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En vidéo : le système Terre-Lune est une rareté !

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Notre Lune est un élément clé de la stabilité du climat sur Terre et donc de l'apparition de la vie. Pour évaluer la probabilité d'une vie extraterrestre, il faudrait connaître celle de la formation d'un couple Terre-Lune dans la Galaxie. D'après les données de Spitzer, elle serait faible !

La Terre et la Lune, une véritable planète double. Crédit : Nasa

Depuis les travaux de Jacques Laskar, on sait que l'axe de rotation de notre planète est stabilisé par la présence de la Lune. Sans elle, l'influence combinée des forces de marée du Soleil et des autres planètes dans le système solaire conduirait à des basculements et oscillations chaotiques de cet axe et le climat serait beaucoup moins stable à l'échelle géologique. Or, l'apparition d'une vie complexe et de l'intelligence semblent peu probables si des périodes chaudes et glaciaires se succédaient fréquemment.

L'énigme de l'origine de la Lune

Le couple Terre-Lune peut presque être considéré comme un système de planète double, pour reprendre la proposition d'Isaac Azimov, tant le rapport masse de la Lune sur masse de la Terre est élevé si on le compare au cas de Jupiter et de ses satellites. Assez rapidement, les premiers modèles de formation du système solaire ont buté sur une explication satisfaisante de l'apparition d'une telle planète double. La situation a empiré avec les résultats ramenés par le programme d'exploration lunaire, quand la composition géochimique et la structure de la Lune ont été précisées.

Toutefois, jointes à des simulations numériques, une hypothèse convaincante a tout de même fini par émerger de ces résultats au milieu des années 1970 avec les travaux de William K. Hartmann et Donald R. Davis et ensuite de A.G.W Cameron et William R. Ward.

D'après cette hypothèse, quelques dizaines de millions d'années après le début de la formation du système solaire, il y a 4,56 milliards d'années, une petite planète de la taille de Mars et baptisée Théia, en souvenir de la divinité grecque mère d'Hélios (le Soleil) et de Séléné (la Lune), serait entrée en collision avec la proto-Terre. Sous le choc, une partie du manteau terrestre aurait été arrachée et le noyau ferreux métallique de Théia se serait accrété avec celui de notre planète. Le point clé qui a été utilisé par les astronomes de Spitzer est qu'une grande quantité de poussières auraient été produite par cette collision.


Simulation graphique du scénario de formation de la Lune selon l’hypothèse de l’impact géant. La modélisation présentée sur cette vidéo montre le comportement du nuage de débris résultant de la collision entre la proto-Terre et un corps de la taille de Mars. Elle visualise l’accrétion des poussières jusqu’à la formation du couple Terre-Lune. Ce travail a été réalisé sur l’ordinateur Harp (Hermite AcceleratoR Pipeline), spécialement conçu pour résoudre les problèmes d’astronomie à n corps. Crédit : Eiichiro Kokubo

Spitzer en chasse d'un halo de poussières

Nadya Gorlova, de l'Université de Floride, et George Rieke, de l'Université d'Arizona, ont alors eu l'idée de chercher si des étoiles âgées de 30 à 50 millions d'années, donc jeunes mais pas trop, étaient entourées par une quantité importante de poussière. A ce moment de leur histoire, et si ces étoiles possèdent un système planétaire, la plupart des planètes se sont déjà formées et la poussière encore présente en grande quantité ne devrait pouvoir s'expliquer que par une collision récente et importante entre deux planètes. Autour d'étoiles plus jeunes, en revanche, il doit rester encore beaucoup de poussière qui n'a pas été accrétée par les protoplanètes en formation, d'après les modèles analytiques et numériques.

Sur les 400 étoiles étudiées avec Spitzer en infrarouge, une seule possédait une quantité de poussière suffisamment élevée pour qu'il soit possible d'affirmer qu'une collision avait probablement dû se produire entre deux planètes telluriques. En tenant compte de la durée moyenne de persistance de la poussière ainsi formée autour d'une étoile et de la fréquence possible d'une collision du type de celle ayant probablement créer le système Terre-Lune, les chercheurs en ont conclu que seuls 5 à 10 % des systèmes planétaires de la Galaxie devaient posséder une planète double. Toutefois, il s'agit de l'estimation la plus optimiste et la probabilité pourrait être bien plus faible.

Une telle étude aide bien sûr à préciser un peu mieux les paramètres de l'équation de Drake sur la probabilité d'apparition d'une civilisation, si intéressante pour le programme Seti. Or, si l'on suit les astronomes avec leur estimation de quelques milliards de systèmes planétaires dans la Galaxie, même 0,1 % de systèmes planétaires avec une double planète tellurique, voilà qui fait tout de même pas mal de lunes comme la nôtre !