : 51 Peg b, dans la constellation du Pégase, à l’Observatoire de Haute-Provence.

Masse planétaire = 0,5 masse de Jupiter Période = 4,2 jours Distance = 0,04 années-lumières

51 Peg b surprit les astronomes avec sa période de révolution de seulement 4,2 jours, alors qu’elle tourne très loin de son étoile. Si on lui avait appliqué les mêmes "règles" que dans notre système solaire, sa périodicité aurait dû ête de plus de dix ans !

Dans ce type de détection, deux élements importent : la taille du miroir principal (1,93 m pour l’Observatoire de Haut-Provence, 3,6 m pour celui de La Silla) et la finesse du spectrographe qui mesure les variations de l’effet Doppler.

On a pu ainsi détecter des exoplanètes à des distances entre 6 et 12 parsecs [6], autrement dit à une faible distance dans l’espace. Ces exoplanètes sont nos proches voisines !

5.2. La détection photométrique : la méthode des transits

La méthode des transits vise à détecter la baisse de luminosité d’une étoile lors des "éclipses" partielles produites par les exoplanètes quand elles passent devant leur étoile. Cette méthode permet de déterminer la taille de la planète.

Pour comparaison, une planète comme Jupiter transitant devant notre étoile entraîne une variation de 1% de la luminosité ; une comme la Terre seulement un dix millionième. Les planètes semblables à notre Terre sont donc plus difficiles à détecter.

Les mesures effectuées par le télescope spatial Corot depuis 2006 et le téléscope spatial Kepler depuis 2009 montrent une énorme variation dans la dimension des planètes : il existe des planètes rocheuses géantes et de petites planètes gazeuses, par exemple, à l’inverse de notre système solaire.

Par exemple, le téléscope spatial Corot [7] a détecté une exoplanète mesurant 1,7 x la Terre avec une variation de luminosité de seulement trois dix millièmes.

Ainsi :

• la méthode 1 (méthode radiale) permet d’obtenir la masse de la planète

• la méthode 2 (méthode des transits) permet d’obtenir la taille de la planète

Or, une fois que la masse et la taille ont obtenus, on peut calculer la densité de la planète :

densité = masse/taille

La densité permet de savoir si l’exoplanète est une planète rocheuse, gazeuse ou de glace.

La luminosité d’une étoile varie non seulement quand une planète passe devant elle, mais aussi - de manière moindre - quand elle passe derrière l’étoile, car la planète reflète également une partie de la lumière sous forme d’infrarouge. Cette méthode permet ainsi de mesurer sa température.

Associé à la distance qui la sépare de son étoile, cette information permet de déterminer la composition de son atmosphère et son climat.

Quand un système solaire possède plusieurs planète - ce qui est le cas le plus fréquent - les variations lumineuses sont complexes et seuls de puissants ordinateurs peuvent effectuer les calculs nécessaires pour déterminer s’il s’agit d’une donnée erratique, d’une variation de luminosité de l’étoile (dans le cas d’un pulsar ou d’une étoile à neutrons), ou d’un nombre x de planètes, comme une équation à 6 ou 7 inconnues.

C’est le cas de Kepler 11 (le 11^e objet détecté par Kepler) : après corrections des défauts du satellite, les astrophysiciens ont calculé la présence de 6 planètes derrière les variations de lumière observées.

Un astronome amateur a réussi, grâce à cette méthode, à détecter une exoplanète avec un téléscope de 10 cm dans son garage.

La découverte d’exoplanètes n’est donc pas l’apanage des centres de recherche [8].

5.3. La détection de l’image d’une planète : la méthode de l’imagerie

Contrairement à la méthode précédente, la technique de l’imagerie, comme l’imagerie cérébrale par exemple, demande des moyens importants (téléscope spatial, traitement informatique des données…). Elle permet de "capter" l’imag d’une planète et d’obtenir ainsi des informations sur sa couleur, son atmosphère et sa surface. Astronomie et géophysique peuvent dès lors travailler en synergie.

Ainsi :

• la méthode 1 (méthode radiale) permet d’obtenir la masse de la planète

• la méthode 2 (méthode des transits) permet d’obtenir la taille et la température de la planète

• la méthode 3 (méthode de l’imagerie) permet d’obtenir des informations sur la couleur de la planète, son atmosphère et sa surface

On peut s’étonner du nombre d’informations que l’on peut obtenir sur les autres systèmes solaires sans sortir du nôtre, par simples déductions à partir des informations fournies par la lumière des étoiles. On doit cependant relativiser la portée de ces méthodes, étant donné qu’elles dépendent de la position du système solaire par rapport à notre angle de vue :

• si le système solaire est oblique par rapport à nous, on utilise la méthode 1 (méthode radiale)

• si le système solaire se positionne en face de nous (comme si on était en-dessous ou au-dessus), on utilise la méthode 2 (méthode des transits)

• dans les autres cas, seule la méthode 3 (méthode de l’imagerie) peut être utilisée

En réalité, toutes les méthodes sont essayées détecter des exoplanètes dans une zone de l’espace et en apprendre autant que possible sur un système solaire. Il existe en effet des cas où les informations peuvent se cumuler.

