Avec de continuelles améliorations dans l’observation des exoplanètes, des planètes en orbite autour d’autres étoiles, le rêve de découvrir la vie sur d’autres mondes est beaucoup plus proche de la réalité qui ne l’a jamais été auparavant. Cependant, à bien des égards, nous sommes encore dans les débuts de l’exploration : malgré le nombre de découvertes d’exoplanètes, les informations sur leurs surfaces et leurs compositions chimiques sont encore rares.
Un test pour déduire la présence de la vie sur d’autres planètes, consisterait d’abord à confirmer l’existence de la vie sur Terre, en utilisant seulement certaines mesures astronomiques. En partie à cause de l’absence d’instruments spatiaux appropriée, personne n’a fait une observation réussie de la vie sur Terre en utilisant des données qui sont aussi limitées que ce que nous obtenons lorsque nous étudions un autre monde à l’autre bout de la galaxie. Une nouvelle étude menée par Michael F. Sterzik, Stefano Bagnulo, et Enric Palle tente cela grâce à une source inhabituelle de lumière : le clair de Terre et la lumière qui en découle appelé lumière cendrée, la lumière de la Terre réfléchie vers nous par la Lune.
Image d’entête : la lune, une combinaison de 5 photos, longue exposition, nécessaires pour capturer le clair de Terre, donnant également cette luminescence autour de notre satellite naturel (Astro Guy).
Les planètes émettent une petite quantité de lumière infrarouge qui provient du réchauffement de la surface et des sources intérieures de chaleur. Mais la plupart de la lumière que nous pouvons observer provient de leur étoile hôte et se reflète sur leurs surfaces. En étudiant le spectre de cette lumière cendrée, les astronomes peuvent déterminer la composition atmosphérique et la surface de la planète. Les longueurs d’onde spécifiques (couleurs) qui sont absorbées et la quantité totale de lumière réfléchie en retour, l’albédo de la planète, fournit des indications sur la chimie de l’atmosphère et éventuellement si la surface est solide ou liquide, et si elle est solide, les différents types de terrain possibles.
Croissant de Lune avec clair de Terre (markkilner) :
Il devrait, théoriquement, être possible de détecter des indices de vie en utilisant les signaux dans cette lumière cendrée. Les molécules biologiques, comme la polarisation de la chlorophylle lorsque la lumière tombe sur elle. Les substances biochimiques sont loin d’être les seuls à posséder cette propriété. La vie sur Terre utilise des molécules d’une seule chiralité, la tournure dans l’orientation des atomes dans la chaine (la propriété que possèdent certaines molécules de ne pas être superposables à leur image dans un miroir), similaire à la différence entre la main gauche et droite d’un être humain, la main gauche ne sera jamais une main droite ou encore la lettre A par exemple, n’est pas chirale et la B par contre, est chirale (à tester avec un miroir)… Par conséquent, la lumière réfléchie par les végétaux présente une polarisation circulaire dans le sens de l’orientation chirale de la chlorophylle. Pas facile hein !?
Les molécules qui ne sont pas biologiques ne se comportent pas de cette façon, alors la présence d’une polarisation préférentielle de la lumière dans la réflexion d’une planète pourrait bien être un signe de vie.
En utilisant le Very Large Telescope (VLT) au Chili, Sterzik, Bagnulo, et Palle ont mesuré à la fois le spectre et la polarisation de la lumière de la Terre réfléchie par la Lune. Ce type de mesure, connue sous le nom de spectropolarimétrie (Détermination précise de l’intensité des diverses bandes d’un spectre d’absorption et de leur position), n’a pas été effectué sur la lumière de la Terre avant, en grande partie parce qu’il n’y a pas d’instruments appropriés dans l’espace à cette fin.
Le clair de Terre présente ses propres difficultés : la Lune a tendance à dépolariser une grande partie de la lumière qui l’atteint, enlevant une partie du signal que recherchent les scientifiques. En outre, des mesures fiables ne peuvent être effectuées que lorsque la Lune est proche de son premier ou dernier quartier : l’éclat de la Terre apparait sur la partie "sombre" du disque lunaire, mais l’observation de la lumière visible doit être effectuée la nuit pour limiter au minimum les interférences du Soleil, ce qui exclut également les observations pendant la nouvelle lune. Au cours de la phase de quart de Lune, seulement la moitié de la surface de la Terre reflète la lumière du soleil vers la Lune, rendant aussi moins idéales les conditions d’observations.
L’équipe a réalisé ses observations sur deux jours : le 25 avril et le 10 juin 2011. Une fois les données de la spectropolarimétrie du clair de la Terre en main, les chercheurs les ont comparés à trois modèles théoriques de différents types de surface et de couvertures nuageuses. Plus précisément, ils ont pris en compte l’eau (sous la forme d’océans), les formes du relief avec le minimum de végétation (les déserts, la toundra et la glace), ainsi que le terrain avec une lourde couverture végétale (par exemple, les forêts). Ils ont varié les proportions de chaque type de surface par de petites incrémentations pour obtenir la meilleure correspondance aux données du spectre et de polarisation.
Leurs meilleurs résultats ont montré 7 et 3 % de la couverture végétale, respectivement le 25 avril et le 10 juin. Comme la surface de la Terre est essentiellement liquide, les observations ont atteint les 18 et 46 % pour la couverture océanique, avec 72 et 50 % de la couverture nuageuse. Évidemment, les grandes incertitudes ne sont pas nécessairement mauvaises : les indications sur la teneur en eau liquide et la couverture nuageuse sur une exoplanète sont extrêmement intéressantes.
Avec autant de types de terrains possibles, en raison de la végétation, la proportion de lumière polarisée était très petite. Deux, des trois modèles que les chercheurs ont utilisés, ont omis d’indiquer toute matière végétale dans les données de juin, montrant combien cette observation reste difficile. Même avec les résultats les plus importants en terme de données, du mois d’avril, la quantité de lumière polarisée directement attribuable à la vie était de moins d’1 % de la polarisation totale de la lumière du clair de Terre.
Toutefois, cette observation reste une étape positive. Les problèmes, liés à l’utilisation de la lumière cendrée, sont grands, mais elles sont corrigibles avec d’autres observations et peuvent être entièrement éliminées en utilisant les observatoires spatiaux ou lunaires.
L’amélioration des modèles théoriques pourrait aussi aider, en représentant plus de détails dans les types de terrain. Et même s’il n’y a aucune garantie qu’une vie hypothétique, formée ailleurs dans le cosmos, ait la même biochimie chirale que nous avons dans notre monde, sur la Terre, la spectropolarimétrie pourrait offrir de meilleure chance de découvrir ce qu’il y a là-bas.
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La recherche publiée sur Nature : Biosignatures as revealed by spectropolarimetry of Earthshine et l’annonce sur le site de l’ESO : VLT Rediscovers Life on Earth.