Parues sur le fil Facebook du blog, voici quelques "brèves" supplémentaires
BÉTELGEUSE VUE DE PRÈS
comparaison de taille Bételgeuse/Soleil
Les premiers astronomes instrumentalistes faisaient la différence entre planètes et étoiles parce que ces dernières, quel que soit l’outil utilisé, restaient toujours des point lumineux invariables (tandis que les planètes affichaient leurs formes et particularités).
Cette vérité est aujourd’hui battue en brèche pour la première fois dans l’histoire de l’Humanité : en effet, le grand télescope VLT (diamètre de 8 m) situé au Chili a pu visualiser la surface d’une étoile, en l’occurrence Bételgeuse.
Cette supergéante rouge en fin de vie est 15 fois plus massive, mille fois plus grande, 100 000 fois plus lumineuse que le Soleil dont elle consomme, à la fin de son existence, l’équivalent de la masse en seulement 10 000 ans ! Appartenant à la constellation d’Orion, elle est située à 430 années-lumière de la Terre et est la neuvième étoile du ciel par son éclat. Jusqu’à présent, pourtant, impossible d’en savoir beaucoup plus…
Toutefois les progrès de l’astronomie instrumentale sont constants : bien sûr, distinguer le globe stellaire de Bételgeuse n’est pas facile puisque cela correspond à visualiser la surface d’une pièce de 1 euro située à 100 km ! Mais, grâce à une nouvelle génération d’optique adaptative permettant de corriger en temps réel les perturbations de l’atmosphère terrestre, eh bien, on a pu voir Bételgeuse de plus près : une tâche orangée, irrégulière, dotée d’une immense bulle qui bouillonne à sa surface et entourée de panaches de gaz aussi grands que le système solaire. Première surface stellaire autre que le Soleil jamais distinguée par les yeux de l’Homme…
Cette avancée technologique va permettre aux scientifiques d’observer directement ces étoiles en fin de vie et de mieux comprendre comment, en explosant, elles fertilisent le milieu interstellaire.
Depuis qu'ils ont été décrits, on n'a jamais (et pour cause) pu voir un trou noir puisque, par définition, il "avale" tout ce qui l'entoure... jusqu'à la lumière qui ne peut plus en ressortir. Il faut donc se contenter de signes indirects et, chaque fois qu'on en trouve, on avance un peu plus dans la connaissance de ce phénomène, décrit, rappelons-le, par Einstein dans sa théorie de la Relativité générale (phénomène dont on a longtemps douté).
dessin d'artiste du trou noir V 404 Cygni
Pas très loin d'ici (8000 années-lumière quand même), dans une zone très riche en étoiles , du côté de la constellation du Cygne, il existe un système binaire (c’est-à-dire deux étoiles tournant autour l'une de l'autre) nommé V404 Cygni. Or ce système est très intéressant car on y soupçonne depuis longtemps l'existence d'un trou noir dit "stellaire" (de la taille d'une étoile, par opposition aux trous noirs géants centraux des galaxies).
Ce n'est pas la première fois que ce système binaire fait parler de lui puisqu'on retrouve ses "coups d'éclat" en 1938, 1956 et 1989. C'est d'ailleurs à cette dernière date qu'on comprend que le plus petit des deux astres est deux fois moins massif que notre Soleil tandis que son compagnon invisible est 12 fois plus massif ce qui permet d'être certain qu’il ne s'agit ni d'une étoile à neutrons, ni d'une naine blanche...
Il y a quelques mois, en juin 2015, V404 Cygni a refait parler de lui et cette fois, on est sûr : il s'agit bien d'un trou noir qui engloutit par à-coups la matière de sa compagne, matière arrachée à elle et accumulée autour de lui durant les années précédentes. Bien entendu, compte tenu de la distance, les événements qu'on voit aujourd'hui se sont déroulés il y a 8000 ans, le temps que la lumière de ce lointain (au plan stellaire) et pourtant proche (au plan galactique) objet double nous parvienne.
V404 Cygni est actuellement le lieu de « turbulences» si intenses que, selon des scientifiques japonais, les signes indirects de l'existence de son trou noir pourraient être bientôt observables… par un simple télescope d’amateur… Et ça, ce serait vraiment une première !
Image : dessin d'artiste de V404 Cygni (sources : eurekalert.org)
LA PLUS BRILLANTE DES SUPERNOVAS
Chaque deux ou trois jours, un système de télescopes basé au Chili scrute le ciel, notamment à la recherche de phénomènes extrêmes. C'est en juin dernier que ces télescopes ont repéré une supernova d'une puissance extraordinaire, certainement la plus lumineuse jamais observée...
Située à 3,8 milliards d'années-lumière, la supernova baptisée ASAS-SN-15lh, lors de son point culminant, brillait vingt fois plus que l'ensemble des 200 milliards d'étoiles composant notre Voie lactée. Du jamais vu !
Les astronomes évoquent alors ce qu'ils appellent une "hypernova" qui est le stade ultime de la mort d'une étoile géante (plus de 40 fois la taille du Soleil) et qui fait se transformer un tel monstre cosmique directement en trou noir.
hypernova (dessin d'artiste)
L'observation, néanmoins, ne colle pas tout à fait avec le modèle (théorique) d'une hypernova. En effet, ces dernières s'observent en principe dans des galaxies naines lointaines (donc très anciennes) où se forment des myriades de nouvelles étoiles. Ici, rien de tel puisque ce cataclysme cosmique s'est déroulé dans une galaxie géante où les nouvelles étoiles sont relativement rares. Comment expliquer alors un tel phénomène ? Certains scientifiques évoquent le cas d'une étoile mourante qui, une fois consommé ses ressources thermonucléaires, se serait transformée en magnétar, c'est à dire une étoile à neutrons dont le champ magnétique est extrême, expliquant donc cette extraordinaire brillance.
En fait, les scientifiques sont perplexes et s'interrogent volontiers sur cette étrange supernova. On attend à présent les observations du télescope spatial Hubble qui, peut-être, nous en apprendra plus. Une chose en tout cas est sûre : une telle puissance est certainement capable de détruire toute trace de vie organique sur des milliers d'années-lumière à la ronde. On est certainement heureux qu'un tel monstre n'ait pas fini sa vie dans notre propre galaxie...
Image : dessin d'artiste d'une hypernova (sources : telegraph.co.uk)
PLANÈTE LOINTAINE
Jupiter, la plus grosse planète du système solaire
2MASS J2126 est le nom d'une planète errante. En effet, depuis sa découverte, les scientifiques la considéraient comme une planète "flottante", c'est à dire orpheline et solitaire car n'appartenant à aucun système stellaire. Mais à force d'observer cette planète géante qui fait approximativement 15 fois la masse de Jupiter, la plus grande planète de notre système solaire, eh bien, les scientifiques ont fini par la rattacher à une étoile...
2MASS J2126 fait donc bien partie d'un système stellaire sauf qu'il s'agit du plus large jamais découvert : la planète se trouve en effet à... un million de millions de kilomètres de son étoile, soit environ 7000 fois la distance qui sépare la Terre du Soleil ! On peut dire ça autrement : la distance gigantesque qui sépare les deux objets fait que, sur la planète lointaine, l'année dure environ 900 000 ans, le temps pour la planète de boucler un tour complet autour de son étoile...
