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À la rencontre des scientifiques qui scrutent les confins de l’univers pour nous offrir une nouvelle Terre.

par Mathilde Obert | 13 septembre 2019

À 111 années-lumière de la Terre, une planète bapti­­sée K2–18 b orbite autour d’une naine rouge, dans la zone habi­­table de son système. Seule­­ment deux fois plus grosse que notre planète bleue, elle concentre l’at­­ten­­tion des astro­­nomes terriens car son atmo­­sphère contient l’élé­­ment le plus précieux de l’uni­­vers : de l’eau. Ce monde hors de portée de l’hu­­ma­­nité, trop loin­­tain pour y envoyer une sonde, pour­­rait abri­­ter des orga­­nismes vivants. C’est cette incroyable pers­­pec­­tive qui fait trem­­bler d’en­­thou­­siasme la voix de Giovanna Tinetti, la profes­­seure de l’Uni­­ver­­sity College London (UCL) qui a révélé sa décou­­verte le 11 septembre 2019 dans la revue scien­­ti­­fique Nature Astro­­nomy.

« C’est la première fois que nous détec­­tons de l’eau sur une planète située dans la zone habi­­table d’une étoile, où la tempé­­ra­­ture est poten­­tiel­­le­­ment compa­­tible avec la présence de la vie », dit l’as­­tro­­phy­­si­­cienne italienne. À sa surface, la tempé­­ra­­ture pour­­rait être comprise entre 0 et 40°C, auto­­ri­­sant la présence d’eau liquide et d’une vie extra­­­ter­­restre en son sein. Il faudra attendre la prochaine décen­­nie et le lance­­ment de téles­­copes spatiaux plus perfec­­tion­­nés que ceux d’aujourd’­­hui pour scru­­ter la compo­­si­­tion de son atmo­­sphère et déter­­mi­­ner si, oui ou non, K2–18 b est suscep­­tible d’abri­­ter la vie, et par exten­­sion d’être une future terre d’ac­­cueil pour l’hu­­ma­­nité.

Une quête commen­­cée en 1992, quand la première exopla­­nète a été décou­­verte.

Vers l’in­­fini

Un soleil orangé se lève sur LHS 1140b, baignant ses rayons dans l’océan. Le monde animal sort peu à peu de sa tanière pour reprendre ses droits sur la nuit. Depuis le 19 avril 2017, il est permis d’ima­­gi­­ner à quoi pour­­rait ressem­­bler la vie sur cette exopla­­nète située à 39 années-lumière de la Terre. Tout, de sa dispo­­si­­tion à sa compo­­si­­tion, en font un berceau poten­­tiel pour une vie sauvage extra­­­ter­­restre, et la promesse d’un monde accueillant où nous réfu­­gier un jour.

« Nous aurions diffi­­ci­­le­­ment pu espé­­rer une meilleure cible afin de mener la plus grande quête de la science : trou­­ver une preuve de vie dans l’es­­pace », s’est d’em­­blée réjouit un astro­­phy­­si­­cien de Harvard, Jason Ditt­­mann. Les preuves affleurent mais la confir­­ma­­tion se fait attendre. Comme souvent, la commu­­nauté scien­­ti­­fique a promis d’autres obser­­va­­tions. Alors, quand pour­­rons-nous être sûrs ?

Vue d’ar­­tiste de LHS 1140b
Crédits : NASA

Les astro­­nomes à la recherche d’une nouvelle Terre sont comme Boucle d’or. Dans ce conte des frères Grimm édité pour la première fois en 1909, une jeune fille aux cheveux blonds pénètre la maison de trois ours, perdue au fonds des bois. Incons­­ciente du danger, elle prend ses aises, goûte la nour­­ri­­ture, se délasse sur les fauteuils puis sur les lits. Toujours, elle procède par élimi­­na­­tion avant de trou­­ver le bol ni trop chaud ni trop froid, le siège ou la couche ni trop grand ni trop petit.

Quels que soient leurs moyens, les cher­­cheurs de planètes habi­­tables procèdent de la même manière. Ils s’échinent à repé­­rer un spéci­­men ni trop chaud ni trop froid, ni trop grand ni trop petit, de sorte que la vie telle qu’on la connaît puisse avoir une chance de s’y épanouir. Sauf que jeter un œil vers le voisi­­nage de la Grande Ourse est loin d’être suffi­­sant.

