La Terre comme objet d’expérimentation

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Cinq satellites de la mission LIFE sont reliés entre eux de telle sorte qu’ils forment ensemble un grand télescope spatial. (Graphique : ETH Zurich / LIFE Initiative)
Des physiciens de l’ETH Zurich et de l’Université de Zurich ont voulu savoir si la mission spatiale prévue LIFE pouvait effectivement détecter des traces de vie sur d’autres planètes. Oui, elle le peut. Les chercheurs ont été aidés dans leur tâche par des observations de notre planète.

La vie est possible sur Terre. C’est ce que montre une étude de l’Institut de physique des particules et d’astrophysique de l’EPF de Zurich. Il ne s’agissait évidemment pas pour les chercheurs de répondre à la question en soi. Ils ont plutôt pris la Terre comme exemple pour démontrer que la mission spatiale prévue LIFE (Large Interferometer for Exoplanets) peut être un succès - et que la méthode de mesure prévue fonctionne.

A la recherche de la vie

Grâce à un réseau de cinq satellites, l’initiative internationale LIFE call_made, dirigée par l’ETH Zurich, doit permettre de détecter des traces de vie sur des exoplanètes. Il s’agit d’étudier de plus près des exoplanètes semblables à la Terre, c’est-à-dire des planètes rocheuses dont la taille et la température sont similaires à celles de la Terre, mais qui sont en orbite autour d’autres étoiles.

Le plan consiste à placer cinq petits satellites dans l’espace, là où le télescope James Webb est stationné. Ensemble, ils formeront un grand télescope qui servira d’interféromètre pour capter le rayonnement thermique des exoplanètes dans le domaine infrarouge. Le spectre de la lumière permettra ensuite de déduire la composition des exoplanètes étudiées et de leur atmosphère. "Le spectre de la lumière doit permettre de détecter les composés chimiques qui indiquent la présence de vie sur les exoplanètes", explique Sascha Quanz, qui dirige l’initiative LIFE.

La Terre, une tache insignifiante

Dans l’étude qui vient d’être publiée dans la revue spécialisée externe page The Astrophysical Journal call_made, les chercheurs Jean-Noël Mettler, Björn S. Konrad, Sascha P. Quanz et Ravit Helled ont maintenant examiné dans quelle mesure une mission LIFE pourrait caractériser une exoplanète en ce qui concerne son habitabilité. Pour ce faire, ils ont considéré la Terre comme une exoplanète et ont fait des observations sur notre planète d’origine.

L’originalité de cette étude réside dans le fait que l’équipe a testé la capacité de la future mission LIFE sur des spectres réels plutôt que sur des spectres simulés. Pour ce faire, ils ont utilisé les données d’un instrument de mesure de l’atmosphère terrestre du satellite de recherche Aqua de la Nasa. Avec ces données, ils ont généré des spectres d’émission de la Terre dans le domaine de l’infrarouge moyen, tels qu’ils pourraient être enregistrés lors de futures observations d’exoplanètes.

Deux réflexions ont été au c½ur de ce projet. Premièrement, si un grand télescope spatial observait la Terre depuis l’espace, quel type de spectre infrarouge capterait-il ? Comme la Terre serait observée à grande distance, elle ressemblerait à une tache insignifiante - sans caractéristiques reconnaissables comme la mer ou les montagnes - un pixel unique sur une image numérique. Cela signifie que les spectres seraient alors des moyennes spatiales et temporelles qui dépendraient des vues de la planète que le télescope capterait et pendant combien de temps.

Prendre en compte la perspective et les saisons

Les physiciens en ont déduit la deuxième considération dans leur étude : Si ces spectres moyennés étaient analysés pour obtenir des informations sur l’atmosphère et les conditions de surface de la Terre, comment les résultats dépendraient-ils de facteurs tels que la géométrie d’observation et les variations saisonnières ?

Les chercheurs ont pris en compte trois géométries d’observation - les deux vues depuis les pôles et une vue équatoriale supplémentaire - et se sont concentrés sur les données prises en janvier et juillet afin de prendre en compte les changements saisonniers les plus importants.

Identifiée avec succès comme planète habitable

Le principal résultat de l’étude est encourageant : si un télescope spatial comme LIFE observait la planète Terre, il trouverait des indices d’un monde tempéré et habitable. L’équipe a ainsi pu détecter dans les spectres infrarouges de l’atmosphère terrestre des concentrations de gaz atmosphériques CO2, d’eau, d’ozone et de méthane, ainsi que des conditions de surface favorisant la présence d’eau. La détection de l’ozone et du méthane est particulièrement importante, car ces gaz sont produits par la biosphère de la Terre.

Ces résultats sont indépendants de la géométrie d’observation, comme l’ont montré les chercheurs. C’est une bonne nouvelle, car la géométrie d’observation exacte sera probablement inconnue lors de futures observations d’exoplanètes semblables à la Terre.

En revanche, lorsqu’il s’agissait de comparer les variations saisonnières, le résultat était moins révélateur. "Même si la saisonnalité atmosphérique n’est pas facile à observer, notre étude montre que les missions spatiales de la prochaine génération pourront évaluer si les exoplanètes tempérées proches semblables à la Terre sont habitables ou même habitées", conclut Sascha Quanz.

Des extraits de cet article sont tirés du texte "Si la Terre était une exoplanète" de l’auteur scientifique Gaia Donati.

Référence bibliographique

Mettler J-N, Konrad BS, Quanz SP, Helled R : Earth as an Exoplanet. III. Using Empirical Thermal Emission Spectra as an Input for Atmospheric Retrieval of an Earth-Twin Exoplanet. The Astrophysical Journal, 26 février 2024. DOI : page externe 10.3847/1538-4357/ad198b call_made