Si une forme de vie existait sur 2MASS J2126 (ce qui est peu probable puisqu'il s'agit d'une géante gazeuse), ses habitants ne pourraient pas savoir quel est leur soleil puisque, leur étoile étant si éloignée, elle se confondrait avec les autres... On se demande vraiment comment un tel système a pu se constituer et, surtout, comment il a pu perdurer...
Image : notre planète géante Jupiter est 15 fois plus petite que 2MASS J2126 (sources : astro-rennes.com)
LA NÉBULEUSE DE LA CARÈNE
nébuleuse de la Carène
Une nébuleuse est un objet astronomique composé de gaz et de poussière qui peut parfois prendre des aspects étranges. Bien entendu, ces objets sont internes à la Voie lactée. Toutefois, avant que Edwin Hubble ne démontre que notre galaxie était entourée par des milliards d'autres galaxies, on pensait ces dernières intérieures à la Voie lactée et, taches pâles de nature inconnue, on les nommait aussi nébuleuses ("la grande nébuleuse d'Andromède" par exemple). Donc, ne pas confondre...
La nébuleuse de la Carène est une des plus grandes nébuleuses visibles depuis la Terre mais seulement depuis son hémisphère sud (ce qui explique qu'elle soit moins connue que, par exemple, la nébuleuse d'Orion). Elle est le jeu d'une "lutte" entre poussière et étoiles puisque que c'est à partir de cette poussière que naissent les astres. Du coup, les bébés étoiles provoquent la dispersion des cocons de poussière où ils sont nés. On peut ainsi voir au télescope d'immenses piliers ou pics qui donnent l'impression d'être des roches solides. En réalité, ces constructions sont encore plus légères que l'air que nous respirons et leur densité est infime. Peu à peu, ces océans de poussière et de gaz seront détruits par les nouvelles étoiles qui s'en serviront pour se construire...
L'image des piliers de la Carène qu'on peut voir ci-après a été prise par le télescope spatial Hubble et elle représente une largeur de trois années-lumière alors que les piliers eux-mêmes sont situés à 7 500 années-lumière du Soleil.
Image : piliers de poussière dans la nébuleuse de la Carène
Crédit photo : Hubble Legacy Archive, ESA, NASA
UNE ÉTOILE DESTRUCTRICE
système stellaire WD 11451017 (vue d'artiste)
Encore un exploit du télescope spatial Kepler de la NASA ! Cette fois, son objectif était calé sur une naine blanche, WD 11451017, située à 570 années-lumière de nous, dans la constellation de la Vierge.
Rappelons qu'une naine blanche est le stade ultime de l'évolution d'une étoile de type solaire quand celle-ci a épuisé tout son combustible, en l’occurrence son hydrogène. Après avoir enflé jusqu'à devenir une géante rouge, l'étoile se rétracte sous la forme minuscule d'une naine blanche (de la taille de la Terre), minuscule mais hyperdense : 2 à 3 grains de poussière de l'étoile pèsent alors plus que toute la tour Eiffel...
Kepler a donc observé la naine et a mis en évidence qu'un corps céleste tournait autour d'elle puisque sa lumière fixe était éclipsée à intervalles réguliers. Le corps ne pouvait être qu'une planète, probablement géante. Détail curieux, Kepler a montré que la dite planète laissait derrière elle un panache de poussière; l'explication est simple : la planète se désagrège progressivement sous l'effet de la puissance d'attraction de la naine blanche, ses cendres étant aussitôt englouties dans les profondeurs de l'étoile. Une mort en direct, sous les yeux des astronomes !
Un phénomène d'autant plus intéressant que c'est exactement ce qui se produira pour notre Soleil... dans cinq milliards d'années environ. Une époque où les hommes auront depuis fort longtemps disparu...
Pour la majorité de nos contemporains, il existe deux types de planètes peuplant le système solaire : les planètes telluriques comme la Terre ou Vénus et les géantes gazeuses comme Jupiter ou Uranus. En réalité, pour ce qui concerne ces dernières, les planètes géantes, c’est un peu plus compliqué que ça : il n’est donc pas inutile de revenir sur des caractéristiques souvent mal ou peu connues.
Telluriques et géantes
La Terre, comme Mars, Vénus et Mercure - en somme les planètes les plus proches du Soleil - sont des planètes telluriques, c’est-à-dire des astres comprenant principalement des roches et du métal. Ces planètes sont composées de trois couches ou enveloppes concentriques : le noyau, le manteau et, en surface, la croûte.
une planète tellurique typique : la Terre
Cette surface est solide, principalement faite de matériaux non volatils (fer métallique et roches silicatées). Par voie de conséquence, la densité de ces planètes est relativement élevée, aux alentours de 5 (de 4 à 5,7 pour être plus précis). On peut rapprocher de ces structures certains gros satellites comme évidemment la Lune mais aussi Io, la plus grosse lune de Jupiter, qui, stricto sensu, peuvent également être qualifiés de telluriques.
Du fait que, à notre connaissance, la Vie telle qu’on l’imagine n’est apparue que sur Terre, on la cherche également sur d’autres planètes telluriques, éventuellement sur Mars, mais surtout sur des exoplanètes que nos instruments arrivent à présent à repérer bien que cette détection soit rendue particulièrement difficile en raison de leur petite taille relative.
Géantes : gazeuses et planètes de glaces
Les quatre planètes plus extérieures du système solaire sont des géantes dites gazeuses. Totalement différentes des planètes telluriques que nous venons d’évoquer, ces planètes sont composées essentiellement de gaz, à la manière de Jupiter, la cinquième planète, la plus grosse de tout le système, plus volumineuse et massive que toutes les autres planètes réunies.
Toutefois, si Saturne présente bien une structure analogue à Jupiter, dès les années 1990, il est apparu que ce n’était pas réellement le cas pour les deux autres, Uranus et Neptune. En effet, Jupiter et Saturne sont principalement composées de
et une planète gazeuse typique : Jupiter
gaz légers, essentiellement de l’hydrogène et de l’hélium (environ 90% de la masse de Jupiter, par exemple).
Il en va tout autrement pour nos deux planètes extérieures, Uranus et Neptune. Ces deux géantes ne sont pas que « gazeuses » car elles contiennent aussi des composés volatils tels que du méthane, de l’ammoniac et de l’eau. Il s’agit là d’éléments intermédiaires plus lourds que les gaz de type jovien mais bien plus légers que les matières rocheuses et métalliques qui composent les planètes telluriques. On parle alors de planètes de glaces (avec un s), de sous-géantes ou mieux encore de « Neptune ». Précisons pour les anglicistes que si, en anglais, le mot « ice » est au singulier (car en épithète invariable), il est impératif en français d’utiliser le pluriel puisque, au-delà du cas de l’eau, il existe bien d’autres types de glaces.
Comme pour les géantes gazeuses, des exoplanètes de ce type ont été découvertes ces dernières années et comme pour les gazeuses et ses Jupiter chauds ou froids , il a été décrit des Neptune chaudes en orbite proche de leur étoile et des Neptune froides comme dans le système solaire.