Jusqu’en 1995, les planètes situées en dehors de notre système solaire – ou exopla­­nètes – étaient autant des attrac­­tions que des abstrac­­tions, perdues dans le scin­­tille­­ment de leur étoile. Les téles­­copes humains demeu­­raient inca­­pables de voir au-delà de Mercure, Venus, Mars, Jupi­­ter, Saturne, Uranus, Neptune, la Terre et Pluton. Encore que cette dernière a dû se soumettre à un juge­­ment à la Boucle d’or des astro­­phy­­si­­ciens en 2006 : trop petite, elle a été relé­­guée au rang de « naine ».

Mais avant cela, en 1995 donc, nous sommes deve­­nus capables de voir un peu plus loin vers l’in­­fini. Deux Suisses, Michel Mayor et Didier Queloz, ont mis à jour la première exopla­­nète encore en vie, 51 Pegasi b. Située à près de 50,9 années-lumière de la Terre, elle est massive, gazeuse et ardente. Il n’y a donc aucune chance d’y trou­­ver la vie, mais ce n’était qu’un début.

Vue d’ar­­tiste de 51 Pegasi b, ou Dimi­­dium
Crédits : NASA

En passant ce cap, Mayor et Queloz ont ouvert la voie à un tas d’as­­tro­­nomes. « La période était diffi­­cile », se souvient Franck Selsis, chargé de recherches sur les atmo­­sphères d’exo­­pla­­nètes au CNRS. « On imagi­­nait des tech­­niques en prenant nos planètes comme exemples. Mais si tous les systèmes étaient comme le système solaire, aujourd’­­hui on n’en aurait trouvé aucun. »

De leur côté, les astro­­phy­­si­­ciens suisses se sont concen­­trés sur ce qu’ils étaient en mesure de faire : loca­­li­­ser de gros astres proches de leurs étoiles. « C’était quelque chose d’inat­­tendu, nous ne pensions pas que cela exis­­tait », se souvient Selsis.

Pour les mettre en évidence, ils ont eu recours à la méthode dite des « vitesses radiales », qui consiste à mesu­­rer le mouve­­ment pério­­dique de l’étoile. C’est possible en auscul­­tant les raies d’ab­­sorp­­tion zébrant la lumière qu’elle dégage. Les radars de contrôle routier utilisent cet effet Doppler afin de savoir si les véhi­­cules roulent trop vite. Dans le cas d’un loin­­tain système solaire, le dépla­­ce­­ment de l’étoile permet de déter­­mi­­ner la présence de planètes d’au­­tant plus faci­­le­­ment qu’elles en sont proches et qu’elles sont massives. Car ces deux facteurs leurs donnent un impact sur la course de l’étoile.

Les vitesses radiales

Bien évidem­­ment, Mayor et Queloz ont fait école. Plusieurs dizaines d’exo­­pla­­nètes ont été flashées à la faveur de leurs travaux. Au regard de leurs tailles et de leur compo­­si­­tions, les scien­­ti­­fiques les ont appe­­lées « Jupi­­ter chauds ». « Ce ne sont pas du tout les exopla­­nètes les plus courantes, mais ce sont les plus faciles à repé­­rer », précise Franck Selsis. Le progrès tech­­no­­lo­­gique aidant, les scien­­ti­­fiques ont enri­­chi le cata­­logue des exopla­­nètes avec des spéci­­mens variés, aux masses moins impor­­tantes et moins proches de leur étoile.

Les Jupi­­ter décou­­verts étaient moins chauds, aussi légers que Saturne ou Neptune, au point que les plus petits d’entre eux ont été appe­­lés « super-Terre ». « Leur masse est comprise entre celle de la Terre, qui est la plus grosse des planètes tellu­­riques, et celle de Saturne, quinze fois plus lourde », détaille Selsis.

En 2009, le lance­­ment du téles­­cope Kepler est venu affi­­ner la recherche. Quatre ans plus tard, il révé­­lait l’exis­­tence de Kepler-186 f, un astre de la constel­­la­­tion du Cygne suspecté de rece­­ler les condi­­tions propices à la vie. Une décou­­verte renou­­ve­­lée coup sur coup en 2016 avec Proxima Centauri B, et le système Trap­­pist-1. Enfin, début 2017, tous les regards se sont tour­­nés vers LHS 1140b, une super-Terre qui pour­­rait bien abri­­ter de l’eau.

Une béné­­dic­­tion pour l’as­­tro­­phy­­si­­cienne améri­­caine Sara Seager, qui dédie sa vie aux exopla­­nètes. « Honnê­­te­­ment, il y a 20 ans, si vous disiez que vous vouliez trou­­ver une exopla­­nète, les gens rigo­­laient », se rappelle-t-elle. Dire que les choses ont changé est un euphé­­misme.

