Les grands enjeux des missions spatiales en cours

De la glace et de la vapeur d’eau…

Un océan sous la surface gelée d'Europe ?

À la base de la vie, l'eau liquide est activement recherchée lors de chaque mission spatiale dans le système solaire. Selon les données obtenues à ce jour, seules deux lunes de Jupiter (Europe, Ganymède) et deux lunes de Saturne (Titan et Encelade) pourraient abriter de l'eau liquide dans le sous-sol. Dans le cas de Titan, elle serait enfouie à plus de 50 kilomètres de profondeur ; sur Encelade, des geysers de glace et de vapeur d'eau, découverts en novembre 2005 par la sonde Cassini, pourraient indiquer la présence d'eau liquide en profondeur. Sinon, pas la moindre trace d'eau liquide à la surface de Mars aujourd'hui. Mais l'eau a dû couler par le passé, comme en témoignent les argiles découvertes récemment (1).

À la recherche de glace sur la Lune

Si la présence d'eau liquide reste extrêmement rare en dehors de notre planète, l'eau est à coup sûr omniprésente dans le système solaire sous forme de glace ou de gaz. De la glace d'eau est présente sur Mars, dans les anneaux de Saturne, sur la plupart des lunes des planètes géantes, dans les comètes, ainsi que dans les objets de la ceinture de Kuiper. De la vapeur d'eau a été détectée en très faible quantité sur Vénus et sur Mars, grâce aux sondes en orbite et aux télescopes terrestres. C'est l'histoire de chaque astre, ses conditions de température et de pression, qui vont déterminer l'état de l'eau (liquide, gaz ou glace) qui, à l'origine, provient du nuage de gaz et de poussières ayant donné naissance à notre étoile et aux planètes.

1. Sur Terre, les argiles se forment en présence d'eau liquide, au bout de plusieurs milliers d'années. Source : F. Poulet et al, Nature, décembre 2005.

De la vie ailleurs que sur Terre ?

Des lacs à la surface de Titan

Pour les biologistes, la vie sur Terre n'a pu se développer qu'en présence d'eau liquide, de carbone – pour former des molécules complexes (lipides, sucres, protéines…) – et d'énergie (chaleur, par exemple). C'est donc avec cette grille de lecture que les chercheurs de vie extraterrestre, les exobiologistes, traquent depuis plus d'un siècle les astres susceptibles d'abriter ou d'avoir abrité un jour des formes de vie. Sur Mars, si l'eau liquide a coulé suffisamment longtemps par le passé, alors une forme de vie a pu s'y développer il y a quelques milliards d'années (1). En outre, l'Esa (2) puis la Nasa (3) annoncent avoir détecté de faibles concentrations de méthane sur cette planète. Un gaz qui, sur Terre, provient en grande partie d'êtres vivants, comme les vaches. Toutefois, d'autres processus purement géologiques peuvent être à l'origine de ces émissions. Difficile donc, pour l'heure, d'affirmer ou d'écarter la présence d'une forme de vie martienne, passée comme présente. Par ailleurs, si la présence d'eau liquide souterraine se confirmait sur Europe, Ganymède, Encelade et Titan, ces lunes de Jupiter et de Saturne deviendraient également de bons candidats à la recherche d'une forme de vie. Des molécules complexes ont déjà été détectées sur Europe ; quant à Encelade et Titan, elles possèdent une véritable atmosphère, essentiellement constituée d'azote mais aussi de molécules carbonées (méthane).

1. Sur Terre, il a suffi de quelques centaines de millions d'années pour voir apparaître les premiers organismes unicellulaires. 2. V. Formisano et al, Science, décembre 2004. 3. M. Mumma et al, Science, février 2009.

Aux débuts du système solaire…

Comprendre la formation du système solaire est l'un des objectifs des recherches actuelles et l'étude de la matière extraterrestre est intéressante à cet égard. En effet, les comètes et certains astéroïdes sont supposés avoir été formés dès les premiers instants du système solaire et avoir peu évolué. L'objectif de la sonde Stardust était de récolter des grains de poussière de la comète Wild 2 en passant au voisinage de son noyau. De retour sur Terre le 15 janvier 2006, les quelques milligrammes de grains cométaires ont commencé à parler. L'analyse des gaz et des minéraux montre que certains grains se sont formés à très haute température, donc près du Soleil naissant, avant d'être mélangés à de la glace dans le système solaire externe. C'est donc qu'un gigantesque brassage de l'ensemble du jeune système solaire a eu lieu. Une autre façon de remonter l'histoire de notre système solaire est de modéliser de façon mathématique son évolution jusqu'à obtenir sa configuration actuelle. Les derniers travaux (1) semblent ainsi montrer qu'il y a environ 3,9 milliards d'années, les planètes géantes ainsi que certains petits corps (astéroïdes, comètes) auraient été chassés vers l'extérieur, alors que d'autres astéroïdes auraient été propulsés vers l'intérieur, provoquant un véritable bombardement quelque 600 millions d'années après le bombardement primordial. Depuis, c'est le calme plat. Un privilège grâce auquel la vie a pu se maintenir sur Terre.