Planètes de glaces et planètes de glace
En astronomie, certains termes peuvent être trompeurs (on se rappelle ainsi que les étoiles sont soit des géantes ou supergéantes, soit des naines, sans que jamais on ne parle d’étoiles « normales » ou « moyennes »). Le terme de « glace » est ici aussi un faux-ami. En effet, en astrophysique, n’importe quel élément plus lourd que l’hydrogène et l’hélium mais moins lourd que les métaux et les silicates est dénommé « glace ». Il s’agit donc non d’un état de la matière mais d’un terme qui désigne des éléments chimiques. En d’autres termes, il existe pour chaque élément (azote, carbone, oxygène, méthane, etc.) une « ligne de glace » à partir de laquelle un corps de gazeux devient solide, c’est-à-dire « de glace ». Cette limite est évidemment variable selon les éléments considérés et la température ambiante et une planète de glaces correspondra au type de planètes dont l’ensemble des éléments (hors hélium et hydrogène) sera solide.
Par contre, si l’on veut évoquer l’eau à l’état solide, donc à basse température, on
Europe, satellite de Jupiter, est une planète de glaces
parlera d’élément « gelé » (et non de glace) ; une planète très froide dont la surface renferme beaucoup d’eau sera une « planète gelée » plutôt qu’une planète glacée qui pourrait prêter à confusion. Cela peut sembler curieux mais si l’on ignore cette terminologie, on ne peut rien comprendre à ce qu’est une planète de glaces…
Les planètes de glaces comme Uranus et Neptune mais également les lunes de glaces comme Encelade (satellite de Saturne) ou Europe (satellite de Jupiter) sont donc composées d’éléments dits de glaces (d’où le pluriel) qui n’ont aucun rapport avec leur température de surface, certaines exoplanètes « de glaces » atteignant des températures formidablement élevées.
Uranus et Neptune
Il n’est pas surprenant que Uranus et Neptune soient restées longtemps cataloguées comme des géantes gazeuses typiques. Ces deux planètes, en effet, sont les deux les plus éloignées de nous et il a fallu attendre le télescope spatial Hubble et les télescopes terrestres ultra-performants de ces dernières années pour comprendre leur structure.
Uranus est visible à l’œil nu et, néanmoins, longtemps on passera à côté de son caractère planétaire, probablement en raison de son éclat extrêmement faible, à la limite du visible. C’est pourtant la troisième planète du système solaire par la taille mais elle est si lointaine et elle bouge si lentement (elle met 84 ans pour faire sa révolution autour du Soleil) qu’il faudra attendre la fin du XVIIIème siècle pour
Uranus
qu’un astronome britannique, William Herschel, reconnaisse son statut de planète le 13 mars 1781. Pour se donner une idée de la distance qui nous sépare d’Uranus, il suffit de comparer le temps que met la lumière du Soleil pour parvenir jusqu’à la Terre (un peu plus de 8 minutes) et sur Uranus (environ 2 heures et 40 minutes). Caractère également remarquable, Uranus est la planète la plus froide du système solaire avec une température pouvant descendre jusqu’à -224°.
Cette planète lointaine est longtemps passée au second plan des préoccupations des scientifiques puisqu’elle n’a été visitée qu’une seule fois, en 1986, par la sonde Voyager 2 avant que cette dernière ne s’enfonce dans les espaces infinis. Toutefois, semble-t-il, les priorités pourraient prochainement changer.
Encore plus lointaine ! La lumière solaire met plus de quatre heures (4 heures et 12 minutes) pour atteindre Neptune et puisque Pluton a été rétrogradée en planète naine, c’est la dernière planète du système. Elle a été découverte indirectement grâce au calcul mathématique. C’est en effet par les nombres et les équations que l’astronome français Urbain Le Verrier permit son identification en se fondant sur les perturbations de la trajectoire d’Uranus. Le Verrier était persuadé que les légères anomalies du parcours de cette planète ne pouvait qu’être la conséquence de l’influence gravitationnelle d’une autre. Après avoir longtemps calculé, il proposa de braquer les télescopes à un endroit et à un moment bien précis et, effectivement, Neptune était au rendez-vous…
Un peu plus petite que sa « voisine » Uranus, elle est en revanche un peu plus massive : c’est la quatrième planète en taille du système solaire et c’est aussi une planète de glaces. Bien sûr, son atmosphère est composée surtout d’hydrogène et d’hélium mais avec la présence d’eau, d’ammoniac et de méthane (les fameuses « glaces » au sens astrophysique du terme). C’est d’ailleurs le méthane qui confère à la planète sa teinte bleue (photo du début). En 1989, Voyager 2 observa sur Neptune une grande tache sombre, analogue à la grande tache rouge de Jupiter (dont on sait qu’elle trahit la présence d’une immense tempête se prolongeant depuis des siècles). Perturbations atmosphériques puissantes donc sur Neptune, à la différence près que la grande tache observée en 1989 a aujourd’hui disparu. Il n’en reste pas moins que Neptune est une planète plutôt hostile car, outre son atmosphère de méthane et d’ammoniac, les vents y soufflent jusqu’à 2100 km/h et la température y descend jusqu’à -218°, à peine moins froid qu’Uranus.
Sait-on comment se forment les géantes gazeuses ?
Concernant les géantes gazeuses de type jovien, la communauté scientifique était arrivée à un relatif consensus sur leur formation. On pensait que celle-ci était grosso modo identique à celle des planètes telluriques, à savoir :
* comme leur étoile, elles se seraient formées à partir de la nébuleuse originelle, par accrétion progressive de poussière et de glaces ;
* la différence entre planètes telluriques et gazeuses serait due au fait que, plus l’objet en devenir est proche de l’étoile centrale, plus d’éléments chimiques sont détruits ne laissant que les roches silicatées et les métaux (planètes telluriques) ;
* à distance du Soleil, toutefois, beaucoup plus d’éléments peuvent subsister comme, par exemple, l’oxygène et le carbone. De ce fait pourront se constituer des planétésimaux plus massifs que vers l’intérieur du système, des noyaux solides qui, une fois atteinte une certaine taille critique évaluée à une dizaine de masses terrestres, pourront retenir grâce à leurs forces gravitationnelles des éléments plus volatils comme l’hydrogène et l’hélium, particulièrement abondants dans le système stellaire embryonnaire. Voilà comment était imaginée la formation des géantes gazeuses.
Malheureusement pour les théoriciens, l’étude de planètes extrasolaires depuis les années 1990 allait tout remettre en question. En effet, si l’on retient le modèle que nous venons d’exposer
vue d'artiste d'une Jupiter chaude
, un point est essentiel : il est impératif que les géantes gazeuses se forment à une distance raisonnable de l’étoile centrale. Or l’observation des planètes extrasolaires montre l’existence de géantes gazeuses à courte période orbitale de quelques jours seulement ce qui les place tout contre leur étoile avec des températures de surface de l’ordre de 1000°. Comment cela est-il possible ? Par l’introduction d’une notion appelée « migration planétaire ». Ces géantes gazeuses qu’on appelle dès lors des Jupiter chauds se seraient secondairement rapprochées du centre du système…
Bon, admettons. Hélas, il y a une dizaine d’années, la poursuite de l’exploration des planètes extrasolaires a apporté une autre surprise : le présence d’une géante gazeuse tournant en un seul jour autour de son étoile ce qui veut dire qu’elle est presque « à touche-touche » avec elle. Comment fait-elle pour ne pas être détruite ? Problème.
