Les disques protoplanétaires que nous observons sont similaires à celui où sont nées les planètes rocheuses du Système solaire. On peut penser que les météorites contiennent des informations sur les exoplanètes rocheuses de taille modeste, et notamment sur l'origine et la composition des atmosphères qu'elles pourraient posséder.
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Sans la découverte d'une nouvelle physique permettant d'effectuer d'une façon ou d'une autre des voyages beaucoup plus rapidement qu’à la vitesse de la lumière (ou pour le moins presque à cette vitesse) et avec des quantités modestes d'énergie, il est impossible dans une vie d'Homo sapiensHomo sapiens de se rendre sur une exoplanète pour échantillonner directement son atmosphèreatmosphère et son sol s'il s'agit d'une planète rocheuse.
Heureusement, cosmochimistes et astrochimistes ne sont pas désarmés devant le problème de la détermination de la composition de ces astres, pas plus que les astrophysiciensastrophysiciens dès le XXIe siècle ne l'étaient pour déterminer la composition du SoleilSoleil et des étoilesétoiles. Tous ces chercheurs ont donc déterminé depuis longtemps déjà la composition de nombreuses atmosphères d'étoiles et aussi du milieu interstellaire où naissent ces étoiles. Nous avons même des renseignements sur la composition minéralogique des disques de poussières et de gazgaz où se forment des exoplanètes. Pour donner un exemple, le satellite Herschelsatellite Herschel ayant observé le disque protoplanétairedisque protoplanétaire autour de l'étoile Bêta Pictoris y a découvert des traces d'olivinesolivines typiques des comètescomètes solaires. Ce silicatesilicate est bien connu aussi sur Terre où il peut exister sous plusieurs formes, dont certaines sont riches en ferfer, comme la fayalitefayalite, ou en magnésiummagnésium, comme la forstérite. Les cristaux d'olivine riche en fer se retrouvent d'ailleurs aussi dans des météoritesmétéorites provenant de grands astéroïdesastéroïdes.
De belles images et explications concernant la formation du Système solaire. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard
La cosmochimie, une clé de la cosmogonie et de l'exobiologie
On a déjà commencé à analyser la composition des atmosphères de certaines exoplanètes mais ce sont celles qui pourraient exister autour d'exoplanètes rocheuses qui intéressent le plus car on aimerait bien y trouver des biosignatures convaincantes. Ce qu'elles seraient reste encore à définir et la tâche à accomplir n'est en rien aisée, comme l'a expliqué à Futura à plusieurs reprises l'astrophysicien Franck Selsis. Il ne sera donc pas facile de savoir non seulement si la vie ailleurs existe mais aussi si elle se développe et se complexifie facilement dans la Voie lactéeVoie lactée.
Il est certain que pour cela nous devons en apprendre le plus possible sur l'origine et l'évolution des atmosphères des planètes telluriquesplanètes telluriques. Les prochaines générations de télescopestélescopes, comme le James-Webb, devraient nous permettre d'en apprendre plus sur la composition de ces atmosphères.
Mais si l'on en croit un groupe de chercheurs états-uniens, principalement de l'UC Santa Cruz, il est déjà possible d'avoir des estimations crédibles concernant au moins les atmosphères primitives des exoplanètes rocheuses, comme ils l'expliquent dans un article publié dans Nature Astronomy. Il suffisait pour cela d'étudier en laboratoire sur Terre le dégazage de météorites parmi les plus primitives du Système solaireSystème solaire lorsqu'elles sont vigoureusement chauffées.
Comment l'analyse des météorites en laboratoire a-t-elle été faite ? Quelques éléments de réponses dans cette vidéo. © CRPG
Pour comprendre de quoi il en retourne il faut se souvenir des premiers travaux conséquents des chimistes sur la composition isotopique des météorites. Environ 80 % de celles que l'on trouve sur Terre sont des chondriteschondrites. Les autres sont des sidéritessidérites - constituées de fer presque pur avec du nickelnickel - et des achondritesachondrites, lesquelles sont proches des roches plutoniquesroches plutoniques et volcaniques. Or, comme l'a notamment montré le grand chimiste Harold Urey, la composition chimique moyenne des chondrites est remarquablement similaire à celle de l'atmosphère du Soleil pour des éléments plus lourds que l'hydrogènehydrogène et l'héliumhélium. C'est l'un des arguments avancés pour développer la théorie de l'accrétionaccrétion planétaire avec l'hypothèse que ces météorites proviennent du même matériaumatériau à l'origine de notre étoile et qu'elles constituent donc une machine à remonter dans le temps permettant de comprendre l'origine des planètes du Système solaire.
Des astres, comme la Terre ou Mars, se seraient donc formés par un effet boule de neige de capture gravitationnelle de petits corps ayant la même composition que les chondrites. Le processus a libéré beaucoup d'énergie gravitationnelle sous forme de chaleurchaleur lors des impacts d'astéroïdes à la surface des protoplanètes et le chauffage des matériaux accrétés s'est aussi produit en raison de la présence d'éléments radioactifs.
Il y avait de l'hydrogène et de l'hélium dans le disque ou sont nées les protoplanètes rocheuses mais leurs champs de gravitationgravitation étaient trop faibles pour retenir ces éléments volatils. De sorte que les premières atmosphères des planètes rocheuses devaient principalement venir du dégazagedégazage de la matièrematière chondritique les composant initialement, sous l'action de la chaleur.
Des atmosphères produites par dégazage d'un matériau chondritique
Or il se trouve que les observations montrent que la composition initiale du disque protoplanétaire à l'origine du Système solaire n'était pas très différente de celle d'autres disques. L'exemple de BêtaBêta Pictoris, mais il y en a d'autres, laisse penser également que le dégazage sur des exoplanètes rocheuses a dû conduire à des atmosphères primitives similaires à celles de VénusVénus, la Terre et Mars.
Les chondrites carbonées étant les météorites les plus primitives du Système solaire, c'est donc elles qu'il faut chauffer en laboratoire pour tenter de percer les mystères des atmosphères des planètes rocheuses. Les trois météorites analysées pour cette étude étaient la chondrite de Murchison, tombée en Australie en 1969 ; Jbilet Winselwan, collectée au Sahara occidental en 2013 ; et Aguas Zarcas, qui a chuté au Costa Rica en 2019.
Des échantillons de ces météorites ont donc été placés dans un four où ils ont été chauffés sous vide à 1.200 degrés Celsiusdegrés Celsius. Un spectromètrespectromètre de massemasse a ensuite été utilisé pour analyser les gaz volatils produits à partir des minérauxminéraux de l'échantillon. Il s'est avéré que la vapeur d'eau était le gaz dominant, avec des quantités importantes de monoxyde de carbonemonoxyde de carbone et de dioxyde de carbonedioxyde de carbone, et de plus petites quantités d'hydrogène et de sulfure d'hydrogènesulfure d'hydrogène gazeux également libérées.
On ne peut s'empêcher de penser à l'atmosphère de Vénus telle qu'elle devait être avant que la planète perde massivement de l'eau en raison d'un effet de serreeffet de serre et on sait que l'atmosphère de Mars contient principalement elle aussi du gaz carbonique. Sur Terre, ce gaz a été piégé dans les calcairescalcaires.
On peut donc penser que les exoplanètes rocheuses, en tout cas de masse pas trop importante, peuvent posséder des atmosphères primitives similaires. Ce qui permet aussi de préciser nos idées sur l'exobiologieexobiologie. Mais dans le cas des superterres, plus massives, les choses se passent peut-être différemment, comme nous l'avions expliqué dans un précédent article.
