Soleil-Terre : le couple idéal ?

Plus de 300 milliards d’étoiles constellent la Voie Lactée. Quatre-vingt pour cent d’entre elles sont de type naine rouge et solaire. Cependant, dans un cube de 25 années-lumière de côté autour de nous, n’ont été identifiés que quelques analogues solaires, étoiles de masse, composition chimique et taux de rotation proches de ceux du Soleil. Aussi, les interactions de notre étoile avec son environnement et en particulier la Terre, sont-elles transposables aux autres systèmes planétaires ?

Le Soleil, un astre solitaire 

Le Soleil est le sous-produit de deux générations successives d’étoiles, dont des étoiles massives n’ayant brillé que quelques millions d’années. Ces dernières, par leur rayonnement intense, ont en effet déclenché la formation de nouvelles étoiles autour d’elles. Paradoxalement, si Soleil est le plus récent de sa lignée d’astre, vécu le plus longtemps avec ses 4 milliards d’années d’existence. L’amas d’étoiles résultant s’est ensuite dispersé au grès des rotations galactiques. Paradoxalement, avec ses 4 milliards d’années, le Soleil est le plus récent de sa lignée d’astre mais surtout celui qui a vécu le plus longtemps. L’environnement solaire, son disque protoplanétaire dans lequel se sont formées les planètes, a probablement été enrichi en eau, oxygène, carbone, azote et silicium grâce à cette valse stellaire. Mais depuis, le Soleil est seul, autour de lui le vide. Il est presque à lui tout seul le système solaire en totalisant plus de 99% de sa masse. Le reste est principalement partagé par les géantes gazeuses, Saturne et Jupiter. Dans ce vaste tableau, la Terre n’est donc qu’une infime poussière…

ENERGIE. Pourtant, ni trop petite, ni trop massive, notre étoile est la source d’énergie principale des planètes, et y conditionne l’apparition et le maintien de la vie. Son magnétisme, son irradiation et son attraction gravitationnelle régissent l’espace qui l’entoure. Relation tantôt bénéfique, tantôt délétère, l’aventure terrienne ne peut se regarder sans comprendre l’histoire de ses interactions avec son hôte stellaire.

Une relation de juste intensité ?

La Terre se situe dans la zone habitable du Soleil. C’est-à-dire qu’en théorie, elle reçoit suffisamment d’irradiation pour maintenir de l’eau liquide à sa surface. La lumière émise par le Soleil balaye un large spectre de longueurs d’onde. En particulier, la partie hautement énergétique du rayonnement solaire, les extrêmes UV, UV et rayons X, jouent un rôle crucial dans le réchauffement de l’atmosphère des planètes. Mais l’activité Soleil, comme toute étoile, évolue dans le temps. Le Soleil a varié notamment en masse, en compositions chimique, en structure et en niveau d’activité magnétique. Par conséquent, l’intensité et la nature de son rayonnement ont aussi changé. D’après la modélisation standard de l’évolution du Soleil à masse constante (MSS), le rayonnement du jeune Soleil était 30% moins intense qu’actuellement.

TEMPERATURE. Mais à 30% plus faible, et en considérant une atmosphère semblable à celle d’aujourd’hui, la température à la surface terrestre serait négative ! Et pourtant, malgré l’hypothèse de cette faiblesse solaire, notre planète est devenue habitable presque dès ses débuts. Durant des milliards d’années, elle offrait les conditions de température et de pression compatibles avec la présence d’eau liquide à sa surface.  La preuve la plus probante en est l’apparition de la vie il y a 3,8 milliards d’années. Elle y est apparue et ne l’a plus quittée. Un paradoxe activement étudié tant au niveau climatologique, géologique qu’astrophysique, notamment en analysant son activité magnétohydrodynamique. C’est à dire le lien entre le mouvement de la matière solaire (plasma) et de son champ magnétique.

De ce point de vue, le Soleil présente une activité bouillonnante : éruptions et vents solaires rythment la météorologie de notre milieu interplanétaire. Mais la Terre possède un bouclier magnétique lui permettant de protéger son atmosphère de l’érosion par le vent solaire. Ces salves de particules accélérées présentent un risque pour les objets anthropiques dans l’environnement spatial de Terre : les satellites, les détecteurs et les astronautes en station. Leurs seuls impacts sur l’atmosphère terrienne se résument aux aurores boréales et aux orages magnétiques. Un destin moins funeste que pour l’atmosphère de la planète Mars qui ne possède pas d’énergie interne suffisante pour maintenir une magnétosphère.

Exoplanètes, ces autres terres

C’est donc la relation au cours du temps entre la Terre et le Soleil qui a dessiné un environnement satisfaisant pour l’émergence et le maintien de la vie. Mais tournons vers les autres étoiles. En 20 ans, avec la découverte de plus de 3600 exoplanètes, s’est faite jour la diversité étourdissante de systèmes stellaires. Notre système solaire n’est pas un modèle si générique que l’on imaginait… Et pourtant, de nombreuses planètes telluriques de taille proche à celle de la Terre se situent potentiellement dans la zone habitable de leur étoile, souvent différentes du Soleil. Quand le jour viendra où l’on sera en capacité technique de sonder une planète similaire à la Terre orbitant autour d’une étoile semblable au Soleil, quelles conclusions pourrons-nous en tirer ? Cette semaine s’appliquera à raconter comment les astrophysiciens questionnent l’habitabilité des exoplanètes à l’aune des connaissances sur le système solaire.

En partenariat avec Science et Avenir