Quelques années plus tard, en 2008, les scientifiques mettent en évidence l’existence d’une géante gazeuse en formation (!) de moins de 10 millions d’années, dix fois plus massive que Jupiter et vingt-cinq fois plus proche de son étoile que la Terre du Soleil. L’étoile en question étant très jeune (100 millions d’années), on se passionne pour ce nouveau couple atypique mais le moins que l’on puisse dire est que la théorie de formation des géantes gazeuses est loin d’être définitive.
Et les géantes de glaces ?
Puisque les géantes de glaces contiennent de grandes quantités de gaz, comme les géantes gazeuses, elles se forment également très tôt, juste après la naissance du disque d’accrétion protoplanétaire : les spécialistes avancent l’ordre de 3 à 10 millions d’années. Toutefois, c’est leur position excentréequi va les différencier des gazeuses comme Jupiter. Puisque si lointaines, elles capturent, en effet, de nombreuses glaces, notamment d’eau évidemment, mais également d’éléments volatils plus lourds que l’hélium et l’hydrogène comme, par exemple, l’azote ou le carbone. Comme pour les géantes gazeuses classiques, une migration planétaire est envisagée
et si, en migrant, une planète de glaces devenait une planète-océan ?
pour expliquer l’existence de « Neptune » chaudes dont, au fur et à mesure de leur migration, les caractéristiques peuvent devenir étranges : l’une d’entre elles, Gliese 436b présente encore de la glace d’eau solide alors que la température de surface avoisine les 440° ! Ailleurs, on peut imaginer que, après avoir longtemps gardé leur atmosphère, certaines de ces planètes peuvent théoriquement se transformer en « planètes-océan » comme celle décrite dans Star Wars, le célèbre film de science-fiction.
Exoplanètes gazeuses et gazeuses de glaces
Les études de plus en plus fines qui s’intéressent aux exoplanètes concernent au premier chef les planètes telluriques ; les seules d’après les scientifiques susceptibles d’abriter un embryon de vie et on sait bien que la recherche d’une vie extraterrestre, si ténue soit-elle, est un des grands défis de l’astronomie moderne. Toutefois, les planètes telluriques sont toujours très petites comparées aux géantes gazeuses et c’est surtout ces dernières que révèlent nos télescopes. Il aura fallu de nombreuses années avant que l’on se rende compte que Neptune et Uranus étaient différentes de leurs cousines Jupiter et Saturne. On retrouve ce distinguo au delà du système solaire ce qui, au demeurant, est parfaitement logique car si l’on suppose qu’il existe un mécanisme universel de formation des planètes, les mêmes causes produisent les mêmes effets. En somme, on identifie - et c’est heureux - dans le cosmos des structures voisines de celles qui nous entourent dans le système solaire : on l’a déjà évoqué ici, les lois de la physique sont partout les mêmes. Neptune et Uranus ont sans doute beaucoup à nous apprendre sur cette variété de planètes - dites de glaces - qui existent dans le cosmos. Il semble que la NASA et l’ESA commencent à s’intéresser à ces objets si particuliers.
nébuleuse de la Carène : une pouponnière d'étoiles
De nouvelles étoiles naissent-elles régulièrement dans le cosmos ? Cette question peut paraître quelque peu puérile de nos jours mais il n’en fut pas toujours ainsi. Il y a encore une soixantaine d’années une grande partie de la communauté scientifique pouvait en douter. Il faut dire que, historiquement, le débat sur l’éventuelle naissance d’étoiles dans l’univers opposait deux écoles. Certains astronomes étaient plutôt partisans de la « théorie du noyau originel » et d’une création stellaire active et continue tandis que les autres pariaient sur un cosmos invariable qui, certes, s’enrichissait de matière mais au sein d’un univers dont l’état était permanent et immuable, un univers dit « stationnaire ».
Deux théories parfaitement contraires
Avec la publication par Albert Einstein de la théorie de la relativité générale, pour la première fois dans l’histoire de l’Humanité, la cosmologie s’affranchissait totalement des apriori religieux pour entrer de plain-pied dans le domaine scientifique. Dès les années 1930, le cosmologiste (et abbé) belge Georges Lemaître avait avancé l’hypothèse que l’origine de l’univers pouvait se trouver dans la désintégration d’un noyau originel très dense et très chaud. Il nomma son hypothèse « théorie de l’atome primitif ». Pour affirmer ses dires, il s’appuyait sur la mise en évidence en 1929 par Edwin Hubble de l’expansion de notre univers. Cette approche encore très rudimentaire fut affinée dans les années qui suivirent pour aboutir à ce que l’on appelle aujourd’hui la théorie du Big bang.
Toutefois, une grande partie des scientifiques qui s’intéressaient à la question restait sceptique et pour proposer une alternative à cette théorie qu’il considérait comme ridicule, le grand astronome britannique Fred Hoyle proposa une explication totalement différente (pour ne pas dire opposée) : l’univers stationnaire. Dans cette approche, respectant à la
naissance continue d'étoiles ou univers immuable ?
lettre la théorie de la relativité générale, Hoyle postule que l’univers obéit au principe cosmologique parfait, à savoir qu’il est homogène et isotrope ( ce qui veut dire que à grande échelle sa structure est toujours la même). En résumé, l’univers de Hoyle est identique à lui-même en tout endroit de l’espace et ce quelle que soit l’époque concernée. Reste le problème de l’expansion de l’univers qui dilue inéluctablement la matière avec le temps : cela suppose, explique l’astronome britannique, une création continue de matière au sein des étoiles de façon à conserver un équilibre parfait pour un univers éternel et immuable. Évidemment, nul besoin ici de phase initiale chaude et dense… Hoyle en est tellement persuadé que, en 1949, dans une tribune radiophonique restée célèbre, pour se moquer de l’hypothèse concurrente de la sienne, il la baptise sarcastiquement de « Big bang »… une appellation ironique qui aura le succès que l’on sait !
Concernant les naissances de nouvelles étoiles, seule la théorie du Big bang consent à les envisager mais les instruments de l’époque ne permettent pas de les mettre en évidence.
Ce n’est qu’en 1964 que, totalement par hasard, deux scientifiques, Penzias et Wilson, qui travaillaient sur une antenne expérimentale pour la compagnie téléphonique Bell,
fonds diffus cosmologique
mirent en évidence un bruit de fond continu et dans toutes les directions : ils venaient de découvrir les traces radio du fonds diffus cosmologique, c’est-à-dire le reliquat des tous premiers instants de l’Univers, le moment du début de son expansion. La conclusion est alors sans appel : l’univers n’est pas stationnaire mais a eu un point de départ, sommairement appelé Big bang. (voir le sujet « fonds diffus cosmologique » ici).
Les années s’écoulant et le matériel devenant de plus en plus performant (télescope spatial Hubble et grands télescopes terriens à optique adaptative entre autres), il est aujourd’hui possible de repérer dans le ciel de notre galaxie les zones de création stellaire.
