Comment l’habitabilité des exoplanètes peut être influencée par leurs roches
La dégradation des roches silicatées joue un rôle important dans la préservation du climat de la Terre. Des scientifiques dirigés par l’Université de Berne et le Pôle de recherche national suisse (PRN) PlanetS ont étudié les principes généraux de ce processus. Leurs résultats pourraient influencer la façon dont les signaux provenant des exoplanètes pourraient être interprétés y compris ceux pouvant indiquer la présence de vie.
L’altération des roches silicatées fait partie du cycle du carbone qui équilibre le climat tempéré de la Terre sur de longues périodes. Illustration par Jenny Leibundgut
Les conditions sur Terre sont idéales pour la vie. La plupart des endroits de notre planète ne sont ni trop chauds ni trop froids et offrent de l’eau liquide. Ces conditions, ainsi que d’autres conditions nécessaires à la vie, dépendent toutefois étroitement de la bonne composition de l’atmosphère. Une quantité trop faible ou trop importante de certains gaz, comme le dioxyde de carbone, et la Terre pourrait devenir une boule de glace ou se transformer en cocotte-minute. Lorsque les scientifiques recherchent des planètes potentiellement habitables, un élément clé est donc leur atmosphère.
Parfois, cette atmosphère est primitive et se compose en grande partie des gaz qui étaient présents lors de la formation de la planète – comme c’est le cas pour Jupiter et Saturne. Sur les planètes terrestres comme Mars, Vénus ou la Terre, cependant, ces atmosphères primitives sont perdues. Au lieu de cela, les atmosphères restantes sont fortement influencées par la géochimie de surface. Des processus tels que l’altération des roches modifient la composition de l’atmosphère et influencent ainsi l’habitabilité de la planète.
Une équipe de scientifiques, dirigée par Kaustubh Hakim du Centre pour l’espace et l’habitabilité (CSH) de l’Université de Berne et du PRN PlanetS, s’est penchée sur le fonctionnement exact de ces processus, en particulier dans des conditions très différentes de celles de la Terre. Leurs résultats ont été publiés aujourd’hui dans The Planetary Science Journal.
Les conditions sont déterminantes
Kaustubh Hakim est chercheur post-doctoral au Centre pour l’espace et l’habitabilité de l’Université de Berne et au NCCR PlanetS. Crédit : Vandana S. Kushwaha
“Nous voulons comprendre comment les réactions chimiques entre l’atmosphère et la surface des planètes modifient la composition de l’atmosphère. Sur Terre, ce processus, l’altération des roches silicatées favorisée par l’eau, contribue à maintenir un climat tempéré sur de longues périodes”, explique Kaustubh Hakim. “Lorsque la concentration de CO2 augmente, les températures augmentent également en raison de son effet de serre. Des températures plus élevées entraînent des précipitations plus intenses. Les taux d’altération des silicates augmentent, ce qui réduit à son tour la concentration de CO2 et, par conséquent, la température”, poursuit le chercheur.
Toutefois, cela ne fonctionne pas nécessairement de la même manière sur d’autres planètes. À l’aide de simulations informatiques, l’équipe a testé comment différentes conditions affectent le processus d’altération. Par exemple, ils ont découvert que même dans des climats très arides, l’altération peut être plus intense que sur Terre si les réactions chimiques se produisent suffisamment rapidement. Les types de roches influencent également le processus et peuvent entraîner des taux d’altération très différents, selon M. Hakim. L’équipe a également constaté qu’à des températures d’environ 70°C, contrairement à la théorie populaire, les taux d’altération des silicates peuvent diminuer avec l’augmentation des températures. “Cela montre que pour les planètes dont les conditions sont très différentes de celles de la Terre, l’altération pourrait jouer des rôles très différents”, déclare Kaustubh Hakim.
Implications pour l’habitabilité et la détection de la vie
Kevin Heng est professeur d’astronomie et de sciences planétaires à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS. Crédit : Alessandro Della Bella
Si les astronomes trouvent un jour un monde habitable, il se trouvera probablement dans ce qu’ils appellent la zone habitable. Cette zone est l’endroit autour d’une étoile, où la dose de radiation permettrait à l’eau d’être liquide. Dans le système solaire, cette zone se situe approximativement entre Mars et Vénus.
“La géochimie a un impact profond sur l’habitabilité des planètes dans la zone habitable”, souligne Kevin Heng, co-auteur de l’étude, professeur d’astronomie et de sciences planétaires à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS. Comme l’indiquent les résultats de l’équipe, l’augmentation des températures pourrait réduire la météorisation et son effet équilibrant sur d’autres planètes. Ce qui serait potentiellement un monde habitable pourrait se révéler être une serre infernale à la place.
Comme l’explique encore Heng, la compréhension des processus géochimiques dans différentes conditions est non seulement importante pour estimer le potentiel de vie, mais aussi pour sa détection. “À moins d’avoir une idée des résultats des processus géochimiques dans des conditions variables, nous ne serons pas en mesure de dire si les biosignatures, des indices possibles de vie comme la phosphine trouvée sur Vénus l’année dernière, proviennent effectivement d’une activité biologique”, conclut le chercheur.
Publication details:
Kastubh Hakim et al.: Lithologic Controls on Silicate Weathering Regimes of Temperate Planets, The Planetary Science Journal, April 2021
DOI: https://doi.org/10.3847/PSJ/abe1b8
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