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Terre primitive – Un modèle de vie émergente sur des planètes extraterrestres

par Avi Sporer

« L’éon archéen se distingue par sa distance incroyable et sa distinction incroyable avec la Terre moderne » , a déclaré l’astrobiologiste de l’Université de Washington, Tyler Robinson, au Daily Galaxy à propos de l’éon où la vie sur Terre a probablement émergé. « Les conditions sur cette version quasi extraterrestre de la Terre sont si uniques que le télescope spatial James Webb (JWST) devrait être capable de distinguer les caractéristiques archéennes des signatures plus synonymes de la Terre, de la Mars ou de la Vénus modernes.

Le processus réglementaire d’altération du carbone et du fond marin de la Terre primitive se produirait sur n’importe quelle planète rocheuse avec de l’eau.

« Il n’y a rien de spécial dans ces processus », déclare Joshua Krissansen-Totton du programme d’astrobiologie et du Virtual Planetary Laboratory de l’Université de Washington. « Nous savons que les nébuleuses pré-solaires contenaient les ingrédients de la vie ; nous savons également que d’innombrables exoplanètes contenant ces ingrédients existent dans des zones habitables.

Cette étude de 2018 élargit la fenêtre de temps sur laquelle la vie aurait pu émerger sur ces planètes.

Le modèle ne résout pas les débats sur exactement quand et où la vie a émergé, mais il oriente les scientifiques dans des directions productives pour de nouvelles recherches. Par exemple, « si vous pensez que la vie sur Terre a commencé à des températures élevées, cela pourrait toujours être vrai », a déclaré Krissansen-Totton , « mais cela limiterait les origines à des environnements localement chauds comme les évents hydrothermaux ».


Mars avait autrefois la plupart de ce que la Terre a pour elle aujourd’hui, ou du moins c’est ce que nous pensons « 

L’étude a également des implications pour l’évolution planétaire.

Andrew Kurtz , professeur de la Terre et de l’environnement à l’Université de Boston , qui ne faisait pas partie de l’étude, souligne que « Mars possédait autrefois la plupart de ce que la Terre a pour elle, ou du moins nous le pensons : de l’eau à la surface, du dioxyde de carbone dans l’atmosphère et roches silicatées », qui semblent soutenir la possibilité que la vie y ait existé autrefois.

Les scientifiques pensent que l’atmosphère de Mars a été évacuée dans l’espace par les vents solaires, mais des questions subsistent quant à savoir ce qui a bouleversé l’équilibre cyclique de la planète rouge, ainsi que si d’autres planètes pourraient subir des changements conditionnels aussi drastiques.

Le délai et la probabilité que la vie persiste ailleurs sont plus importants qu’on ne le pensait à première vue.

Le concept d’un artiste de la Terre primitive est illustré ci-dessus. Bien qu’elle soit encore assez inhospitalière par rapport aux normes actuelles, la Terre primitive a peut-être eu un climat, une température et un pH océaniques plus modérés qu’on ne le pensait.


Les conditions sur la Terre primitive ont longtemps été un mystère, mais des chercheurs de la NASA et de l’Université de Washington ont maintenant mis au point un moyen de tenir compte des variables incertaines de l’époque, découvrant à leur tour que les conditions de la Terre primitive étaient peut-être plus modérées. qu’on ne le pensait auparavant.

En appliquant ces découvertes à d’autres planètes rocheuses, les chercheurs, dont les résultats sont publiés dans les Actes de l’Académie nationale des sciences, ont conclu que le délai et la probabilité que la vie persiste ailleurs sont plus importants que prévu.

L’histoire de 4,5 milliards d’années de la Terre laisse place à de nombreuses phases géologiques.

Étant donné que nous n’avons pas de roches ou d’autres matériaux des 500 premiers millions d’années de la Terre, les approximations des conditions sur notre planète pendant cette période ont considérablement varié. Certains imaginent la Terre primitive comme forgée par des éruptions volcaniques et bouillonnante de lave, tandis que d’autres envisagent un monde endormi et enfermé dans la glace. L’histoire de 4,5 milliards d’années de la Terre laisse place à de nombreuses phases géologiques et « les gens ont utilisé toutes sortes d’ensembles de données géochimiques différents pour obtenir une certaine mesure des conditions de surface », explique l’auteur principal de l’étude, Krissansen-Totton.

Les chercheurs se sont concentrés sur l’éon archéen, il y a 4 à 2,5 milliards d’années, peu après la formation de la croûte terrestre, de l’atmosphère et des océans. C’est aussi à ce moment que la vie a probablement émergé.


La partie difficile consiste à déduire le pH de l’océan et la température globale, dont les estimations fluctuent considérablement, de l’alcalin à l’acide corrosif et de -25 à 85 degrés Celsius (-13 à 185 degrés Fahrenheit).

Le cycle du carbone de la Terre détient la clé pour limiter ces variables.

