Avec la découverte de plus en plus d'exoplanètes – sur 6 000 maintenant – les scientifiques veulent bien sûr savoir s'ils sont habitables à vie. (Au moins, la vie telle que nous la connaissons.) Mais évaluer l'habitabilité est une tâche difficile, car les informations sur une exoplanet peuvent être rares. Maintenant, une nouvelle métrique développée par des chercheurs en Angleterre pourrait aider.
La zone habitable autour d'une étoile est la région où la température moyenne de surface moyenne d'une planète permet de l'eau liquide à sa surface. La «zone Goldilocks» du Soleil est d'environ 0,95 UA (unités astronomiques) à 1,67 UA.
Si la Terre ne faisait que 7,5 millions de kilomètres plus près du soleil (5%), elle serait inhabitable maintenant, avec, comme Vénus, son eau se faisant bouillir. En effet, la luminosité du soleil augmente, maintenant, d'environ 1% tous les 150 millions d'années; Cette valeur a augmenté avec le temps et continuera d'augmenter. Ainsi, Vénus et la Terre plus proche auraient pu retenir une fois l'eau, mais à mesure que la luminosité du soleil augmentait, cette eau est entrée dans l'atmosphère puis dans l'espace.
Sur Terre, la vie peut exister dans les habitats avec une large gamme de propriétés variables: température, pression, salinité, pH et même exposition au rayonnement.
La vie a été trouvée une douzaine de kilomètres ou plus sous le fond terrestre et océanique. Tardigrades peut même survivre à l'aspirateur et au rayonnement de l'espace. Mais généralement, la durée de vie multicellulaire préfère les températures modérées, entre -20 ° C et 122 ° C. Ce n'est que récemment que les scientifiques ont introduit des modèles plus compliqués en utilisant des combinaisons de paramètres climatologiques pour décrire l'habitabilité de la surface à travers la Terre et à travers les corps en forme de terre dans un système extrasolaire.
« Cependant, » écrit la climatologue exoplanétaire Hannah L. Woodward de l'Université de Londres et les co-auteurs Le Planetary Science Journal« Aucune de ces définitions n'a encore été validée par rapport à la façon dont la vie est observée dans le cadre de la Terre. »
Ainsi, les scientifiques ont décidé de fournir une compréhension « plus nuancée » de ce qui constitue l'habitabilité de la surface, en utilisant un modèle climatique mondial et en l'appliquant à des observations à distance de la surface de la Terre.
Ils ont analysé différentes variables climatologiques pour la qualité de l'ajustement: la température de l'air de surface, les précipitations, l'évaporation, la concentration de glace de mer, un indice d'aridité et des combinaisons, avec deux gammes de températures représentant les limites de la durée de vie microbienne et de la vie complexe. (La vie complexe, un sous-ensemble de la vie microbienne, comprend des animaux ainsi que la flore tels que les plantes, les champignons, les algues, etc.) La disponibilité de l'eau liquide est prise en compte par les flux de précipitation et d'évaporation, tous deux mesurés en volume par unité de temps.
Pour la Terre, ils ont utilisé l'ensemble de données de réanalyse mensuel de l'ERA5. La réanalyse est une combinaison de données observées incomplètes et de résultats du modèle pour créer un ensemble de données complet de variables climatologiques qui s'accordent avec les lois de la physique. Les données de réanalyse sont observées ou calculées sur (ici) une grille de surface bidimensionnelle d'un quart de degré d'un côté pour la latitude et la longitude.
La durée de vie microbienne peut exister entre -20 ° C et 122 ° C et une durée de vie complexe entre 0 ° C et 50 ° C. La plage plus large pour la durée de vie microbienne reflète ce qui est observé sur Terre, tout en reconnaissant que les planètes avec différentes pressions de surface peuvent avoir de l'eau liquide dans un domaine de température autre que 0-100 ° C.