Star­­shade

Sara Seager a eu une enfance rela­­ti­­ve­­ment soli­­taire. Jeune, cette plané­­to­­logue cana­­dienne du Massa­­chu­­setts Insti­­tute of Tech­­no­­logy (MIT) avait peu d’amis. Elle ne regar­­dait pas non plus la télé­­vi­­sion. « Les choses bougent trop lente­­ment », peste-t-elle. Son regard s’est porté sur l’im­­mense écran céleste et le mouve­­ment inces­­sant des astres. « Adoles­­cente, j’ai rejoint un cours d’as­­tro­­no­­mie. J’étais la seule de mon âge, tout le monde était très vieux », rigole-t-elle. « Je ne compre­­nais pas tout, mais ça ne m’em­­pê­­chait pas d’al­­ler à l’ob­­ser­­va­­toire. »

À la ving­­taine, la jeune femme y a trouvé un job d’été tout en pour­­sui­­vant des études de mathé­­ma­­tiques et de physique à l’uni­­ver­­sité de Toronto. Les planètes loin­­taines l’in­­té­­res­­saient mais ses profes­­seurs rétorquaient systé­­ma­­tique­­ment que c’était inutile car nous ne les étudie­­rions jamais.

Le profes­­seur Sara Seager
Crédits : MacAr­­thur Foun­­da­­tion

Lorsqu’il lui a fallu trou­­ver un sujet de thèse, en 1995, elle n’a eu qu’à lever les yeux vers la constel­­la­­tion boréale de Pégase : on venait d’y décou­­vrir 51 Pegasi b. Cette brune élan­­cée au débit rapide s’est lancée avec non moins de célé­­rité et d’ab­­né­­ga­­tion dans la recherche de ses sœurs exopla­­nètes.

Deve­­nue ensei­­gnante et cher­­cheuse, elle a contri­­bué au projet Cube­­sat, lancé en 1999. « L’idée était de regar­­der une étoile à l’aide d’une centaine de petits téles­­copes diffé­­rents », dont les coûts de fabri­­ca­­tions sont moindres. Mais Seager n’a pas tardé à entrer dans la cours des grands. Si nous doutons encore que l’uni­­vers soit en expan­­sion, il ne fait aucun doute que le champ de recherche des planètes l’est. Toute­­fois, la Cana­­dienne a un avan­­tage sur ses concur­­rents. « Je travaillais sur les exopla­­nètes presque avant tout le monde », s’enor­­gueillit-elle.

Après son entrée au MIT en 2007, elle mène des travaux visant à déter­­mi­­ner l’at­­mo­­sphère et la compo­­si­­tion interne des astres extra­­­so­­laires pour lesquelles elle est récom­­pen­­sée. Mais Seager veut aller beau­­coup plus loin. « Être scien­­ti­­fique est un travail de luxe », déplore-t-elle. « Nous n’avons pas besoin de trou­­ver de nouvelles planètes pour survivre. C’est pourquoi je passe le plus clair de mon temps à ensei­­gner et non à cher­­cher. »

Cela ne l’em­­pêche pas, en 2013, de formu­­ler une équa­­tion à même d’es­­ti­­mer le nombre de planètes habi­­tables dans la galaxie en se basant sur la présence de certains gaz. Des éléments lui échappent encore pour la faire fonc­­tion­­ner et donner un résul­­tat. Mais voilà une réponse théo­­rique au mystère de sa vie. Car rien ne l’in­­té­­resse plus que de délo­­ger les autres Terre des replis de l’uni­­vers.

Depuis la décou­­verte de Kepler 186 f, en 2014, nous n’en avons jamais été aussi proches. À la méthode des vitesses radiales est venue s’ajou­­ter celle des « tran­­sits », dont le prin­­cipe est de détec­­ter le passage d’une planète devant son étoile. En les couplant, les astro­­nomes sont deve­­nus capables d’ob­­te­­nir la masse mais aussi le rayon d’une planète.

Ainsi ont-ils pu déter­­mi­­ner, début 2017, que LHS 1140b était rocheuse et postu­­lait donc au poste de planète la plus suscep­­tible d’ac­­cueillir la vie. « On peut avoir espoir de détec­­ter une atmo­­sphère », s’en­­thou­­siasme Franck Selsis, qui compte sur le téles­­cope James-Webb. Cet appa­­reil de six mètres de diamètres sera lancé en 2018 en rempla­­ce­­ment de Hubble. Il sera doté d’un dispo­­si­­tif d’ima­­ge­­rie appelé coro­­no­­gra­­phie, dont l’objec­­tif est de rendre une image expur­­gée de l’étoile centrale afin de mieux perce­­voir les planètes.

