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De l'eau liquide pourrait exister sur l'exoplanète Gliese 581 d

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Rebondissement dans le débat concernant l'habitabilité des exoplanètes autour de l'étoile Gliese 581. Après avoir été écartée comme candidate au titre de première exoterre habitable, Gliese 581 d revient sur le devant de la scène grâce à une simulation numérique de son climat, conduite par des chercheurs français.

La zone dite « habitable » pour l’étoile Gliese 581 (zone habitable en bleu clair, en bleu foncé la variation de cette zone, due à des incertitudes) et le positionnement des différentes exoplanètes. © Franck Selsis, CNRS-ESO

Le catalogue Gliese-Jahreiss (du nom des astronomes Wilhelm Gliese et Hartmut Jahreiss) tente de lister toutes les étoiles à une distance en deçà de 25 parsecs de la Terre. Celle portant le nom de Gliese 581 n'est située qu'à 20 années-lumière et l'on sait qu'il existe plusieurs exoplanètes en orbite autour de cette naine rouge. Il y a quelque temps encore, on pensait y avoir détecté une nouvelle exoplanète, Gliese 581 g. Mais des études ultérieures ont conduit à la retirer de la liste. La planète Gliese 581 d existe, elle, bel et bien. Il s'agirait d'une planète rocheuse mais environ deux fois plus grande et sept fois plus massive que la Terre. Sa distance à son étoile hôte, bien qu'inférieure à celle de notre planète par rapport au Soleil, la place dans une région où  elle ne reçoit qu'un tiers de l'énergie dispensée à la Terre par notre étoile. On pouvait donc en déduire qu'elle était à la limite de la zone d'habitabilité et même trop froide pour que de l'eau liquide puisse y exister.

Toutefois, comme certains l'avaient fait remarquer à l'époque, la distance à une étoile n'est pas le seul critère qui permet de savoir si une planète tellurique est habitable ou non. Il faut connaître la composition chimique et la densité d'une atmosphère si elle y est présente. L'effet de serre peut en effet largement modifier l'environnement de la planète. L'exemple de Vénus dans notre propre Système solaire est là pour nous le rappeler : elle est proche du Soleil, dans la zone d'habitabilité, mais l'atmosphère dense et riche en gaz carbonique élève la température à plusieurs centaines de degrés.

C'est pour en avoir le cœur net que l'équipe de Robin Wordsworth et François Forget du Laboratoire de météorologie dynamique à l'Institut Pierre Simon Laplace à Paris, en collaboration avec un chercheur du Laboratoire d'astrophysique de Bordeaux, a modélisé numériquement une atmosphère autour de Gliese 581 d.

Simulation numérique du climat possible sur Gliese 581 d. Les couleurs correspondent à des températures de surface froides (bleue) à chaudes (rouge). Les flèches représentent les vents à 2 kilomètres d'altitude. © LMD/CNRS

L'hypothèse d'une atmosphère de gaz carbonique dense

Les chercheurs ont supposé la présence d'une atmosphère riche en gaz carbonique et ont tenu compte de la proximité de l'exoplanète à son étoile. Les forces de marée ont probablement conduit à une rotation synchrone de la planète, qui présente donc toujours la même face à Gliese 581. Les résultats obtenus ont été surprenants !

Alors que l'on pouvait craindre que l'atmosphère et l'eau de la planète ne se condensent totalement côté nuit, interdisant l'existence d'un climat propice à l'eau liquide et à la vie, les simulations numériques ont montré que cela n'était pas le cas. Des océans pouvaient même exister partout, comme sur Terre. L'une des raisons de ce phénomène bien différent de ce à quoi on pouvait s'attendre dans le Système solaire provient du fait que Gliese 581 est une naine rouge. La lumière qu'elle émet n'est pas aussi riche en énergie dans le bleu que celle du Soleil. Sur la Terre, une bonne partie de cette énergie serait réémise par diffusion Rayleigh si l'atmosphère était dense et riche en CO2. Mais dans le cas de Gliese 581 d, dans l'hypothèse probable où une telle atmosphère existe, la composante rouge de la lumière de Gliese pénétrerait profondément cette atmosphère et un effet de serre efficace se produirait.

Bien sûr, même si de l'eau liquide existait bel et bien sur Gliese 581 d, ce que nous ignorons encore, la vie qui pourrait s'y développer ne pourrait pas ressembler à la nôtre. Mais peut-être cela vaudrait-il la peine de la mettre sur écoute dans le cadre du programme Seti, malgré son dernier revers...

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