Zone habitable

Le concept de zone habitable est introduit en 1913 par Edward Maunder dans son livre Are The Planets Inhabited? (« Les planètes sont-elles habitées ? »)[2] - [3], puis discuté en 1953 par Hubertus Strughold dans son traité The Green and the Red Planet: A Physiological Study of the Possibility of Life on Mars (« La planète verte et la planète rouge : étude physiologique de la possibilité d'une vie sur Mars »), où il emploie pour la première fois le terme « écosphère » et distingue différentes « zones » où la vie pourrait apparaître[4] - [5]. La même année, Harlow Shapley écrit Liquid Water Belt (« La ceinture de l'eau liquide »), qui développe le même concept avec plus de détails scientifiques. Les deux auteurs attachent beaucoup d'importance à la présence d'eau liquide pour permettre l'apparition de la vie. Le terme habitable zone (« zone habitable ») est forgé en 1959 par l'astrophysicien américain Su-Shu Huang, pour désigner la zone autour d'une étoile où l'eau pourrait se maintenir sous forme liquide[6] - [7].

Zone habitable autour du Soleil (en haut) et de Gliese 581 (au milieu)

La zone habitable circumstellaire (ou écosphère, abrégée en ZH) est une sphère théorique entourant une étoile et où la température à la surface des planètes y orbitant permettrait l'apparition d'eau liquide. Beaucoup pensent que l'eau liquide est vitale à cause de son rôle dans les réactions biochimiques. En 1959, les physiciens Philip Morrison et Giuseppe Cocconi ont décrit la zone dans une recherche du SETI. En 1961, Frank Drake a popularisé cette idée dans son équation.

En pratique, cette zone correspond à celle où l'on s'attend à pouvoir détecter une vie organique de surface par son interaction avec l'atmosphère (biomarqueurs). En d'autres termes, il peut exister des objets habitables hors de la zone habitable, mais ceux-ci étant dès lors a priori habitables éventuellement en sous-sol et non en surface, l'absence d'interaction avec l'atmosphère rendra extrêmement difficile si ce n'est impossible leur détection.

La fourchette des estimations publiées pour l'étendue de la ZHC du Soleil. La CHZ conservatrice est indiquée par une bande vert foncé traversant le bord intérieur de l'aphélie de Vénus, tandis qu'une CHZ étendue, s'étendant jusqu'à l'orbite de la planète naine Ceres, est indiquée par une bande vert clair.

Le fait qu'un corps se trouve dans la zone habitable circumstellaire de son étoile hôte dépend du rayon de l'orbite de la planète (pour les satellites naturels, l'orbite de la planète hôte), de la masse du corps lui-même et du flux radiatif de l'étoile hôte. Compte tenu de la grande variété de masses de planètes dans une zone habitable circumstellaire, couplée à la découverte de planètes super-terrestres qui peuvent supporter des atmosphères plus épaisses et des champs magnétiques plus puissants que la Terre, les zones habitables circumstellaires sont maintenant divisées en deux régions distinctes : la zone habitable conservatrice, définie par l'emballement de l'effet de serre à la limite intérieure et l'effet de serre maximal du CO₂ à la limite extérieure, dans laquelle des planètes de masse inférieure comme la Terre peuvent rester habitables, et la zone habitable étendue ou optimiste, plus grande, basée sur des preuves empiriques concernant la rétention d'eau liquide de surface sur Vénus (limite intérieure) et Mars (limite extérieure) au cours de leurs histoires évolutives[8] - [9].

Pour que la vie puisse apparaître sur une planète, il ne suffit pas qu'elle soit dans l'écosphère de son étoile ; son système planétaire doit se situer assez près du centre de la galaxie pour avoir suffisamment d'éléments lourds qui favorisent la formation de planètes telluriques et des atomes nécessaires à la vie, tels que le fer dans l'hémoglobine ou le cuivre dans l'hémocyanine et l'iode dans la glande thyroïde.

Mais ce système devra également se situer assez loin du centre galactique pour éviter des dangers tels que :

• des frôlements d'étoiles provoquant des instabilités orbitales ou des pluies de comètes et astéroïdes ;
• les radiations de supernovas ;
• le ou les grands trous noirs du centre galactique.