1. Alessandro Morbidelli et al, Nature, mai 2005 ; D. A. Minton et R. Malhotra, Nature, février 2009.

Énigmes solaires

Des taches bien réglées...

On sait que le Soleil est né il y a 4,6 milliards d'années et qu'il mourra dans quelque 7 milliards d'années, lorsqu'il aura consommé tout son carburant. Si l'histoire du Soleil est relativement bien connue, son fonctionnement l'est beaucoup moins. Difficile, par exemple, d'expliquer pourquoi l'activité de notre étoile est soumise à des cycles et pourquoi certains cycles sont plus actifs que d'autres. Autre mystère : la température dans une couche externe du Soleil, appelée la couronne, dépasse le million de degrés alors que celle des couches inférieures est plus froide. Un constat difficile à expliquer avec les modèles physiques actuels. Enfin, une autre grande énigme concerne le vent solaire, ce « vent » d'environ 1 million de tonnes de particules (électrons, protons, ions) émis chaque seconde par le Soleil à une vitesse de plus d'un million de kilomètres par heure et qui baigne l'ensemble du milieu interplanétaire. Après avoir étudié pendant dix-huit ans ses propriétés, la sonde Ulysse a apporté quelques éléments de réponse (1). Mais de nombreuses interrogations subsistent. Les prochaines sondes, européenne et américaine, qui iront observer le Soleil de plus près devraient permettre d'en savoir plus.

1. Lancée en 1990 par la Nasa et l'Esa, la sonde Ulysse a mis en évidence l'existence de deux types de vent solaire : l'un rapide, qui transporte les particules à la vitesse d'environ 800 km/s, l'autre plus lent d'environ 400 km/s. Lors des phases d'activité minimale du Soleil, la proportion de vent rapide est plus importante.

Un nouvel anneau autour de Saturne

Un nouvel anneau autour de Saturne

Grâce à Spitzer, télescope spatial de la Nasa, deux équipes américaines ont découvert un immense anneau de poussières et de glaces, qui s'inscrit dans l'orbite de Phoebe, l'une des lunes de Saturne. Très diffus, il ne contiendrait que 20 grains de matière par km3, ce qui explique pourquoi il renvoie si peu de lumière et est passé inaperçu jusqu'à présent. Cette vaste ceinture s'étend de 6 à 12 millions de km de la planète et tourne dans le sens inverse des autres anneaux.

Source : Nasa, 6 octobre 2009.

Astéroïdes : quels risques pour les Terriens ?

L'astéroïde 2008TC3 suivi en temps réel

Tous les jours, plus de 25 tonnes de poussières cosmiques tombent sur Terre. Selon l'Agence spatiale américaine, un objet céleste de la taille d'un terrain de football s'écrase sur la planète chaque millier d'années. La surveillance de ces objets qui croisent l'orbite de la Terre – on les appelle des géocroiseurs – est une priorité pour de nombreuses équipes scientifiques. Au 25 janvier 2010, 6 779 géocroiseurs étaient ainsi répertoriés, dont 1 086 d'un diamètre supérieur à 150 mètres pourraient frôler la Terre à moins de 7,5 millions de kilomètres (1). Apophis serait actuellement l'objet le plus menaçant pour la planète. Il mesure 270 mètres de long et devrait passer en 2029 à moins de 40 000 kilomètres de la Terre, puis revenir plusieurs fois au cours des cent prochaines années avec une chance sur 250 000 de nous percuter (2). Autant dire que les risques de collision restent très faibles. Il n'empêche, certains scientifiques prennent la menace très au sérieux et proposent des solutions préventives : placer un vaisseau spatial sur l'objet et lui donner une nouvelle impulsion afin de le dévier ; ou encore l'asperger d'une matière colorée qui modifierait sa propriété de réfléchir le rayonnement solaire pour changer légèrement sa trajectoire.

1. http://neo.jpl.nasa.gov/faq/. 2. Nasa, 7 octobre 2009.

D’où viennent les comètes ?

D'où viennent les comètes ?

Près de 90% des 3 600 comètes recensées à ce jour mettent plus de deux cents ans pour faire le tour du Soleil (1). En étudiant la trajectoire d'une vingtaine d'entre elles, l'astronome hollandais Jan Oort calcula en 1950 que les comètes passaient la plupart de leur temps dans une région située aux confins du système solaire, entre 20 000 et 100 000 UA du Soleil (2). Pour l'heure, les télescopes sont incapables de détecter ce « nuage d'Oort », mais différentes simulations informatiques ont confirmé sa présence. (Ci-dessous, la comète McNaught photographiée en janvier 2007 depuis le VLT au Chili.)