Une autre tech­­no­­lo­­gie en germe, l’in­­ter­­fé­­ro­­mé­­trie, fonc­­tionne en plaçant deux téles­­copes à distance l’un de l’autre pour qu’ils recom­­binent la lumière. Cepen­­dant, « le domaine optique est assez peu porteur d’in­­for­­ma­­tions sur la compo­­si­­tion de l’at­­mo­­sphère », tempère Franck Selsis. Sara Seager parie sur un appa­­reil encore plus grand : le Star­­shade. Ce concept sur lequel la Nasa travaille depuis un demi-siècle est encore au stade de déve­­lop­­pe­­ment. Il est financé à hauteur de trois milliards de dollars par l’agence gouver­­ne­­men­­tale améri­­caine, mais aussi le MIT et des fonds privés. Il s’agit d’un occul­­teur gigan­­tesque en forme de fleur.

« Nous voulons l’en­­voyer dans l’es­­pace afin qu’il bloque la lumière d’un soleil pour que les téles­­copes voient direc­­te­­ment les planètes », explique Sara Seager. « L’idée est de bloquer la lumière de l’étoile avec préci­­sion pour obser­­ver les planètes direc­­te­­ment. » Un dispo­­si­­tif redou­­table mais telle­­ment impo­­sant qu’il « faudrait des années avant de chan­­ger son orien­­ta­­tion pour une nouvelle obser­­va­­tion », consi­­dère Franck Selsis. « On ne saura pas non plus grand-chose sur la compo­­si­­tion de l’at­­mo­­sphère, si atmo­­sphère il y a. »

Or, il faut au moins ça pour que la vie telle que nous la connais­­sons soit possible. Mais ce n’est pas suffi­­sant. Qu’est-ce qui rend une planète habi­­table ? « À l’heure actuelle, nous n’avons pas de défi­­ni­­tion », admet Sara Seager. Ce qui ne faci­­lite pas la tâche à l’homme qui voudrait vivre au-delà du système solaire.

Visua­­li­­sa­­tions du Star­­shade
Crédits : NASA

Fausse route

Nous en sommes donc réduit à tâton­­ner, comme Boucles d’or dans la maison des trois ours. Mais cela permet déjà un grand écré­­mage. « Si la tempé­­ra­­ture est trop froide, alors tout est gelé et il n’y a pas de réac­­tion chimique », précise Sara Seager. « Si c’est trop chaud, la fonte empêche toute péren­­nité des molé­­culesCertains pensent que l’eau liquide est un facteur déter­­mi­­nant. »

En fait, à défaut d’avoir trouvé une autre forme de vie, l’homme est contraint de cher­­cher les mêmes condi­­tions que celles de la Terre ailleurs. « Nous sommes très igno­­rants sur l’ha­­bi­­ta­­bi­­lité d’une planète », abonde Franck Selsis. « Dans le système solaire, on trouve des carac­­té­­ris­­tiques raris­­simes. Si on commence à toutes les lister, on ne trou­­vera jamais d’équi­­valent. Certaines sont-elles essen­­tielles à la vie ? Peut-être mais nous n’en sommes pas sûrs. Des confi­­gu­­ra­­tions diffé­­rentes pour­­raient très bien favo­­ri­­ser l’émer­­gence du vivant. »

Au moins est-on capable d’en élimi­­ner un certain nombre, suppo­­sant que rien ne peut y prendre vie. Les astro­­nomes excluent ainsi les corps gazeux et les étoiles pour ne rete­­nir, souvent, que les planètes tellu­­riques, c’est-à-dire compo­­sées essen­­tiel­­le­­ment de roche et de métal. « Il y a des milliers d’astres », pointe Seager. « Nous savons déjà que les planètes rocheuses sont communes. L’eau elle-même est en abon­­dance. Donc nous savons qu’il y a des planètes rocheuses avec de l’eau, situées à diffé­­rentes distances de leur étoile. Il suffi­­rait que l’eau sur une de ces planètes soit liquide pour que tout fonc­­tionne. »

La rencontre avec une autre forme de vie n’ap­­pa­­raît donc pas si loin­­taine dans le temps. Mais dans l’es­­pace, c’est une autre affaire. L’exo­­pla­­nète la plus proche du système solaire, Proxima Centauri b, est située à quatre années-lumière de la Terre. Eu égard à la forte quan­­tité de rayon­­ne­­ments ultra-violets auxquels elle est expo­­sée, il est peu probable qu’elle dispose d’une atmo­­sphère digne de ce nom.