Des études ont montré également que des régions où les éléments lourds abondent semblent avoir plus de chances de posséder des planètes géantes orbitant très près de leur étoile, ce qui détruirait ou éjecterait hors du système des planètes de type terrestre. Pour toutes ces raisons, il est très difficile de déterminer la ZH d'une galaxie.

Dans notre galaxie, la Voie lactée, la ZHG serait située à 25 000 années-lumière (8 kiloparsecs) du centre galactique, s'étendant sur 6000 années-lumière et contenant des étoiles vieilles de 4 à 8 milliards d'années. Comme les galaxies ont des compositions différentes, la ZHG pourrait être plus ou moins grande, voire ne pas exister du tout dans certaines galaxies.

• Trois planètes telluriques autour de Gliese 581, une naine rouge à 20,5 années-lumière de la Terre, sont situées dans cette zone habitable[11]. Au sein de ce système Gliese 581 g est, au moment de sa découverte le 29 septembre 2010, la plus adaptée à la présence de la vie[12] - [13]. Néanmoins des doutes subsistent quant à l'existence de cette exoplanète[14].
• Le système stellaire constitué autour de HD 10180, une étoile de classe G distante de 127 années-lumière, comporterait lui aussi une planète orbitant dans la zone habitable. Cette planète, HD 10180 g, se situerait à 1,422 UA de son étoile, sa masse pourrait être d'environ 20 fois celle de la Terre et sa période orbitale durerait l'équivalent de 601,2 jours terrestres[15].
• Le 5 décembre 2011, la NASA révélait l’existence d’une autre planète positionnée dans la zone habitable d’une étoile semblable au Soleil. Cette planète baptisée Kepler-22 b est située à environ 600 années-lumière de la Terre. Selon la NASA, elle serait 2,4 fois plus grande que la Terre, et elle ferait le tour de son étoile en 290 jours[16]. Kepler-22 b représente un grand potentiel pour la recherche de vie extraterrestre.
• Le 17 avril 2014, la NASA annonce que la planète Kepler-186 f se situe dans la zone habitable de l'étoile Kepler-186, et serait de taille équivalente à la Terre. Il s'agit en 2014 de la planète la plus semblable à la Terre[17].
• Le 29 juin 2014 , Gliese 832 c a été découverte par une équipe internationale d'astronomes, dirigée par Robert A. Wittenmyer, elle est alors le membre le plus proche de la Terre dans le Catalogue des exoplanètes habitables puisqu'elle possède un indice de similarité avec la Terre de 0,81, soit l'un des plus élevés de toutes les exoplanètes connues.
• Le jeudi 23 juillet 2015, la NASA annonce la découverte de la planète baptisée Kepler-452b. Située à environ 1 400 années-lumière de nous dans la constellation du Cygne, elle est la première planète tellurique détectée dans la zone habitable d'une étoile de type solaire autre que le Soleil lui-même. Avec un rayon 60 % plus grand que celui de la Terre, Kepler-452b aurait donc un volume environ 4 fois supérieur et une masse environ 5 fois supérieure. Située dans un système âgé de 6 milliards d'années (1,5 milliard d'années de plus que le système solaire), cette exoplanète subirait (selon les modèles) ce que la Terre subira dans un peu plus d'un milliard d'années[18] - [19] - [20].

Le concept est critiqué par Ian Stewart et Jack Cohen dans leur livre Evolving the Alien (L'Évolution des extraterrestres), en deux points :

• cette hypothèse suppose que la vie extraterrestre a les mêmes besoins de développement que la vie terrestre, ce qu'ils considèrent comme réducteur ;
• même en acceptant ce premier point, certaines circonstances rendraient habitables des planètes situées hors de la ZH. On suspecte par exemple l'un des satellites de Jupiter, Europe, d'abriter un océan sous une banquise de plusieurs kilomètres, qui pourrait héberger des formes de vie.

Notons aussi que la zone peut être plus large que prévu, en fonction de la quantité d'eau sur la planète[21].

La zone vénusienne est définie comme la région située à l'intérieur de la limite de l'emballement de l'effet de serre et à l'extérieur de la limite de perte de masse atmosphérique[9].