Pour trouver des exoplanètes habitables, il ne suffit pas de savoir si elles sont à la bonne distance de leur étoile pour contenir de l’eau liquide. Par exemple, la planète est-elle rocheuse, comme la Terre, Mars et Vénus ? A-t-elle une tectonique des plaques et un champ magnétique ? A-t-elle une atmosphère ?
Il y a aussi une autre question importante : le monde est-il affecté par d’autres exoplanètes en orbite autour de la même étoile ? Pour mieux comprendre ce phénomène, les astronomes étudient l’énorme attraction exercée par la géante gazeuse Jupiter sur l’orbite de notre propre planète.
La technique a été décrite dans un nouvel article accepté dans The Astronomical Journal et téléchargé sur arXiv.
Bien que les planètes de notre système solaire soient assez éloignées les unes des autres, elles sont encore assez proches pour affecter leurs orbites respectives, ne serait-ce qu’un peu.
Pour la Terre, cela signifie que les interactions avec Jupiter et Saturne (principalement) peuvent allonger la forme elliptique de son orbite et influencer son inclinaison axiale, créant ainsi des cycles climatiques glaciaires et interglaciaires appelés cycles de Milankovitch.
Dans l’ensemble, cela n’a pas empêché la vie de prospérer, malgré les événements d’extinction des périodes glaciaires. Mais que se passerait-il si l’influence de Jupiter était plus forte et que l’orbite de la Terre devenait encore plus allongée et excentrique ? Qu’est-ce que cela signifierait pour l’habitabilité de la Terre ?
“Si l’orbite de la Terre était aussi variable que l’orbite de Mercure dans notre système solaire, la Terre ne serait pas habitable. La vie ne serait pas là”, a expliqué à ScienceAlert l’astronome Jonti Horner de l’Université de Southern Queensland.
“L’excentricité de l’orbite de Mercure peut atteindre 0,45. Si l’excentricité de la Terre devenait aussi élevée, la Terre serait plus proche du Soleil que Vénus lorsqu’elle est la plus proche du Soleil, et aussi loin que Mars lorsqu’elle est à son point le plus éloigné.”
Comme on ne savait pas si Jupiter pouvait provoquer un changement de cette ampleur, Horner et une équipe internationale de collègues se sont lancés dans un projet pour le découvrir. Ils ont créé des simulations du système solaire et ont déplacé Jupiter pour voir ce qui se passerait.
Les résultats ont été assez surprenants. L’équipe a constaté que sa simulation fonctionnait, ce qui signifie qu’elle pouvait exécuter une simulation du système pour déterminer comment les planètes interagissent sur le plan gravitationnel et comment les planètes orbitent réellement autour de l’étoile, et établir une correspondance avec notre compréhension de l’influence du système solaire sur les cycles de Milankovitch.
Mais ils ont également montré à quelle vitesse les choses pouvaient s’effondrer.
“L’une des choses que nous avons constatées immédiatement est qu’il est en fait assez facile de rendre notre système solaire instable”, a déclaré Horner à ScienceAlert.
“Dans environ trois quarts de nos simulations, en déplaçant Jupiter, nous l’avons placé à des endroits où, en 10 millions d’années, le système solaire s’est effondré. Les planètes ont commencé à s’écraser les unes sur les autres et à être éjectées du système solaire.”
Bien que cela puisse sembler un peu alarmant, ces résultats ne sont pas vraiment pertinents pour la recherche sur les exoplanètes, car tout système d’exoplanètes qui reste assez longtemps pour être détectable par nous a de grandes chances d’être stable.
En fait, il y a eu quelques bonnes nouvelles dans notre chasse aux mondes extraterrestres – dans le quart restant des simulations que l’équipe a effectuées jusqu’à la fin, la Terre était en fait plutôt normale et habitable.
Selon les chercheurs, cela contredit l’hypothèse de la Terre rare, selon laquelle les conditions qui ont donné naissance à la vie sur Terre sont si uniques qu’elles ne pourront jamais être reproduites ailleurs dans l’Univers.
“La Terre était à peu près au milieu. Elle n’était pas rapide. Elle n’était pas lente. Elle n’était ni grande, ni petite. Elle était juste vraiment moyenne”, a déclaré Horner.
“Ce qui suggère qu’au moins pour ces types d’influences orbitales, de perturbations orbitales, au lieu d’être une Terre rare, la plupart des planètes que vous trouvez qui sont sur l’orbite de la Terre dans les systèmes que nous avons simulés seraient aussi adaptées à la vie que la Terre, sinon mieux du point de vue des oscillations cycliques [climatiques].”
Il s’agit d’observations importantes, car le but ultime de la recherche est de concevoir un test permettant de déterminer quelles exoplanètes méritent d’être observées à l’avenir.
À un moment donné dans le futur, notre technologie sera suffisamment sophistiquée pour détecter de nombreuses exoplanètes plus petites, de la taille de la Terre, dans la zone habitable. Mais le temps limité des télescopes étant très demandé, nous devons identifier d’autres premières mesures à prendre pour évaluer si une exoplanète particulière mérite d’être étudiée plus avant.
L’une d’entre elles serait d’examiner l’effet sur l’habitabilité potentielle de toute autre exoplanète en orbite autour de la même étoile.
“Nous ne trouverons jamais de systèmes planétaires composés d’une seule planète et de rien d’autre”, explique M. Horner.
Et c’est là que les simulations entrent en jeu. Elles pourraient être utilisées pour aider à déterminer, non seulement la dynamique du système, mais aussi la probabilité que l’exoplanète en question soit restée habitable sur de longues échelles de temps.
Il reste encore du temps avant que les travaux de l’équipe puissent être appliqués à grande échelle. Nos instruments actuels ne sont pas assez puissants pour détecter les exoplanètes concernées. Cela devrait changer au cours des dix prochaines années, avec l’arrivée dans le ciel de télescopes plus perfectionnés.
Cela signifie également qu’il y a encore du travail à faire. L’équipe espère que ses travaux permettront aux astronomes planétaires de se lancer dans des simulations lorsque les détections d’exoplanètes habitables commenceront à affluer. Cela signifie que les simulations devront être ajustées pour voir ce qui se passe quand on se déplace autour d’autres planètes du système solaire, comme Vénus, Mars et Saturne.
“Je pense que c’est dans cette complexité que nous allons creuser”, a déclaré M. Horner.
“Et puis, plus loin, nous allons également chercher à relier ce travail avec les modèles climatiques que les gens développent, pour voir si vous pouvez transformer cela en une solution climatique entièrement prédictive.”
“En d’autres termes, si vous connaissez les orbites des planètes, pouvez-vous prédire à quel point le climat va être variable plutôt que de simplement prédire à quel point l’orbite va être variable. Cela rapproche la science du climat et l’astronomie d’une manière assez brillante.”
La recherche a été acceptée dans The Astronomical Journal, et est disponible sur arXiv.