Une fois que l’homme aura ciblé des exopla­­nètes réunis­­sant les condi­­tions idoines, il ne pourra s’y rendre qu’au prix d’un voyage inter­­­mi­­nable. « J’ai­­me­­rais qu’elles soient plus proches, car je ne sais pas vrai­­ment comment nous pour­­rions aller jusque là », concède la cher­­cheuse du MIT.

Vue d’ar­­tiste de Proxima Centauri b
Crédits : NASA

Seule possi­­bi­­lité, en théo­­rie : la créa­­tion d’un vais­­seau géné­­ra­­tion­­nel, sorte d’arche de Noé de l’es­­pace, dont la mission consis­­te­­rait à ache­­mi­­ner les descen­­dants des descen­­dants des descen­­dants d’as­­tro­­nau­­tes… Afin qu’ils arrivent à bon port, ses créa­­teurs devraient le doter d’un envi­­ron­­ne­­ment auto-suffi­­sant, une équa­­tion diffi­­cile à résoudre. Mais la quadra­­ture du cercle demeure les rayon­­ne­­ments de l’es­­pace profond auxquels le corps humain, même au sein d’un vais­­seau, ne résis­­te­­rait guère.

Dès lors, pour Sara Seager, la solu­­tion est ailleurs : « Je pense qu’un jour nous trou­­ve­­rons un moyen, non d’en­­voyer un humain, mais d’en­­voyer notre ADN ou notre code biolo­­gique », prédit-elle. « La biolo­­gie nous permet­­tra peut-être de créer des personnes et d’al­­ler sur une autre planète. » La distance étant le problème cardi­­nal, une autre hypo­­thèse de travail serait de la réduire, en cher­­chant autour de nous plutôt qu’à des milliers d’an­­nées-lumière.

« Dans quelques centaines d’an­­nées », imagine Seager, « j’aime à penser que nous aurons fait de Mars une planète habi­­table. Quant aux exopla­­nètes, nous ne les attein­­drons proba­­ble­­ment pas mais nous pour­­rons d’en­­voyer des vais­­seaux là-bas. » Pour habi­­ter la planète rouge, il nous faudra nous faire à son envi­­ron­­ne­­ment, diable­­ment hostile. La pesan­­teur et la pres­­sion atmo­s­phé­­rique y sont très faibles, les tempé­­ra­­tures basses et l’oxy­­gène est rare. Il faudrait donc revê­­tir des combi­­nai­­sons et résis­­ter aux tempêtes de pous­­sière géantes.

Autant dire que cela reste pour l’heure de la science fiction, tandis que les progrès de la recherches d’exo­­pla­­nètes sont réels. Mais là encore, la distance fait obstacle. « Certains scien­­ti­­fiques regrettent que les recherches se concentrent sur des planètes situées près de petites étoiles rouges qui ont peu à voir avec le Soleil, simple­­ment car elles sont plus faciles à obser­­ver », indique Franck Selsis.

« Ils préfé­­re­­raient qu’on aille vers des systèmes analogues au nôtreOn est dans le cas de quelqu’un qui ne cher­­che­­rait pas ses clés là où il pense les avoir perdues, mais sous le lampa­­daire car c’est là qu’il y a de la lumière. » Un vice non dénué de béné­­fices. « Le fait qu’on soit obligé d’al­­ler vers des planètes diffé­­rentes est inté­­res­­sant, car cela nous force à embras­­ser la diver­­sité des mondes extra­­­so­­laires et à ne pas nous concen­­trer sur la confi­­gu­­ra­­tion qui est la nôtre », ajoute-t-il.

Le téles­­cope James-Webb nous permet­­tra peut-être d’en­­fin regar­­der dans la bonne direc­­tion
Crédits : NASA

Ainsi, nous aurions besoin, à la manière de Chris­­tophe Colomb, de cher­­cher la route des Indes pour tomber sur l’Amé­­rique. « Il est possible que notre monde ne soit pas cette vaste éten­­due que nous imagi­­nons parfois, mais plutôt, en un sens, un monde proche de celui du Moyen-Âge, composé de petits royaumes, de petites cités-États entou­­rées de remparts et remplies de gens vivant dans une rela­­tive sécu­­rité à l’in­­té­­rieur des murs », avance le docu­­men­­ta­­riste Michael Madsen, auteur du film The Visit

« Mais au-delà, l’in­­cer­­ti­­tude règne. » Un inconnu vers lequel on est impa­­tients de se ruer.


L’in­­ter­­view de Sara Seager a été réali­­sée par Mathilde Obert. Couver­­ture : Vue d’ar­­tiste de LHS 1140b. (NASA)


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