Formation d’une étoile
Outre de très nombreuses étoiles, la Voie lactée est l’endroit où l’on peut rencontrer d’immenses bancs de poussière et de gaz. C’est à partir de certains de ces objets appelés en astronomie « nébuleuses » en raison de leurs contours imprécis que peuvent se former de nouvelles étoiles.
Les nébuleuses galactiques sont essentiellement formées de gaz (99%) contre seulement 1% de poussière. Ce gaz est principalement de l’hydrogène moléculaire (c’est-à-dire dans un état où les atomes se sont associés pour former des molécules) occupant d’immenses espaces souvent compris entre 50 et 300 années-lumière. Cet hydrogène est alors à une température proche du zéro absolu pour une densité de 1000 molécules par centimètre cube. Ces nuages résistent à la forte gravité qui devrait les faire s’écrouler, notamment grâce à la force centrifuge (puisqu’ils tournent sur eux-mêmes) et au champ magnétique interstellaire.
Toutefois, cette situation de relatif équilibre peut se rompre sous l’action de certains facteurs comme l’explosion d’une supernova voisine dont l’onde de choc de l’explosion peut déstabiliser le nuage moléculaire ou la traversée par ce nuage d’un endroit plus dense de la Galaxie où il subira une compression entraînant son effondrement gravitationnel.
Quoi qu’il en soit, l’effondrement du nuage conduit à sa fragmentation avec l’apparition de blocs de plus en plus petits
différents stades de formation d'une étoile
tandis que la température s’élève progressivement. Cette fragmentation finit par s’arrêter lorsque les blocs de gaz sont tout petits ; toutefois chaque petit nuage de gaz continue de se contracter et de se réchauffer par conversion de son énergie gravitationnelle en énergie thermique. Le gaz devient de plus en plus opaque et ce qui, en réalité, est déjà une proto-étoile va voir sa lumière passer de l’infrarouge à la lumière visible.
C’est au centre de l’étoile en formation que la température et la densité augmentent le plus et lorsque les dix millions de degrés sont atteints, les réactions nucléaires de fusion de l’hydrogène s’amorcent. La pression interne de l’étoile s’oppose aux forces gravitationnelles et un équilibre est finalement atteint avec l’arrêt de la contraction : l’étoile en est alors à un stade qu’on pourrait qualifier « d’adulte » et se trouve donc sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung- Russell (sur lequel nous reviendrons).
En périphérie s’est formé un disque d’accrétion qui finit par s’estomper avec le temps mais non sans avoir éventuellement donné des planètes qui formeront avec l’étoile centrale un système stellaire.
Toutes les étoiles ne naissent pas dans de grandes nébuleuses gazeuses puisque certaines voient le jour dans de petits nuages moléculaires de quelques années-lumière seulement mais les étoiles alors formées sont également petites.
Ajoutons également que certaines étoiles géantes ont une vie (relativement) courte - quelques centaines de millions d’années - par opposition aux étoiles les plus nombreuses de notre Galaxie (et certainement de toutes les autres), les naines rouges, qui peuvent exister et briller durant des dizaines de milliards d’années. La formation d’une étoile est également variable (sans commune mesure néanmoins avec la durée de sa vie réelle) : par exemple, on estime que la durée de formation d’une naine jaune comme le Soleil est de l’ordre de quelques dizaines de millions d’années (pour une vie d’environ 10 milliards d’années) alors que, pour une étoile bien plus grosse, disons d’une dizaine de masses solaires, elle ne dépassera pas 100 000 ans.
Classification des étoiles : le diagramme de Hertzsprung-Russell (diagramme HR)
Nous avons déjà à plusieurs reprises abordé l’origine et l’utilité de ce diagramme HR (comme par exemple dans ce sujet : la couleur des étoiles ) et nous rappellerons simplement qu’il s’agit d’une sorte de carte de la répartition des différentes étoiles en fonction de leur luminosité et de leur température effective, ce qui permet de les classer en différents groupes mais aussi d’objectiver leur évolution.
diagramme de Hirtzsprung-Russell
La grande majorité des étoiles (environ 90%) se situe sur une ligne médiane appelée séquence principale allant de, en haut, à gauche du diagramme (chaud et très lumineux), jusqu’à, en bas, à droite (froid et peu lumineux). Outre le gros bataillon des étoiles de la séquence principale, on peut mettre en évidence trois autres groupes. Deux sont situés au dessus de cette séquence principale, celui des supergéantes, ultra-minoritaire, et celui des géantes qui sont en fait des étoiles en fin de vie (Lorsqu’il aura brûlé tout son hydrogène, notre Soleil passera par le stade de géante rouge et quittera donc la séquence principale sur laquelle il se trouve actuellement pour encore cinq à six milliards d’années). Le groupe situé en dessous de la séquence principale ne concerne pas réellement des étoiles puisque c’est celui des naines blanches qui sont le stade terminal des astres comme le Soleil, des cadavres stellaires, en somme, ne présentant plus de réactions nucléaires et s’éteignant peu à peu.
Les étoiles primordiales
Signalons enfin des étoiles bien particulières qui n’existent plus de nos jours : les étoiles primordiales. Ce sont les toutes premières étoiles ayant existé dans l’univers. Si les étoiles des générations actuelles transforment bien l’hydrogène en hélium tout au long de leurs vies, elles sont également riches en atomes lourds (fer, or, soufre, oxygène, etc.). Or, à l’évidence, les premières étoiles ne pouvaient pas posséder ces atomes puisque l’univers n’était composé que d’hydrogène et d’hélium. Ces étoiles du tout début étaient très certainement supermassives (certaines devaient atteindre 100 fois la taille du Soleil). Elles ont fabriqué les atomes lourds absents au début de l’univers et c’est en explosant dans des conditions cataclysmiques qu’elles ont pu ensemencer avec ces corps lourds les générations stellaires suivantes. Sans ce processus, la Vie n’aurait tout simplement pas été possible. On trouvera plus de détails sur cet intéressant groupe d’étoiles ici : « les étoiles primordiales ».
La nébuleuse d’Orion, une pouponnière d’étoiles
Par une nuit sans Lune et sans lumière parasite, il est assez facile de distinguer, même avec de simples jumelles (voire à
constellation d'Orion
l’œil nu), la nébuleuse d’Orion M42. Elle est ainsi appelée parce qu’elle se trouve au centre bas de la constellation d’Orion, une superbe constellation de l’hémisphère nord qui abrite deux étoiles fort célèbres : Bételgeuse et Rigel. La dite constellation représente une sorte de quadrilatère resserré en son centre où se trouvent trois étoiles : la ceinture d’Orion. Toutefois, il faut rappeler que ces objets (et les étoiles formant la constellation) n’ont rien en commun : leur « proximité » supposée n’est qu’une illusion d’optique quand on les observe depuis la Terre ; il ne s’agit donc que de repères pratiques sans réalité physique. La nébuleuse elle-même est située à 1350 années-lumière de nous. C’est un grand nuage de gaz s’étendant sur 33 années-lumière de large, connu et répertorié sous les sigles M42 (catalogue de Messier) ou NGC1976 (New General Catalog). Cette zone est une véritable maternité d’étoiles, avec tellement d’astres présents qu’on la croirait illuminée de l’intérieur comme on peut le voir sur la photo ci-après :
Sur cette photo, on peut distinguer l’association de la nébuleuse d’Orion M42 en rouge (couleur de l’hydrogène) et d’une nébuleuse bleue, située sur la gauche de M42, nommée NGC1977, mais également appelée la nébuleuse de l’homme qui court.
