Les dernières recherches de l'Université de Washington aux États-Unis soulignent que de nombreuses exoplanètes auparavant considérées comme des « candidates habitables », même si elles sont situées dans la zone habitable de leurs étoiles et ont des températures de surface adaptées à l'existence d'eau liquide, sont encore très susceptibles d'être totalement impropres à la vie si elles sont trop arides.

L'équipe de recherche a découvert que pour une planète rocheuse de taille similaire à la Terre, afin de maintenir un environnement de surface stable et habitable sur une longue échelle de temps géologique, son volume d'eau de surface doit être d'au moins environ 20 % à 50 % du volume total de la Terre. océans. Cela signifie qu'un grand nombre de planètes dites "désertiques" - même si leurs orbites sont dans la position "parfaite" - sont probablement loin d'être adaptées au maintien de la vie en termes de ressources en eau.

À ce jour, les astronomes ont confirmé plus de 6 000 exoplanètes, et des milliards d'objets similaires devraient exister dans toute la Voie Lactée. Une partie importante de celle-ci se situe dans la zone habitable de l’étoile, où les températures permettent théoriquement à l’eau liquide d’exister. Cependant, l’équipe de l’Université de Washington souligne qu’être « au bon endroit » n’est qu’une partie de l’équation ; la planète a encore besoin d’un mécanisme de régulation climatique stable à long terme, et cela dépend en grande partie de la manière dont l’eau interagit avec la lithosphère et l’atmosphère.

Haskell White-Giannella, premier auteur de l'article et doctorant en sciences de la Terre et de l'espace, a déclaré que lors de la recherche de vie dans le vaste univers et avec des ressources d'observation limitées, nous devons apprendre à « éliminer » certaines cibles planétaires de manière ciblée. Cette étude se concentre sur les planètes arides avec des réserves d'eau de surface extrêmement faibles, bien inférieures à celles de l'océan entier de la Terre, afin d'évaluer si elles peuvent réellement être habitables.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans le Planetary Science Journal. Le noyau réside dans le processus clé du cycle géologique planétaire du carbone. Sur Terre, ce cycle entraîné par l'eau déplace le carbone entre l'atmosphère et l'intérieur de la planète pendant des millions d'années, contribuant ainsi à réguler les températures de surface mondiales.

Sur Terre, les volcans libèrent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère, qui se dissout ensuite dans l'eau de pluie. L’eau de pluie réagit chimiquement avec les roches de surface et les rivières transportent des matières carbonées dans l’océan, où elles se déposent sur le fond marin. Parallèlement aux mouvements tectoniques des plaques, la croûte océanique riche en carbone a été subductée sous les continents et, lors de processus tels que la formation des montagnes, le carbone a été ramené à la surface sur une longue période de temps.

Cependant, si une planète manque de suffisamment d'eau pour maintenir des précipitations régulières et généralisées, ce « thermostat » du cycle du carbone tombe en panne. À mesure que les précipitations et les intempéries s'affaiblissent, l'efficacité avec laquelle le dioxyde de carbone est « extrait » de l'atmosphère diminue considérablement, tandis que la libération volcanique se poursuit. Le résultat est que le dioxyde de carbone dans l'atmosphère continue de s'accumuler, l'effet de serre s'accentue, la température augmente encore et l'eau restante s'évapore à un rythme accéléré, formant finalement un cercle vicieux qui rend la surface de la planète trop chaude et inhabitable.

White-Giannella a souligné que cela signifie que même les planètes sèches semblables à la Terre situées dans la zone habitable ne sont probablement pas des cibles idéales pour la recherche de la vie. L'étude rappelle également que dans les travaux théoriques antérieurs, le mécanisme du cycle du carbone sur les planètes arides a été relativement peu étudié systématiquement, ce qui peut rendre les gens trop optimistes quant au potentiel habitable des « exoplanètes désertiques ».

L’observation directe des exoplanètes rocheuses étant encore extrêmement difficile, les scientifiques s’appuient souvent sur des simulations numériques pour explorer leur évolution climatique à long terme et les caractéristiques de leur cycle de l’eau. Dans ce travail, l’équipe de recherche a amélioré le modèle existant du cycle du carbone, recaractérisé des processus clés tels que l’évaporation et les précipitations, en particulier pour les environnements arides, et introduit des facteurs qui étaient souvent ignorés dans le passé, tels que l’impact des champs de vent sur la distribution de la vapeur d’eau et l’efficacité de l’évaporation.

Joshua Krissanson-Totten, co-auteur de l'article et professeur adjoint au Département des sciences de la Terre et de l'espace de l'Université de Washington, a déclaré que ce type de modèle raffiné du cycle du carbone « basé sur un mécanisme » était à l'origine utilisé pour comprendre l'évolution du climat et la régulation de la température de la Terre au cours de sa longue histoire géologique, et est maintenant étendu à l'étude des exoplanètes. Les nouveaux résultats montrent que même si une planète aride dispose d'une certaine quantité d'eau de surface dans les premiers stades, elle aura une forte probabilité de perdre de l'eau en raison d'un déséquilibre du cycle du carbone dans les stades ultérieurs, évoluant d'un monde potentiellement habitable à une « planète déséquilibrée » chaude et inhabitable.

La recherche a également porté son attention sur une « expérience naturelle » très proche : Vénus. Vénus est de taille similaire à la Terre et s'est formée à peu près à la même époque, et certains modèles suggèrent même qu'elle aurait pu avoir autant d'eau que la Terre à ses débuts. Cependant, aujourd'hui, la température de surface de Vénus est comparable à celle d'un four à pizza au feu de bois, et la pression à la surface est si élevée qu'« on a l'impression que dix baleines bleues appuient dessus en même temps ».

La communauté scientifique discute depuis longtemps des raisons pour lesquelles la Terre et Vénus se sont engagées sur des voies évolutives complètement différentes. White-Giannella et Crisanson-Totten ont proposé que Vénus ait pu déclencher un déséquilibre du cycle du carbone et un processus de serre incontrôlable plus tôt parce qu'elle était plus proche du soleil et avait une quantité initiale d'eau légèrement inférieure. À mesure que le dioxyde de carbone continue de s’accumuler dans l’atmosphère et que la température augmente progressivement, une grande quantité d’eau finit par être perdue et la vie, si elle existait autrefois, perd son habitat.

Dans les années à venir, plusieurs missions à venir vers Vénus devraient répondre à ce « mystère de la planète sœur » et tester les principales inférences du modèle du cycle du carbone mentionné ci-dessus. White-Giannella estime que même s'il est presque impossible pour les humains d'atterrir à la surface d'une exoplanète réelle dans un délai prévisible, Vénus - "l'analogue le plus proche des exoplanètes semblables à la Terre" - offre une fenêtre unique.

L'équipe de recherche espère que les données de ces missions aideront à vérifier le cadre théorique du déséquilibre du cycle du carbone sur les planètes arides et pourront être utilisées pour interpréter les caractéristiques atmosphériques et les états évolutifs d'exoplanètes lointaines. Krissanson-Totten a noté que cette recherche a des implications importantes sur la manière dont nous évaluons le « véritable inventaire » des planètes potentiellement habitables dans l'univers. De nombreuses cibles qui étaient autrefois grossièrement classées comme « candidats habitables » seront probablement reclassées selon des critères plus stricts relatifs à la teneur en eau et au cycle du carbone.