Les étoiles et planètes favorables à la vie

La Terre
La Terre photographiée depuis une orbite lunaire lors de la mission Apollo 8. S’agit-il du seul berceau de la vie ? Crédit : NASA

Même si les conditions qui ont donné naissance à la vie sur Terre sont encore loin d’être identifiées de façon précise, il est néanmoins clair que l’apparition de la vie peut s’expliquer par des phénomènes naturels. Si cet évènement a pu se produire à la surface de notre planète, il est tout à fait possible, voire probable, qu’il se soit produit à la surface d’autres planètes où les conditions environnementales le permettaient.

Il serait donc intéressant d’essayer d’évaluer les conditions minimales nécessaires à l’apparition de la vie sur une autre planète et plus spécifiquement aux conditions qui permettent l’apparition d’une vie intelligente. Ce deuxième critère sera plus contraignant, car le passage d’une forme de vie primitive à une forme intelligente implique des conditions environnementales plus stables sur des périodes de temps plus longues.

Les types d’étoiles favorables à la vie

La première question qui se pose concerne l’étoile autour de laquelle la vie pourrait apparaître : quelles sont les conditions qu’une telle étoile doit remplir pour être favorable à l’émergence de la vie ?

Remarquons d’abord qu’un système à étoile unique comme le nôtre semble a priori plus favorable car les planètes se retrouveront naturellement sur une orbite circulaire et stable. Dans un système double ou multiple, les perturbations gravitationnelles des différentes étoiles rendront plus difficile la formation de planètes puis l’existence d’orbites stables. Néanmoins, si les membres du système sont suffisamment séparés, une planète en orbite stable pourrait se former autour de l’une des étoiles.

La masse de l’étoile devrait probablement se situer entre la moitié et le double de celle du Soleil. Une masse plus faible signifierait une luminosité réduite, c’est-à-dire un apport d’énergie insuffisant à l’apparition d’une vie intelligente. Une étoile beaucoup plus massive que le Soleil serait également défavorable, mais dans ce cas à cause d’une durée de vie trop courte. Il a en effet fallu environ un milliard d’années à la vie pour apparaître sur Terre et cinq milliards d’années pour conduire à l’intelligence. Or une étoile de dix masses solaires ne reste en phase stable que pendant quelques millions d’années et une étoile de trois masses solaires pendant 200 millions d’années.

Il y a également une contrainte de composition chimique sur l’étoile. Par exemple, la première génération d’étoiles n’était constituée que d’éléments chimiques créés dans le Big Bang, essentiellement l’hydrogène et l’hélium. Les éléments plus lourds n’apparurent qu’ensuite, au cours de l’évolution de cette première génération. Or, la vie a besoin d’éléments lourds, en particulier de carbone, d’oxygène et d’azote.

Les caractéristiques orbitales favorables à la vie

Quelles sont les conditions que l’orbite d’une planète doit remplir pour être susceptible d’accueillir la vie, en particulier une forme intelligente ?

Le premier élément important est la taille de son orbite. La distance de l’étoile à la planète doit être bien ajustée pour que celle-ci puisse recevoir une quantité d’énergie optimale. Trop près, c’est le cas de Vénus, la planète serait soumise à un flux d’énergie trop important et deviendrait trop chaude. Trop loin, comme dans le cas de Mars, elle ne recevrait pas suffisamment d’énergie et finirait trop froide. Dans le système solaire, la Terre est la seule planète à se trouver dans ce que l’on appelle la zone d’habitabilité.

Pour des raisons de stabilité de la température moyenne, il semble également nécessaire que l’orbite soit pratiquement circulaire, comme celle de la Terre. Une orbite trop elliptique entraîne des variations de distance et de flux d’énergie trop importantes et crée une situation d’extrême instabilité peu favorable à l’émergence de la vie et à son développement.

Mais une planète en orbite circulaire dans la zone d’habitabilité de la bonne étoile ne va pas forcément être idéale, encore lui faut-il des caractéristiques physiques favorables à l’émergence de la vie.

La masse de la planète

La masse de la planète est un paramètre essentiel. Elle doit d’abord être suffisante pour que la gravité soit en mesure de retenir des éléments légers comme le carbone ou l’oxygène. La planète doit aussi contenir suffisamment de matière radioactive pour pouvoir libérer de l’énergie pendant des milliards d’années. Cette énergie est cruciale pour soutenir un volcanisme et une tectonique des plaques qui sont probablement des facteurs essentiels. C’est ainsi à cause de sa masse trop faible que Mars s’est refroidit trop vite et s’est transformée en un monde sans activité géologique notable.

La masse de la planète ne doit pas non plus être trop grande. Pour les planètes géantes du système solaire, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, la gravité est si forte qu’aucun élément chimique n’a pu s’échapper. Ces planètes sont ainsi constituées essentiellement d’hydrogène et d’hélium, un environnement qualifié de réducteur qui empêche la formation des molécules de la vie.

Une atmosphère et une hydrosphère

La planète doit posséder une atmosphère. D’abord, parce que la synthèse de molécules organiques en quantités non négligeables ne peut pas se faire dans le vide, par exemple à la surface de la Lune. Ensuite, parce que cette atmosphère constituera aussi un écran protecteur qui empêchera les premières molécules complexes d’être détruites par le rayonnement solaire, en particulier dans l’ultraviolet et les rayons X.

En plus d’une atmosphère, la planète doit disposer d’une hydrosphère, c’est-à-dire d’une large quantité d’eau liquide. C’est dans cette hydrosphère que les molécules se retrouveront en concentration suffisante pour permettre des réactions chimiques en grande quantité. L’eau est de plus l’un des éléments indispensables à de nombreuses interactions chimiques nécessaires à la vie, du moins dans une forme similaire à la nôtre. Cette hydrosphère offre par ailleurs une protection accrue contre les rayonnements nuisibles aux premières molécules.

La structure de la planète

Un autre élément probablement essentiel est une lithosphère, c’est-à-dire une surface solide. L’agrégation de petites molécules en ensembles plus complexes semble en effet nécessiter une surface solide plutôt qu’un milieu liquide en mouvement permanent. De plus, la meilleure façon d’obtenir des concentrations élevées d’un composé chimique est de déposer ce composé dans une flaque d’eau et de laisser l’évaporation faire son travail.

Au coeur de la planète, la présence d’un noyau métallique semble essentielle. Ce noyau produira par sa rotation un champ magnétique qui formera une magnétosphère capable de protéger la surface de la planète des rayons cosmiques néfastes au développement de la vie.

Un gros satellite

Enfin, une condition plus controversée est l’existence autour de la planète d’un gros satellite comme la Lune. La présence d’un tel corps, par son influence gravitationnelle, assurait une plus grande stabilité de l’axe de rotation de la planète et donc une plus grande stabilité de paramètres tels que la température moyenne. La Lune est aussi à l’origine des marées sur Terre et certains chercheurs pensent que le phénomène de marée fait des zones côtières et du constant va-et-vient de la mer une situation idéale pour la formation des premières molécules.