Le gros point bleu brillant se trouvant à droite, en bas de la tache rouge formée par M42 est la nébuleuse NGC1980. Cette dernière est en fait associée à un amas ouvert, c’est-à-dire un ensemble d’étoiles très jeunes et nées ensemble, encore liées entre elles par la gravitation : les étoiles de NGC1980 ont toutes moins de cinq millions d’années d’âge.
À gauche de la nébuleuse bleue NGC1977, on aperçoit des étoiles bleues qui appartiennent à une autre nébuleuse NGC1981, également un amas ouvert mais plus ancien regroupant une cinquantaine d’étoiles approximativement âgées de 150 millions d’années.
Concernant la nébuleuse d’Orion et sa voisine NGC1977, grâce à la technologie infrarouge qui explore les zones froides, on arrive à présent à objectiver les étoiles très jeunes cachées dans les épais nuages de gaz et de poussière. Ici, le gaz brillant de la constellation d’Orion baigne les nouvelles étoiles jeunes et chaudes situées à la frontière du nuage moléculaire géant. En plein centre de la nébuleuse se trouvent quatre étoiles bleues qui forment une espèce de trapèze : leur lumière est absorbée par les atomes de gaz qui la réémettent (d’où le terme de nébuleuse par émission) selon leur structure propre et donc dans des couleurs différentes, à savoir rouge pour l’hydrogène et l’azote, vert pour l’oxygène. Ce sont ces réémissions à grande distance qui trahissent la présence des nouvelles étoiles, autrement cachées en lumière visible.
La nébuleuse d’Orion et sa voisine que nous voyons ici ne représentent qu’une toute petite partie d’un ensemble bien plus gros appelé le nuage (ou complexe) d’Orion. Celui-ci s’étend sur plus de 1500 années-lumière et sur une largeur de plusieurs centaines d’années-lumière mais seule la nébuleuse d’Orion et ses environs immédiats sont accessibles facilement à l’observation sans instruments perfectionnés.
Les objets de Herbig-Haro
Parfois, avec un peu de chance, les scientifiques peuvent repérer les étoiles naissantes grâce à un événement qui leur est propre : la présence d’un jet cosmique appelé « objet de Herbig-Haro » (objet HH) selon les noms de leurs découvreurs.
étoile en formation HH24 et objet de Herbig-Haro
Sur l’image ci-dessus et grâce au télescope spatial Hubble, nous nous trouvons à présent au cœur de la nébuleuse d’Orion et plus précisément dans la pouponnière stellaire d’Orion B. Masquée à la vue, la proto étoile centrale HH24, est environnée de poussière et de gaz froid sous la forme d'un disque d'accrétion en rotation. Lorsque le matériau du disque tombe vers le jeune objet stellaire, il s'échauffe. Des jets opposés se forment le long de l'axe de rotation du système. Perçant au travers du matériau interstellaire de la région, ces jets produisent une cascade d'ondes de chocs le long de leur parcours. L’image risque d’évoquer chez certains la forme d’un sabre-laser à lames antagonistes, cher à l’univers Star Wars de George Lucas, mais il s’agit bel et bien d’un phénomène trahissant la présence d’une toute jeune étoile en formation.
Ces objets de Herbig-Haro sont souvent associés à un groupe particulier d’étoiles jeunes, les étoiles variables de type T Tauri (appelées ainsi d’après l’étoile princeps T Tauri). Toujours situées auprès des nuages moléculaires, ces étoiles sont caractérisées par des variations brutales et imprévisibles de leur magnitude apparente, c’est-à-dire de leur luminosité : ces étoiles sont parmi les plus jeunes qu’il soit possible d’observer puisqu’elles sont âgées de moins de 10 millions d’années. En réalité, on peut avancer que les T Tauri sont dans un stade évolutif intermédiaire entre une proto-étoile et une étoile de faible masse appartenant à la séquence principale du diagramme HR. Il faudra attendre environ une centaine de millions d’années pour que ces toutes jeunes étoiles arrivent sur cette séquence principale. Preuve de leur jeunesse, elles sont encore très souvent entourées d’un disque d’accrétion et sont par ailleurs riches en lithium, un élément qui sera progressivement détruit au fur et à mesure de l’élévation de leur température centrale.
Jeunesse et vieillissement de l’univers
Nous l’avons ici souvent répété : regarder dans le ciel, c’est regarder dans la passé. Regarder la lumière du Soleil, c’est déjà contempler ses rayons avec huit minutes de retard, un laps de temps évidemment négligeable à l’échelle du cosmos. Regarder d’autres galaxies, les observer dans le ciel lointain comme le fait le télescope spatial Hubble, c’est totalement autre chose. Chercher à percer les mystères d’une formation galactique située à plus de 10 milliards d’années-lumière, c’est interpréter une lumière qui a mis 10 milliards d’années à nous parvenir, ce qui veut dire qu’elle fut émise alors que le Soleil n’existait pas encore. Il est même possible que la galaxie dont nous cherchons alors à percer les caractéristiques n’existe plus. Ou en tout cas pas sous cette forme.
Les scientifiques qui observent les galaxies lointaines savent bien qu’elles n’existent plus sous la forme de l’image qui leur parvient mais ils sont intéressés par autre chose : cette image si ancienne est le témoin d’un stade antérieur qui est probablement aussi celui par lequel passa notre propre galaxie, la Voie lactée. Or, qu’a-t-on observé lors que nos instruments nous l’ont permis ? Que jadis, dans ces galaxies lointaines, la création d’étoiles était bien plus importante que de nos jours dans la nôtre.
En effet, dans notre galaxie, le nombre de naissances annuel d’étoiles est estimé à sept (oui, 7) ce qui est finalement assez peu pour une structure qui comprend environ 200 milliards d’étoiles (mais cela représente plus d’un million d’étoiles depuis l’apparition - récente - d’homo sapiens sur Terre). Ce chiffre reste compatible avec ce qu’on sait des galaxies spirales comme la nôtre.
Lorsqu’on observe le ciel profond, on remarque que les galaxies de ce passé lointain créaient annuellement des étoiles par milliers ; il y avait même certaines galaxies appelées galaxies-monstres tant elle étaient productives. Est-ce à dire que, le temps passant, la matière première (gaz, nuage moléculaire) est devenue plus rare ?
Un autre moyen pour notre galaxie de créer de nouvelles
Voie lactée et nuages de Magellan
étoiles serait d’absorber ses galaxies satellites et cela semble en cours car les forces gravitationnelles gigantesques en jeu finiront par la cannibalisation des nuages de Magellan, les deux galaxies satellites proches de la Voie lactée. Répétons une fois de plus que, l’espace étant tellement étendue et vide, cette absorption se fera sans que jamais une étoile n’en percute une autre. En revanche, les forces en présence dans les nuages de gaz provoqueront le regain de naissances que nous évoquions à l’instant…
Et puis, dans environ trois milliards d’années, ce sera le choc fantastique entre notre galaxie et sa voisine M 31 Andromède qui, elle, abrite environ 1000 milliards d’étoiles. Toujours pas de chocs frontaux mais de gigantesques maternités stellaires. C’est prévu pour dans bien longtemps mais cela arrivera. Inéluctablement.