 6. La Terre est-elle une exception ?

 [9]

Si la manière dont notre système solaire est organisé ne constitue pas une exception (ne serait-ce que parce que près de la moitié des étoiles sont des étoiles doubles), presque toutes les étoiles possèdent des planètes (pour Michel Mayor, la probabilité tend vers 1), non seulement une mais plusieurs.

Selon Michel Mayor, 95% des 1700 planètes candidates sont véritablement des exoplanètes.

Cela ne suffit pas pour abriter la vie. Dans note système solaire, seule la Terre abrite la vie. Les conditions pour qu’une planète abrite des formes de vie semblables à la Terre sont les suivantes :

• L’exoplanète doit se situer dans la zone habitable [10] par rapport au soleil où l’eau est à l’état liquide [11]. La zone habitable tient compte de l’albedo [12] de la planète et d’un effet de serre semblable à celui qui existe su notre planète [13]. Actuellement, deux planètes ont été détectées dans cette zone, ni trop proche ni trop éloignée du Soleil (sinon l’eau serait à l’état de vapeur ou de glace) : HD85512, Gliese d, toutes les deux à la limite de la zone.

• La zone habitable doit être relayée par une atmosphère riche en C02 par exemple, comme sur Terre, pour créer un effet de serre.

• Encore faut-il que l’eau soit présente en quantité suffisante [14].

• Mais cela ne suffit pas : l’eau a sans doute coulé sur Mars il y a 3 milliards d’années mais il n’y a peut-être jamais eu de vie sur cette planète [15]. Pour plus d’informations, voir notre article sur les Dernières nouvelles de Mars.]].

• La présence d’une ou de plusieurs lunes permet le phénomène des "marées", une source supplémentaire d’énergie (au sens de mouvement) pour le développement de la vie. C’est le cas par exemple du satellite de Jupiter Europa : étant donné sa distance au soleil, il reçoit cinq fois moins d’énergie que la Terre et devrait être congelé, mais un puissant effet de marée brise la glace à sa surface et permet sans doute d’entretenir de l’eau à l’état liquide sous une épaisseur de glace de plusieurs kilomètres. Selon Michel Mayor, de la vie pourrait s’être développée dans cet océan des profondeurs. La glace la protégerait des radiations cosmiques et du froid (un peu comme pour un igloo).

• Le mouvement des plaques tectoniques permet au magma de remonter sous forme de volcans, solfatares (source de soufre), geysers et autres sources chaudes sous-marines. Ce mélange d’eau et de molécules carbonées et des minéraux dans un environnement chaud et mouvant, a pu favoriser l’apparition de la vie sur Terre.

Peut-il existe des formes de vie différentes,qui se soient développées dans des conditions différentes ? Si la vie existe bien dans des cavernes sans lumière, dans la banquise ou les volcans, Michel Mayor rappelle que ces formes de vie se sont adaptées à ces environnements extrêmes après l’apparition de la vie sur Terre. Certains scientifiques ont évoqué la constitution de vie à partir d’atomes de silicium, mais le silicium ne possède pas toutes les propriétés du carbone (la capacité de constituer des chaînes moléculaires complexes).

On remarquera toutefois que le carbone est l’un des atomes les plus répandu dans l’Univers, ce qui accroît l’idée que toutes les conditions existent dans l’Univers pour voir l’apparition de la vie sur une - ou plusieurs - planètes. Selon le prix Nobel de médecine Christian de DUVE, la vie est un "impératif cosmique" [16], ce qui signifie que la vie doit émerger partout où les conditions matérielles (eau, température…) sont réunies [17].

Michel MAYOR a demandé aux personnes présentes dans la salle de voter pour ou contre cette affirmation, même si la science, dit-il, n’est pas une démocratie. La salle à 90% pour cette phrase (4 contre sur 300 ou 400personnes), preuve que l’idée a fait son chemin qu’il existe probablement de la vie ailleurs dans l’Univers.

Pour Michel MAYOR, cette croyance s’appuie sur l’argument d’humilité : si la vie est apparue sur notre planète, il n’y a pas de raison pour qu’elle n’apparaisse pas sur des planètes similaires. Or, selon M. Mayor, cet argument ne correspond pas aux probabilités : si un joueur gagne au Loto, il serait faux de croire que d’autres joueurs ont également gagné au Loto, sous prétexte qu’il a bien gagné, lui ! Cette comparaison est un appel à la prudence : nous ne serons véritablement fixés sur l’existence ou non d’une vie extra-terrestre que le jour où l’on en découvrira une [18].

 7. Les projets d’observation astronomiques et la recherche d’une vie extra-terrestre

7.1. ESO

ESO [19] est un projet européen [20] responsable de la mise en place d’un observatoire astronomique au Chili en 1964. L’observatoire est actuellement constitué d’un parc d’une vingtaine d’instruments, avec des télescopes entre 2,2 à 8,20 mètres de diamètre [21].