Les volcans poussent le carbone dans l’atmosphère en dégazant du dioxyde de carbone, puis l’acide carbonique pleut à la surface, dissolvant les roches et libérant les ions à l’intérieur, qui finissent par atteindre les océans via les rivières et forment du carbonate de calcium.

Le résultat net de ce processus est que le carbone dans l’air est emprisonné dans les roches. De même, l’eau de mer circulant à travers la croûte océanique dissout la roche environnante, libérant des ions qui forment alors de nouvelles roches carbonatées, qui emprisonnent également le carbone atmosphérique dans la croûte. Une partie de ce carbone est réintroduite dans le manteau de la planète et recommence le cycle alors qu’il est à nouveau dégazé par les volcans.

Un « thermostat naturel »

Ces processus d’altération dépendent de la température; Krissansen-Totton le compare à un « thermostat naturel ».

Si les émissions de dioxyde de carbone augmentent, la température augmente ; si la température augmente, l’altération du fond marin augmente. Parce qu’il a fallu des milliards d’années pour créer les continents de la Terre, moins de terres existaient sur la Terre primitive, de sorte que l’altération des fonds marins avait un impact régulateur particulièrement important sur la température de la Terre et vice versa.

Les chercheurs ont appliqué leur compréhension du cycle du carbone en se basant sur les données des 100 dernières années et, au lieu de choisir une seule théorie concernant la composition et le climat des océans, ils ont « choisi la gamme la plus large pour l’inconnu, puis ont calculé la gamme de possibilités pour le climat et l’océan ». pH », a déclaré Krissansen-Totton.

« Les chercheurs ont trouvé de nouvelles façons de décrire comment le carbone dans les sédiments et l’eau interstitielle des roches est consommé par des réactions chimiques [dans l’altération des fonds marins] », a expliqué Kurtz, qui ne faisait pas partie de l’étude.

Les chercheurs ont testé leur modèle sur les 100 derniers millions d’années de l’histoire de la Terre, dont nous connaissons beaucoup plus de détails. Cette nouvelle étude est la première à déployer une représentation réaliste et auto-cohérente du processus et à l’appliquer à la Terre primitive.

Les simulations ne sont pas exactes et ne résolvent pas toutes les incertitudes, mais selon Krissansen-Totton, elles fournissent des informations « robustes » sur la Terre primitive. Kurtz affirme que les résultats « produisent un climat et un historique de pH apparemment raisonnables, physiquement sensibles et mathématiquement cohérents en interne ».

Une comparaison entre la Terre archéenne (à gauche) et la Terre actuelle. Les océans archéens apparaissent verts en raison d’une grande quantité d’ions de fer présents. Les formes oranges représentent des proto-continents riches en magnésium, avant l’ère de la tectonique des plaques. Crédit image : Ming Tang/Université du Maryland.

À quoi ressemblait la Terre il y a 3 milliards d’années ?

Modèles Eon

Le premier demi-milliard d’années de la vie de la Terre est une période appelée Hadean Eon, ainsi nommée en raison de sa chaleur infernale. Cependant, les résultats de l’étude remettent en question l’idée que la Terre est restée brûlante jusque dans l’éon archéen. Après la dissipation de la chaleur de la formation terrestre, les modèles des chercheurs suggèrent que le climat et le pH de l’océan étaient étonnamment modérés : entre 0 et 50 degrés Celsius (32-122 degrés Fahrenheit) avec un pH compris entre 6,2 et 7,7 (7,0 est neutre).

Kurtz note que ce résultat est cohérent avec un article influent de 2002 faisant valoir la probabilité d’une « Terre primitive froide ».

Le télescope spatial James Webb est le mieux adapté pour caractériser les atmosphères des planètes transitant par des étoiles naines M à proximité »

Observatoire d’exoplanètes habitables – Détection d’un analogue de la Terre

« La détectabilité des constituants atmosphériques sur une exoplanète dépend du type et de la sensibilité de l’instrumentation, des longueurs d’onde observées (par exemple, visible ou infrarouge) et du mode d’observation (comme la spectroscopie de transit ou la spectroscopie d’imagerie directe) en plus de la composition de l’atmosphère de la planète cible », a écrit l’astrobiologiste de l’UC Riverside Edward W. Schwieterman dans un e-mail au Daily Galaxy.

« JWST est le mieux adapté pour caractériser les atmosphères des planètes transitant par des étoiles naines M à proximité », a poursuivi Schwieterman dans son e-mail.

Les caractéristiques spectrales du dioxyde de carbone et du méthane, dont on peut s’attendre à ce qu’elles soient abondantes dans les atmosphères de planètes comme la Terre archéenne, sont plus facilement observables par JWST que des gaz plus difficiles à détecter comme l’oxygène moléculaire (O2). La détection de niveaux élevés de méthane et de dioxyde de carbone sur une exoplanète terrestre tempérée serait passionnante car elle indiquerait un déséquilibre chimique entre ces gaz carboniques, ce qui est une preuve potentielle de la vie. Même la détection de preuves d’une vie simple dans l’atmosphère d’un autre monde serait une découverte scientifique révolutionnaire.