1. Compilation de W. R. Johnston, Center for Space Sciences, University of Texas, Dallas. 2. 1 unité astronomique (UA) = distance Terre-Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres.

La fin annoncée du système solaire

Le système solaire n'est pas éternel. Mais comment va-t-il finir et quand ? Plusieurs scénarios sont envisagés. Dans 5 milliards d'années, le cœur du Soleil aura consommé tout son hydrogène. Il commencera alors à se contracter, ce qui augmentera sa température. Sa force d'attraction diminuant, les planètes devraient alors s'en éloigner. Puis, lorsque le cœur de notre étoile atteindra 100 millions de degrés, des réactions de fusion d'hélium en carbone se mettront en route. Le Soleil deviendra progressivement une « géante rouge » ; il enflera petit à petit jusqu'à devenir, dans environ 7 milliards d'années, 300 fois plus gros, brûlant au passage tout le système planétaire proche. D'ici 1 milliard d'années, la luminosité du Soleil devrait déjà augmenter de 10%. La Terre sera alors bien trop chaude pour abriter la vie (1). Autre scénario, autre menace : la galaxie Andromède fonce sur la Voie lactée à environ 430 000 km/h. La collision semble inévitable : d'ici 3 à 4 milliards d'années, les deux galaxies n'en formeront plus qu'une seule dans laquelle plus rien ne sera comme avant (2). Enfin, si le mouvement des planètes du système solaire était jusqu'à présent considéré comme durable et régulier, de récentes découvertes (3) montrent que l'orbite des planètes internes (notamment Mars et Mercure) est instable et qu'il est impossible de prédire leur évolution au-delà de 100 millions d'années.

1. K-P. Schroder, R. C. Smith, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, janvier 2008. 2. A. Loeb et T. Cox, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, décembre 2007. 3. J. Laskar, Icarus, février 2008; K. Batygin et G. Laughlin, The Astrophysical Journal, avril 2008.

Le système solaire n’est pas seul

Le système solaire n'est pas seul

Depuis la découverte de la première planète en dehors de notre système solaire en 1995, 403 exoplanètes étaient recensées au 3 novembre 2009 (L'Encyclopédie des planètes extrasolaires). 33 systèmes planétaires ont été repérés, et certains ont même été photographiés en septembre 2008 (ici, l'étoile au centre entourée de 3 planètes). Outre le fait qu'ils révèlent que la structure de notre système solaire est loin d'être la règle dans l'Univers, ces nouveaux mondes pourraient peut-être abriter une vie extraterrestre. Toutefois, à ce jour, aucune exoplanète ne semble remplir les conditions favorables à l'émergence de la vie.

La mystérieuse planète X

Existe-t-il une planète gelée au moins aussi grande que Mars au-delà de la ceinture de Kuiper ? Cette question taraude les astronomes depuis le début du XXe siècle. L'Américain Percival Lowell est le premier à suggérer la présence d'une « planète X » pour justifier les anomalies de mouvement d'Uranus et de Neptune dès 1905. Mais des observations ultérieures montrent que les orbites de ces deux géantes ne présentent aucune anomalie inexplicable. Toutefois, le concept d'une planète X renaît dans les années 2000 au fur et à mesure que l'on découvre l'architecture de la ceinture de Kuiper. Située au-delà de l'orbite de Neptune, la ceinture de Kuiper abrite des planètes naines, comme Pluton, et des astéroïdes. Or, certains de ces objets présentent d'étranges orbites elliptiques qui pourraient, selon certains scientifiques, s'expliquer par la présence de cette mystérieuse planète (1). D'autres ne partagent pas ce point de vue et avancent des modèles qui parviennent à expliquer la structure de la ceinture de Kuiper sans faire appel à cette planète X (2). La mise en service en décembre 2008 du télescope Pan-STARRS à Hawaï, suivi de celle du Large Synoptic Survey Telescope au Chili en 2014 pourront peutêtre mettre un terme à ce débat centenaire.

1. P. S. Lykawka et T. Mukai, The Astronomical Journal, avril 2008. 2. H.F. Levison et al, Icarus, avril 2008.

Vénus, la planète sœur devenue invivable

Vénus, la planète sœur devenue invivable

Vénus a longtemps été considérée comme la soeur jumelle de notre planète : même taille, même masse et même composition, à peu de choses près. Pourtant, elle possède une température au sol d'environ 480°C, une pression énorme – 92 bars contre 1 pour la Terre – et ses nuages sont composés d'acide sulfurique. D'après les données récoltées par les sondes, notamment Venus Express, cette planète devait ressembler à la Terre il y a 4,5 milliards d'années (1). Reste à comprendre pourquoi un effet de serre massif s'y est développé. (Image radar – fausses couleurs – qui permet de s'affranchir de l'atmosphère et des nuages.)

1. L'Astronomie, vol.122 n°12, 2008 : Deux ans d'observations de Venus Express par Pierre Drossart ; D. V. Titov et al, Journal of Geophysical Research, décembre 2008.

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