Sources :
1. www.herschel.fr
2. Wikipedia.org
3. www.astronomes.com
4. planete.gaia.free.fr
5. www.futura-sciences.com/sciences
6. www.astronoo.com/fr
7. www.linternaute.com/science
Images
1. nébuleuse de la Carène (source : wallpapercave.com)
archéoptéryx : dinosaure volant ou oiseau véritable ?
Le mot « dinosaure » a été formé à partir du grec ancien δεινός / deinόs (« terriblement grand ») et σαùρος / saûros (« lézard »). C’est dire que, dès la découverte des premiers fossiles de ces animaux, les scientifiques avaient avant tout suspecté une relation entre eux et les reptiles. D’ailleurs, ces bêtes énigmatiques pour l’époque étaient également appelés « grands sauriens », saurien désignant un reptile comme le lézard ou le caméléon. Il faut dire que les squelettes immenses, parfois reconstitués avec difficulté, « donnaient l’impression » de rappeler quelque part la classe des reptiliens. On ne possédait alors pas d’éléments décrivant l’aspect extérieur des dinosaures, s’ils portaient des écailles ou des plumes, quels étaient leurs comportements réels, etc. Aujourd’hui, notamment avec les extraordinaires fossiles récemment mis au jour en Chine, on en sait un peu plus et le problème de l’origine des grands sauriens semble plus complexe que prévu…
Les différentes lignées de dinosaures
Peu après leur apparition il y a 225 millions d’années, les
saurischien sauropode
dinosaures se séparent en deux branches : les saurischiens et les ornithischiens. La différence entre ces deux groupes est d’ordre anatomique : les premiers, les saurischiens (herbivores ou carnassiers), ont un bassin de lézard (pubis orienté vers l’avant) tandis que les ornithischiens (herbivores) ont un bassin comme celui des oiseaux (pubis vers l’arrière) d’où leur autre nom d’avipelviens. Les saurischiens se divisent à leur tour en deux familles différentes, les sauropodes (herbivores)
saurischien théropode
et les théropodes (carnassiers). Or - et c’est ici que se situe un paradoxe - on est pratiquement certain aujourd’hui que les oiseaux, seuls descendants des dinosaures, se sont formés à
partir des théropodes (les dinosaures qui avaient primitivement un pubis de lézard) : nous aurons l’occasion d’y revenir.
Première piste : l’archéoptéryx, oiseau archaïque ?
Le premier fossile d’archéoptéryx a été découvert en 1876 en Allemagne (plus précisément sur le site de Blumenberg près de Eichstätt). D’emblée, il pose un problème aux scientifiques puisqu’ils s’interrogent : a-t-on affaire à un oiseau très archaïque ou encore à un dinosaure volant à plumes ? Quelques « spécimens » supplémentaires plus tard, il semble bien que nous soyons face à un animal de transition entre dinosaures et oiseaux. Ayant vécu à la fin du Jurassique, il y a environ 150 millions d’années, archéoptéryx était semble-t-il capable de voler mais s‘agissait-il d’un simple vol plané (en s’élançant par exemple d’un arbre ou d’une hauteur) ? Des études récentes (2017) semblent prouver qu’il était capable de battre des ailes
premier fossile d'archéoptryx découvert en Allemagne
pour voler, probablement pas à la manière des oiseaux actuels mais plutôt comme les nageurs de brasse-papillon. Son anatomie lui interdisait également de décoller comme les oiseaux modernes mais, après tout, de nos jours, c’est aussi le cas de l’albatros qui arrive pourtant bien à quitter le sol après une course parfois approximative…
Archéoptéryx était couvert de plumes dont on a récemment démontré qu’elles étaient noires. Il possédait nombre de caractères le rapprochant des dinosaures théropodes comme, entre autres, des ailes pourvues de trois doigts griffus, un museau « très dinosaurien », une mâchoire avec des alvéoles renfermant des dents pointues, loin évidemment des becs cornus des oiseaux actuels.
La paléontologie chinoise, en plein essor grâce à des sites de fossiles à la conservation remarquable, a récemment apporté une réponse avec la découverte de nouveaux spécimens d’archéoptéryx et apparentés (anchiornis). Les scientifiques purent ainsi mettre en évidence chez ces individus le museau assez plat et des régions postérieures aux orbites assez étendues : absents chez les oiseaux, ces caractères morphologiques sont ceux que l’on connait chez les vélociraptors et autres microraptors et, de ce fait, notre archéoptéryx retrouve, 150 ans après sa découverte, son statut vraisemblable, non pas d’oiseau mais de dinosaure volant.
Les ancêtres des oiseaux : les maniraptoriens
Il y a quelques années, en cherchant à « systématiser » l’origine des oiseaux, les scientifiques se sont particulièrement intéressés à un groupe (clade) bien particulier de dinosaures
maniraptorien (ici, microraptor)
théropodes nommés maniraptoras (« mains préhensiles ») qui vivaient au Jurassique et au Crétacé (et qui incluait les vélociraptors). Pourquoi ? parce que ces dinosaures présentent des caractéristiques très particulières qui, comme on va le voir, les rapprochent de ce que deviendront les oiseaux.
* les maniraptoriens ont de longs bras et mains, des plumes, une queue raide et un pubis allongé pointant vers l’arrière (caractéristique des oiseaux)
* leur système respiratoire est porteur de propriétés typiquement aviaires. Pour comprendre, revenons un instant sur la manière de respirer des oiseaux. Ceux-ci ne respirent pas comme les mammifères : l’air entre de façon continue dans leurs poumons dont la structure est capillaire et non alvéolaire. Pas d’alvéoles, certes, mais des sacs aériens dont certains s’infiltrent dans les os (qui sont creux ce qui allège considérablement le vol). Au repos (et durant le sommeil), les poumons varient en amplitude mais sont bloqués durant le vol. Cette synergie poumons-sacs aériens autorise les énormes besoins en énergie demandés par le vol. De plus, le système permet également une température corporelle constante, plus élevée que chez les mammifères. Eh bien, les maniraptoriens sont les seuls dinosaures possédant un système respiratoire voisin (bréchet et sternum étant remplacés par des côtes supplémentaires dans leur abdomen).
* les plumes : les rémiges (grandes plumes des ailes des oiseaux aussi appelés pennes) ont été identifiés chez certains maniraptoriens (dont les vélociraptors, n’en déplaise à « Jurassic Park »). Or, la plupart de ces dinosaures ne volaient pas ce qui laisse supposer une fonction différente pour les plumes : camouflage probablement, sélection sexuelle, peut-
velociraptor
être, comme on l’a déjà noté dans ce blog pour bien des oiseaux ou, plus simplement encore, protection contre la perte de chaleur ce qui laisserait alors supposer qu’ils étaient homéothermes, qu’ils avaient le sang chaud. Du coup, la réutilisation ultérieure des plumes pour une autre fonction (le vol) est ici une exaptation, c’est-à-dire, selon Stephen J. Gould, une adaptation sélective différente de la fonction initialement prévue.