Demandez à un astrobiologiste : les exoplanètes et la définition de la zone habitable avec le Dr Eddie Schwieterman

Futurs télescopes sur le pont

Les futurs télescopes comme le télescope spatial James Webb (à droite) observeront les atmosphères de planètes lointaines pour rechercher des preuves de la vie. La Terre (en haut à gauche) possède plusieurs gaz dans son atmosphère qui révèlent la présence de vie, principalement l’oxygène et l’ozone.

La nouvelle étude révèle que pour la Terre primitive (en bas à gauche), la combinaison d’une abondance de méthane et de dioxyde de carbone fournirait un autre signe de vie. NASA/Wikimedia Commons/Joshua Krissansen-Totton

« Les missions conceptuelles de la NASA telles que l’ Observatoire d’exoplanètes habitables (HabEx) et LUVOIR (The Large UV/Optical/IR Surveyor) seraient mieux à même de détecter l’oxygène moléculaire sur des planètes comme la Terre aujourd’hui avec des observations d’imagerie directe en lumière visible réfléchie. » a ajouté Schwieterman.

Victoria Meadows, directrice du programme d’astrobiologie de l’Université de Washington, a écrit dans un e-mail au Daily Galaxy : « Je ne suis pas sûre que JWST sera en mesure d’identifier une planète comme étant dans une phase archéenne, car les molécules que nous sommes très probablement sensible d’avoir été présent tout au long de l’histoire de la Terre.

Mais, le JWST fournira une nouvelle capacité passionnante pour rechercher la présence d’une atmosphère, et même étudier leurs compositions, pour quelques cibles sélectionnées de la taille de la Terre. Les observations seront difficiles, mais JWST pourrait être en mesure de détecter la présence de dioxyde de carbone et de méthane dans l’atmosphère d’une exoplanète terrestre de la zone habitable, deux molécules qui ont été présentes dans notre atmosphère pendant une grande partie de l’histoire de la Terre.

Sommes-nous surveillés ? Avec le Dr Lisa Kaltenegger et le Dr Jackie Faherty

Le dernier mot – Identifier la vie sur les « points bleu pâle » de l’univers

« Je suis très enthousiaste à l’idée des prochaines observations du JWST. JWST nous permettra pour la première fois de sonder l’atmosphère de petites exoplanètes rocheuses », a déclaré Lisa Kaltenneger , professeure agrégée d’astronomie au Collège des arts et des sciences et directrice de l’Institut Carl Sagan, au Daily Galaxy. « La composition atmosphérique sur Terre a considérablement changé au fil du temps, ce qui a laissé des marqueurs dans l’air terrestre que JWST peut désormais rechercher. »

Notre Terre et l’air que nous respirons ont radicalement changé depuis la formation de la Terre il y a 4,5 milliards d’années.

« Ces nouvelles générations de télescopes spatiaux et terrestres couplés à nos modèles nous permettront d’identifier des planètes comme notre Terre jusqu’à environ 50 à 100 années-lumière », a déclaré Kaltenegger, à propos de futurs télescopes comme le télescope spatial James Webb de la NASA, dont le lancement est prévu en mars 2021, ou l’Extremely Large Telescope à Antofa gasta, au Chili, dont la première lumière est prévue en 2025, les astronomes pourraient observer le transit d’une exoplanète devant son étoile hôte, révélant l’atmosphère de la planète.

« Notre Terre et l’air que nous respirons ont radicalement changé depuis la formation de la Terre il y a 4,5 milliards d’années », a déclaré Kaltenegger dans un article de l’Université Cornell – faisant référence à cinq modèles distincts d’époques terrestres que son équipe a créés pour fournir un modèle sur la façon dont nous pouvons caractériser un potentiel. exo-Terre – d’une jeune Terre prébiotique à notre monde moderne – « et pour la première fois, cet article explique comment les astronomes essayant de trouver des mondes comme le nôtre, pourraient repérer des planètes jeunes à modernes semblables à la Terre en transit, en utilisant notre propre Terre l’histoire comme modèle.

« Les modèles », a expliqué Kaltenegger, « nous permettent d’explorer à quel moment de l’évolution de la Terre un observateur distant pourrait identifier la vie sur les » points bleu pâle « de l’univers et d’autres mondes similaires. »

Selon les modèles de Kaltenegger, si les astronomes peuvent trouver des exoplanètes avec près de 1% des niveaux d’oxygène actuels de la Terre, ces scientifiques commenceront à trouver la biologie émergente, l’ozone et le méthane – et pourront les faire correspondre aux âges des modèles terrestres.

« Nos spectres de transmission montrent des caractéristiques atmosphériques, ce qui montrerait à un observateur distant que la Terre avait une biosphère il y a environ 2 milliards d’années », a-t-elle déclaré.

Avi Shporer

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