Il est prévu de construire un nouvel instrument de 40 m de diamètre, l’Overwhelmingly Large Telescope (OLT), même si un autre projet à l’étude prévoit de construire un téléscope de 100 m de diamètre (OWT) !

Source : image ESO/C. Madsen

7.2. ALMA

L’Europe, les Etats-Unis et le Canada sont associés pour la construction de 64 antennes millimétriques d’Atacama (ALMA) sur une centaine de kilomètres carrés sur l’Altiplano chilien. Ce groupement d’antennes devrait être terminé et opérationnel en 2012.

Source : image de la NRAO/AUI et de l’ESO

Ces antennes étudieront spectre millimétrique du rayonnement de l’Univers, afin de mieux comprendre la formation de l’Univers et détecter la présence d’étoiles, de planètes et de nuages interstellaires dont le rayonnement électromagnétique se situe en dehors du spectre de lumière visible (rayons X, rayonnement infrarouge, ondes radio) [22].

Source : Image de la NRAO/AUI et de l’ESO

7.3. La mission spatial Darwin

La mission spatiale Darwin est un projet de l’Agence spatiale européenne (AES). Il a pour objectif de découvrir de nouvelles planètes et de vérifier la phrase du prix Nobel de médecine Christian de DUVE selon laquelle la vie est un "impératif cosmique" [23].

Ce projet s’appuie pour cinq nouveaux télescopes spatiaux qui devraient être opérationnels en 2020.

7.4. SETI

Le programme SETI(Search for Extra-Terrestrial Intelligence) est un programme de recherche de signaux artificiels produits par une forme de vie extra-terrestres intelligente et technologiquement développée…. "qui ne s’est pas autodétruite", ajoute Michel Mayor. Né durant les années 60, ce programme de recherche consiste à analyser les signaux émis par l’espace, en s’appuyant sur la capacité de traitement des ordinateurs personnels du monde entier (en travaillant pendant la veille de l’écran, par exemple).

Pour Michel MAYOR, SETI complète les observations astronomiques en travaillant sur un type de signaux différents.

 8. Questions du public

Quel est le pourcentage de systèmes solaires dont le plan orbital permet une obervation ?

• Quelques pourcents, mais sur 100 000 systèmes solaires, cela permet quelques résultats.

Quelles sont les exoplanètes les plus intéressantes ?

• Nos voisines, entre 10 et 100 années-lumières, car nous pouvons effectuer des mesures complémentaires.

Existe-t-il des planètes errantes ?

• Oui. Si un système solaire possède deux ou trois géantes gazeuses, certains objets célestes peuvent adopter des orbites chaotiques et devenir des corps errants. Cela peut avoir d’autres conséquences. Il y a un an et demi, on a découvert une planète qui tournait en sens inverse du reste du système solaire auquel il appartenait.

 CONCLUSION

Pour les scientifiques, la recherche d’exoplanètes a deux objectifs : mieux comprendre la formation des planètes et répondre à la question "Sommes-nous seuls dans l’Univers". A l’heure actuelle, nous possédons les moyens de détecter des planètes dans la "zone habitable". Nous sommes également capables de déduire leur composition et leur température. Or, si nous détections un jour une quantité importante d’oxygène sur une planète abritant de l’eau à l’état liquide à sa surface, nous aurions là un faisceau d’indices "évidents" pour dire que cette planète abrite la vie. En effet, l’oxygène est une molécule instable produite par certaines plantes (les coraux furent les premières plantes sur terre à produire de l’oxygène). Détectée depuis l’espace, notre planète posséderait 20% d’oxygène en trop par rapport à sa composition…

Après, nous aurions peut-être les moyens de cartographier la surface de la planète, d’en dessiner les continents… mais pour Michel MAYOR, il sera impossible, étant donné les distances interplanétaires, de jamais voyager vers d’autres planètes.

51 Peg, par exemple, se trouve à 50 années-lumières, soit 30 millions de fois la distance de la Terre à la Lune. A quelle vitesse pouvons-nous espérer nous déplacer ? Combien faudrait-il de temps pour accélérer mais aussi pour décélérer ? Il faudrait des milliers d’années… Avec quelle source d’énergie ? Il faudrait une énergie égale à la quasi-totalité de l’énergie produite sur Terre en une année !

L’affirmation de Michel Mayor énonce l’impossibilité dans laquelle nous sommes, avec les moyens technologiques actuels, de faire un tel voyage. Mais la science peut encore évoluer… Michel Mayor risque d’être un jour démenti comme Lord Kelvin qui pétendit en 1900 "que jamais une machine plus lourde que l’air ne pourrait voler". Qui aurait cru, il y a quelques dizaines d’années seulement, que nous aurions les moyens de détecter des exoplanètes, "des lucioles à côté d’un phare" ?…

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_{Le monde est étrange, vous ne trouvez pas ?}