Une vue du sol lunaire lors de la mission Apollo 14. © Nasa

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Les secrets de la jeunesse du Soleil sont enfouis dans les roches lunaires

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Le satellite Kepler a montré que les jeunes étoiles faisaient des colères d'autant plus dangereuses pour des exoterres qu'elles tournaient vite. Le sol lunaire garderait la mémoire des colères de notre jeune Soleil. Son étude implique qu'il tournait plus vite qu'aujourd'hui, mais suffisamment lentement pour que la Terre garde son habitabilité.

L'une des grandes questions de l'exobiologie concerne les contraintes que font peser les colères des jeunes étoiles -- en particulier lorsqu'il s'agit des naines rouges, qui sont en majorité dans la Voie lactée -- sur l'habitabilité réelle des exoplanètes. Les éruptions stellaires et les rayonnements produits sont en effet en mesure d'éroder rapidement les atmosphères planétaires, de provoquer en conséquence aussi l'évaporation des océans et, bien sûr, d'endommager fortement des formes vivantes qui pourraient se trouver dans ces océans.

L'une des stratégies pour tenter d'y voir plus clair est de préciser l'impact de l'activité du jeune Soleil, disons pendant le premier milliard d'années de son existence, sur l'habitabilité de la Terre mais aussi de Vénus et de Mars. Cela n'est possible qu'en fouillant dans les archives du Système solaire et en utilisant des modèles sur ordinateur, nourris d'informations que l'on peut obtenir en observant les populations de jeunes étoiles dans la Galaxie.

Dans le premier cas, nous ne disposons pour l'essentiel que des roches lunaires et des météorites, dont l'étude est complétée par les sondes en orbite ou sur la surface des planètes rocheuses. Dans le second cas, on dispose notamment des courbes de lumières de la mission Kepler qui a permis de surveiller les variations de luminosité, et donc d'activité, d'un grand nombre de jeunes étoiles.

L'étude de la Terre n'est pas d'une grande aide puisque ses enveloppes fluides, et surtout la tectonique des plaques et ses effets, ont largement effacé sa mémoire du premier milliard d'années de l'histoire du Système solaire. Mais tel n'est pas le cas de la Lune et c'est ce qui explique pourquoi une équipe de chercheurs états-uniens s'est tournée vers l'étude des roches et du régolite lunaire dont notre connaissance a été révolutionnée par les missions Apollo. Elle vient de publier un article à ce sujet dans The Astrophysical Journal Letters que l'on peut trouver en accès libre sur arXiv.

L'observatoire de la dynamique solaire de la Nasa, le satellite SDO, a capturé cette image d'une éruption solaire (en bas à droite ) le 2 octobre 2014. © Nasa / SDO

Le travail accompli permet de mettre dans une autre perspective une anomalie cosmochimique découverte il y a des décennies. Bien que les compositions chimiques de la Lune et de la Terre soient particulièrement proches -- ce qui est l'une des raisons de prendre au sérieux la fameuse théorie de la collision géante à l'origine de la Lune --, on trouve des différences notables. C'est en particulier le cas avec les abondances de sodium et de potassium qui sont plus faibles dans le régolite lunaire que dans le cas des roches terrestres.

Une érosion spatiale liée à la vitesse de rotation solaire

On peut expliquer cet appauvrissement par l'impact de l'érosion spatiale, c'est-à-dire dans le cas de la Lune, l'effet du vent solaire et des colères de notre étoile qui ont pour effet d'extraire et de souffler ces atomes légers de la surface de la Lune.

Comme les chercheurs l'expliquent, et tout en tenant compte du bouclier protecteur magnétique que devait posséder la Lune au tout début de son histoire, ils ont été en mesure de relier l'évolution de cet appauvrissement dans le temps à celle de l'érosion spatiale, et donc à l'évolution de l'activité du Soleil. Cela leur a permis de remonter à l'aube du Système solaire.

Or, il se trouve que les observations de Kepler ont montré un lien entre la vitesse de rotation des jeunes étoiles et le nombre et l'intensité des pics de leurs activités. En clair, plus une jeune étoile tourne vite, plus elle fait d'éruptions stellaires et plus celles-ci sont violentes. On peut modéliser l'effet de l'érosion spatiale en fonction de la vitesse de rotation de l'étoile, ce qui rend donc lisibles les archives lunaires. Les abondances de potassium et de sodium mesurées doivent indiquer un niveau d'activité et donc une vitesse de rotation relativement précise pour le jeune Soleil.

Aujourd'hui, le Soleil tourne sur lui-même en 27 jours environ, comme l'a découvert Galilée à l'aide des tâches solaires. Mais, selon les astrophysiciens, l'étude du régolite lunaire nous indique que le jeune Soleil au cours de son premier milliard d'années ne devait tourner sur lui-même qu'en 9 à 10 jours, ce qui représente une période de rotation plus longue qu'environ 50 % des étoiles.

Cela nous aide à expliquer pourquoi la Terre a permis l'apparition et l'évolution de la Vie. Selon le communiqué du Goddard Space Flight Center de la Nasa qui accompagne la publication des chercheurs, si le jeune Soleil avait tourné plus rapidement, il aurait pu faire des super-éruptions solaires 10 fois plus fortes que le record historique observé jusqu'ici, et ce, 10 fois par jour. Même le bouclier magnétique de la Terre aurait été impuissant à la protéger de ces éruptions qui auraient rapidement conduit notre Planète bleue à perdre son atmosphère et ses océans.

C'est le destin qui a frappé Mars il y a un peu moins de 4 milliards d'années et très probablement aussi Vénus qui a, sans doute, été habitable avec de l'eau liquide au tout début de son histoire. La prudence s'impose tout de même quant aux chiffres avancés et, dans le cas des archives lunaires, les prochaines missions avec retour d'échantillons -- qui auront probablement lieu au cours des années 2020 -- devraient aider à conforter, ou pas, les conclusions de l'étude réalisée.

  • Le satellite Kepler a permis de découvrir que les jeunes étoiles faisaient des colères d'autant plus dangereuses pour des exoterres qu'elles tournaient vite.
  • Des éruptions stellaires trop fréquentes et trop violentes entraînent une érosion des atmosphères et une évaporation des océans des planètes habitables.
  • Le sol lunaire garderait la mémoire des colères de notre jeune Soleil car le vent solaire produit entraîne une perte en sodium et en potassium d'autant plus importante que ce vent est violent.
  • L'étude du régolite lunaire implique que le Soleil tournait plus vite qu'aujourd'hui (9 à 10 jours au lieu de 27 jours) mais suffisamment lentement pour que la Terre garde son habitabilité.
  • Mars et Vénus n'ont pas eu cette chance et ont perdu leurs océans.
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