La disponibilité de l'eau à vie nécessite que les précipitations soient supérieures à l'évaporation et que les précipitations soient supérieures à 25 cm par année terrestre, sauf pour des cas de vie limités. Si l'une ou l'autre condition – pour la température ou la disponibilité de l'eau – n'est pas satisfaite, alors l'habitabilité de l'exoplanet est classée comme «limitée».
En particulier, le groupe a examiné la vie qui dépend de la photosynthèse comme indicateur de l'abondance et de la distribution de la vie de surface sur Terre. Les plantes sont la forme de vie dominante sur Terre, représentant 80% de la biomasse mondiale. Ils créent de la nourriture à partir de substances inorganiques, et non en consommant d'autres animaux. (Criez au Vénus Flytrap.)
De plus, la majeure partie de la vie photosynthétique utilise un pigment qui produit un spectre de réflectance unique que les systèmes de télédétection peuvent utiliser pour générer une carte globale de la productivité photosynthétique. Enfin, les scientifiques supposent que partout où la vie photosynthétique peut prospérer, il en va de même pour la vie qui consomme d'autres matières organiques (appelée vie hétérotrophique).
Le groupe voulait comparer les paramètres de l'habitabilité de la surface de leur modèle climatique à l'habitabilité de surface observée de la Terre moderne, comme indiqué par les données satellites distantes.
Un bon accord permettrait aux observateurs astronomiques d'exoplanètes, qui n'ont accès qu'aux données de télédétection, pour faire des suppositions raisonnables sur l'habitabilité de la planète elle-même. Le modèle a calculé la distribution de l'habitabilité de la surface de la Terre en utilisant des variables climatiques réanalysées pour 2003-2018, et l'a comparée aux observations.
Ils ont considéré plusieurs types de conditions de surface, tels que chauds et humides avec un point de rosée inférieur à 25 ° C (qu'ils ont marqué W25), un environnement humide oppressivement et différentes combinaisons de fraction de glace de mer et d'aridité.
Ils ont constaté qu'une métrique définie à l'aide de la température de l'air de surface, de l'indice d'aridité ou de la concentration de glace de mer seule « n'est pas suffisante pour capturer les modèles d'habitabilité observés », ont-ils écrit.
La combinaison de la température de surface et de la concentration sur la glace de mer a mieux fait des latitudes plus élevées, « mais étiquettent à tort les régions de latitude inférieure des régions d'habitabilité limitée observées comme habitables, entraînant une surestimation de l'habitabilité fractionnaire ». L'utilisation de l'indice d'aridité a donné de meilleurs résultats aux latitudes plus faibles, « mais présentent une mauvaise compétence prédictive dans l'ensemble ».
Mais l'habitabilité du monde W25, définie à l'aide de la température de surface, des précipitations et de l'évaporation, « s'aligne le plus étroitement sur les modèles observés à la fois qualitativement et quantitativement » que les conditions de surface définies par la zone sans glace, la disponibilité de l'eau et d'autres combinaisons de température et d'humidité.
Le groupe a ensuite construit sa propre définition de l'habitabilité de la surface, sur la base d'une métrique qui comprend la température de surface, les précipitations et l'évaporation. Cela a aligné la plus qualitativement et quantitativement étroitement avec les schémas d'habitabilité observés. En fait, cette métrique a fonctionné le mieux, montrant des précisions (proportion de grilles correctes) de 0,67 et 0,70 (sur une échelle de 0 à 1) pour l'habitabilité microbienne et complexe respectivement, et elle a été particulièrement bien sur terre avec des précisions respectives de 0,77 et 0,80.
Ils concluent que leur nouvelle métrique « offre une bonne représentation de l'habitabilité de surface observée de la Terre moderne, avec une dépendance à partir de seulement trois paramètres couramment sortis par les GCM (modèles de circulation générale) qui sont étroitement liés à la circulation atmosphérique globale et permettent une approximation de premier ordre de l'habitabilité de surface sur les exoplanètes. »
Écrit pour vous par notre auteur David Appell, édité par Sadie Harley, et vérifié et révisé par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
