Hypothèse de la Terre rare - Définition et Explications

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Introduction

Les planètes pouvant abriter la vie comme la Terre sont-elles rares ?

En astronomie planétaire et en astrobiologie, l'hypothèse de la Terre rare soutient que l'émergence d'une vie (La vie est le nom donné :) multicellulaire complexe (metazoa) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...) a exigé une combinaison (Une combinaison peut être :) improbable d'évènements et de circonstances astrophysiques et géologiques. Le terme Terre rare provient de Rare Earth: Why Complex Life Is Uncommon in the Universe (2000), un livre écrit par le géologiste et paléontologiste Peter Ward, et l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) et astrobiologiste Donald E. Brownlee (en). Leur livre constitue la source de l'essentiel de cet article.

L'hypothèse de la Terre rare s'oppose au principe de médiocrité (appelé aussi Principe copernicien) soutenu par Carl Sagan et Frank Drake, entre autres. Le principe de médiocrité conclut que la Terre est une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante...) rocheuse typique, dans un système planétaire (Un système planétaire (parfois appelé abusivement système stellaire) est composé de planètes et divers corps célestes inertes (astéroïdes, comètes...) gravitant autour d'une...) typique, localisé dans une région sans aucun caractère exceptionnel d'une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres...) spirale ((voir page de discussion)) barrée courante. Il est donc probable que l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) fourmille de vie complexe. Ward et Brownlee soutiennent a contrario que les planètes, les systèmes planétaires et les régions galactiques qui sont favorables à une vie complexe, comme la Terre, le Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis...) et notre région de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans...) sont probablement très rares.

L'hypothèse de la Terre rare, en concluant que la vie complexe n'est pas commune, est une solution possible du paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une absurdité, ou encore, une situation qui contredit l'intuition...) de Fermi : « Si les extra-terrestres sont courants, pourquoi ne les voit-on pas ? »"

Les zones galactiques habitables

Dans une zone manquant de métaux ou bien une zone proche du centre de la galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), exposée à un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) important, une planète n'est pas en mesure d'abriter la vie. La galaxie photographiée est NGC 7331, souvent identifiée comme la jumelle de la Voie lactée.

Rare Earth suggère qu'une grande partie de l'univers connu, y compris de grandes parties de notre galaxie, ne peut pas abriter de vie complexe ; Ward et Brownlee désignent ces régions comme des « zones mortes ». Les parties de galaxies où la vie complexe est possible constituent la zone galactique habitable. Cette zone est d'abord fonction de la distance au centre galactique. Avec la distance croissante :

  1. La métallicité des étoiles décline, et les métaux (terme qui, en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...), signifie les éléments plus lourds que l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et l'hélium) sont nécessaires à la formation des planètes telluriques.
  2. Les radiations X et Gamma provenant des trous noirs du centre de la galaxie, et des étoiles à neutrons proches, perdent en intensité. Une radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par exemple : radioactivité α). Par...) de cette nature est considérée comme dangereuse pour la vie complexe, en sorte que l'hypothèse de la Terre rare prédit que l'univers primitif, et également à présent, les régions de la galaxie où la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) des stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) est élevée et les supernovae communes sont inadaptées au développement de la vie complexe.
  3. La probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude des...) de perturbations gravitationnelles aux planètes (et aux planétésimaux) par les étoiles proches diminue avec la densité décroissante des étoiles. En sorte que plus une planète se trouve éloignée par rapport au centre de la galaxie, moins il est probable qu'elle soit heurtée par un gros bolide (On appelle bolide, ou météore, la rentrée atmosphérique d'un météoroïde de masse importante, produisant une traînée lumineuse intense jusque dans la...). Un impact suffisamment important peut conduire à l'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) de toute vie complexe sur une planète.

La proposition (1) ci-dessus régit les abords extérieurs d'une galaxie ; les propositions (2) et (3) régissent les régions intérieures de la galaxie, les amas globulaires, et les bras spiraux des galaxies spirales. Ces bras ne sont pas des objets physiques, mais des régions d'une galaxie caractérisées par un taux élevé de formation d'étoiles, se déplaçant à la vitesse (On distingue :) d'environ 240 km/s (pour le système solaire), ils décrivent un mouvement ondulatoire. Du centre d'une galaxie vers sa périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un objet ou...), la capacité à abriter la vie augmente puis retombe. En sorte que la zone galactique habitable peut affecter la forme d'un anneau, prise en sandwich entre son centre et sa périphérie, tous deux inhabitables.

Non seulement un système planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés soit...) peut jouir d'une localisation favorable à l'apparition de la vie complexe, mais il doit aussi maintenir cette localisation pendant une durée suffisamment longue pour que la vie complexe évolue. Et donc, une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) centrale avec une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) galactique qui évolue à l'écart des régions galactiques à haut niveaux de radiations, telles que les centres galactiques, et les bras spiraux, paraît potentiellement constituer un support très favorable. Si l'orbite galactique de l'étoile centrale est excentrique, elliptique ou hyperbolique, elle traversera quelques bras spiraux, mais si l'orbite est un cercle (Un cercle est une courbe plane fermée constituée des points situés à égale distance d'un point nommé centre. La valeur de cette distance est appelée rayon du cercle....) quasi parfait, et que la vitesse orbitale (La vitesse orbitale d'un corps céleste, le plus souvent une planète, un satellite naturel, un satellite artificiel ou une étoile binaire, est la vitesse à laquelle il orbite autour du barycentre d'un système à...) égale le vitesse de « rotation » des bras spiraux, l'étoile finira par sombrer dans une région de bras spiral, d'abord graduellement, puis entièrement. Par conséquent, les tenants de la « Terre rare » en concluent qu'une étoile supportant la vie doit avoir une orbite galactique presque circulaire autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) du centre de sa galaxie. La synchronisation requise entre la vitesse orbitale d'une étoile de la zone centrale et la vitesse de l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière. Une...) des bras spiraux ne peut se produire que dans des bandes plutôt étroites de distances au centre galactique. Ces régions sont dénommées la « zone galactique habitable ». Lineweaver et al. calculent que la zone galactique habitable est un anneau de 7 à 9 kiloparsec de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...), qui ne comprend pas plus que 10 % des étoiles de la Voie lactée. En se basant sur des estimations prudentes du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le...) d'étoiles contenues dans la Galaxie, ceci pourrait représenter de l'ordre de 20 à 40 milliards d'étoiles. Gonzalez et al. diminueraient ce chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) de moitié, : ils estiment qu'au plus 5 % des étoiles de la Galaxie se trouvent dans la zone galactique habitable.

Effectivement, l'orbite du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) autour du centre de la Voie lactée est un cercle pratiquement parfait, avec une période de révolution (La période de révolution, est le temps mis par un astre pour accomplir sa trajectoire, ou révolution, autour d’un autre astre. Comme une planète autour du Soleil, ou un satellite autour d’une planète.) de 225 millions d'années, correspondant étroitement à la période de rotation (La période de rotation désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour faire un tour sur lui même. Par exemple, la Terre a une période de rotation d'environ 24...) de la galaxie. Karen Masters a calculé que l'orbite du Soleil traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des...) un bras spiral majeur tous les 100 millions d'années. Au contraire, l'hypothèse de la Terre rare prévoit que le Soleil, depuis sa formation, ne devrait avoir traversé aucun bras spiral. Cependant, certains chercheurs ont suggéré que plusieurs extinctions en masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) correspondent effectivement à de précédentes traversées de bras spiraux.

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