Identifier la vie à partir d'atmosphères variées

Il n'y a pas de dissimulation. Les changements dans l'atmosphère de la Terre au fil des saisons sont une preuve irréfutable du fait que la Terre héberge la vie. Une nouvelle étude explore maintenant la possibilité d’utiliser la saisonnalité atmosphérique comme celle de la Terre pour détecter la vie sur d’autres planètes.

L'inclinaison axiale de la Terre la cause des saisons interagit de manière intéressante avec les signatures de la vie. Les observations de différents gaz atmosphériques pourraient-elles révéler la présence de vie sur des planètes situées au-delà de notre système solaire?
NASA

En quête de changement

La plupart des recherches pour la vie au-delà de notre planète se concentrent sur l'identification de biosignatures statiques, telles que la présence de méthane ou de grandes quantités d'oxygène dans une atmosphère exoplanétaire. Cette approche présente toutefois de nombreuses ambiguïtés, notamment une forte probabilité de faux positifs (processus imitant chimiquement les signatures de vie mais ne faisant pas partie de la vie) et de faux négatifs (non-détections malgré la présence de vie).

Les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique (en haut) et de méthane (en bas) dans la Terre varient selon les saisons, comme le montrent ces données du laboratoire de recherche sur le système terrestre de la NOAA.
Olson et al. 2018

Dans une nouvelle étude dirigée par Stephanie Olson (UC Riverside et équipes de laboratoires d'alternatives terrestres et de laboratoires planétaires virtuels de l'Institut d'astrobiologie de la NASA), une équipe de scientifiques a proposé une approche alternative: rechercher la variabilité distinctive des atmosphères d'exoplanètes indiquant la présence de vie. .

Saisons et vie

si vous êtes comme moi, vous n'avez probablement pas passé beaucoup de temps à réfléchir aux interactions entre la biosphère terrestre et son inclinaison axiale. Néanmoins, cette interaction est responsable de changements saisonniers distinctifs dans l'atmosphère de notre planète!

Ce schéma montre comment les niveaux d'oxygène et de dioxyde de carbone dans l'atmosphère varient d'une phase à l'autre de manière saisonnière, l'augmentation de la lumière solaire en été entraînant une conversion plus importante du dioxyde de carbone en oxygène.
Olson et al. 2018

Comme la majeure partie de notre globe est recouverte de photosynthèse, la disponibilité saisonnière de la lumière solaire régule la conversion du dioxyde de carbone en oxygène, ce qui donne à notre atmosphère une signature qui varie au cours de l’année. Et la photosynthèse n'est pas le seul coupable! D’autres produits biologiques évoluent également de façon saisonnière - à mesure que la température de surface de notre globe change au cours de l’année, les vitesses biologiques, la solubilité dans les gaz, les régimes de précipitations, etc., réagissent en conséquence.

Olson et ses collaborateurs posent une question simple: si notre atmosphère varie distinctement de manière à révéler la présence de la vie sur Terre, pouvons-nous rechercher une variation similaire sur d’autres planètes?

Signatures Gazeuses

Pour répondre à cette question, Olson et ses collaborateurs examinent le potentiel de variation saisonnière de plusieurs gaz atmosphériques: le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxygène moléculaire et l'ozone. Pour une planète faiblement oxygénée (comme la Terre primitive), les auteurs constatent qu'un indicateur de la vie détectable peut être les variations saisonnières de la force des bandes spectrales de l'ozone aux longueurs d'onde ultraviolettes. Cette variation sert de traceur de la saisonnalité de l'oxygène moléculaire.

Les oscillations saisonnières de l'oxygène pourraient créer une différence observable dans la profondeur de la raie spectrale de l'ozone sur une planète présentant les bonnes conditions, comme illustré ci-dessous.
Adapté de Olson et al. 2018

Pour découvrir une telle signature dans l'atmosphère de planètes lointaines, nous aurons probablement besoin d'imagerie directe étendue. La spectroscopie de transit, telle que celle attendue du télescope spatial James Webb, sondera les planètes en un seul point de leur orbite, empêchant ainsi la détection des changements saisonniers. Olson et ses collaborateurs préconisent donc que les prochaines missions d’imagerie directe, telles que LUVOIR et HabEx, incluent des capacités d’observation ultraviolettes.

Quelle est la probabilité que nous puissions réellement détecter des changements saisonniers dans les gaz atmosphériques d'exoplanètes lointaines? Une modélisation plus détaillée devra certes être réalisée - mais entre-temps, cette étude présente une technique supplémentaire intéressante que nous pouvons ajouter à notre arsenal et explorer davantage à l'avenir!

Citation

Stephanie L. Olson et al 2018 ApJL 858 L14. doi: 10.3847 / 2041-8213 / aac171

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Ce poste a été publié à l'origine sur AAS Nova, qui présente les faits saillants des recherches effectuées dans les journaux de la Société astronomique américaine.