Les arguments en faveur de la transformation d’un sous-groupe de théropodes, les maniraptoriens, en oiseaux semblent donc assez solides.
Des dinosaures…
Le règne des dinosaures a pris fin, au crétacé, il y a 66 millions d’années lorsqu’un astéroïde gigantesque vint frapper la presqu’île du Yucatan, au Mexique, et supprima la presque totalité de la vie de notre planète : ces animaux auront donc exercé leur supériorité sur le reste du vivant durant plus de cent-soixante millions d’années. 160 millions d’années ! Voilà un chiffre qui n’est pas facile à visualiser lorsqu’on a déjà du mal à comprendre ce que représente sur Terre la présence de l’homme moderne, un peu plus de 5000 ans. On peut dire autrement : l’homme moderne a vécu 0,003% de la durée de la présence des dinosaures sur Terre… Ce rappel des durées immenses qui nous séparent du crétacé n’est pas anodin : il permet de concevoir comment, peu à peu, sous la pression de la sélection naturelle, d’avantages sélectifs en avantages sélectifs, certains dinosaures ont pu se perpétuer en changeant totalement de forme pour devenir le groupe abondant et diversifié des oiseaux.
…aux oiseaux (petit rappel)
Les oiseaux forment la classe des Aves. Ce sont des animaux
Gros Bec de Guyanne : des espèces d'oiseaux...
vertébrés, à quatre membres dont deux sont des ailes ce qui permet (pour l’immense majorité d’entre eux) le vol. En 66 millions d’années (depuis la météorite de la fin du crétacé), ils ont eu le temps d’apparaître, de s’adapter et de se diversifier puisqu’on compte près de 10 500 espèces d’oiseaux recensées (en 2016).
Ils possèdent en commun, à différents degrés variés, des plumes ou des écailles cornées (ou les deux), une mâchoire dépourvue de dents (contrairement à l’archéoptéryx) mais enveloppée d’une gaine cornée formant un bec, une queue courte et, surtout, des membres antérieurs transformés en ailes (le
... fort différentes (ici, un serin européen)
plus souvent fonctionnelles mais pas toujours) ainsi que des pattes arrières qui sont seules à permettre la progression au sol ou dans l’eau. Ils sont par ailleurs homéothermes. Enfin,
caractère à ne pas oublier, ils sont tous ovipares ce qui veut dire qu’ils pondent des œufs entourés d’une fine coquille que les parents devront couver un certain temps pour assurer le développement de leur progéniture.
Une transformation aviaire sur une très longue durée
Longtemps on a cru que, dans le règne animal, les oiseaux étaient une sorte d’intermédiaire entre les reptiles et les mammifères.. On sait aujourd’hui qu’il ne s’agissait que d’une hypothèse qui arrangeait notre ignorance. La phylogénétique moléculaire nous apprend que le groupe actuel le plus proche de celui des oiseaux est le groupe des crocodiliens.
La paléontologie laisse supposer, avec, on l’a dit, des arguments plutôt convaincants, que ce sont en fait des dinosaures théropodes qui ont donné naissance aux oiseaux, et plus particulièrement le groupe des maniraptoriens (voir plus haut dans le texte).
Une discipline spécialisée de la biologie évolutive appelée néontologie a étudié l’anatomie comparée des oiseaux pour en déterminer l’évolution récente et ses conclusions vont dans le même sens. De son côté, la cladistique (qui est, rappelons-le, la reconstruction des relations de parentés entre les êtres vivants au moyen de « cellules » appelées clades dans lesquels les individus retenus sont plus apparentés entre eux qu’avec n’importe quel autre groupe) a également conclu que les oiseaux sont bien issus des dinosaures théropodes.
La transformation dinosaures-oiseaux s’est faite au cours des millions d’années qui nous séparent du crétacé et, comme pour les humains, il n’y a pas de chaînon manquant (voir l’article : le mythe du chaînon manquant). Cela veut dire que, progressivement, avec parfois des retours en arrière et des
derniers descendants carnivores des théropodes : ici, un aigle royal
périodes de stase, de plus en plus de caractéristiques aviaires sont apparues chez des dinosaures de moins en moins « sauriens ». Une fois l’essentiel réuni, lorsque les propriétés anatomiques principales des oiseaux furent suffisamment présentes, ce fut une explosion évolutionnaire et la diversification que nous connaissons. Comme pour les humains donc, il n’y a pas un « ancêtre » commun à tous ces oiseaux mais des espèces et des individus porteurs progressivement de plus en plus de caractéristiques aviaires. Cette « aviarisation » de certains dinosaures théropodes a commencé bien avant la catastrophe du crétacé et a permis à cette branche très particulière de résister à la grande extinction qui emporta tous leurs cousins. Ce que l’on ne sait pas, en revanche, c’est la raison de cette survie lors de la catastrophe : simple bonne fortune donc hasard ou déjà adaptation à des circonstances nouvelles ? On pourrait se poser la même question pour d’autres survivants (je pense par exemple aux crocodiliens).
Les grands sauriens ont, durant des millions d’années semble-t-il, bridé l’expansion des mammifères et il aura fallu attendre la disparition des plus agressifs et volumineux d’entre eux pour que cette libération se produise. Dans le même temps, on peut également avancer que d’autres dinosaures - les oiseaux - n’ont pas empêché la diffusion radiative des mammifères tout en réussissant leur occupation d’un écosystème très important. On peut en retenir que la nature est toujours une notion d’équilibre ce que certains humains, de nos jours, semblent oublier… à leurs risques et périls.
Brève 1 : les plumes avant le vol !
Depuis la découverte de dinosaures à plumes en Chine, il est établi que les oiseaux sont issus des dinosaures théropodes. Les nombreux fossiles de ces animaux révèlent que les plumes sont apparues d’abord sous forme de duvets colorés, utiles pour préserver la chaleur du corps et s’attirer l’intérêt des femelles. La capacité de voler n’est venue qu’après, au terme d’une lente et profonde modification de la morphologie des dinosaures aviens.
Zhenyuanlong est un dinosaure à plumes découvert à Jinzhou, en Chine. C’est l’un des nombreux fossiles découverts récemment qui montrent que les dinosaures théropodes ont longuement évolué avant même l’apparition de la capacité à voler.
Rendre le vol possible, séduire une femelle ou intimider un rival, retenir la chaleur corporelle, protéger les œufs pendant la couvaison… Les plumes ont tant d’usages qu’il a été difficile de comprendre quelle fut leur première fonction.
La transition entre dinosaures et oiseaux a couru sur des dizaines de millions d’années d’évolution. Elle a été si progressive qu’il n’existe pas de distinction claire entre « oiseaux » et « non-oiseaux ».
(Pour la Science, Hors-Série n°119, mai-juin 2023)
Parues sur le fil Facebook du blog, voici quelques "brêves" supplémentaires
LE BRACONNAGE DES ÉLÉPHANTS D'AFRIQUE À SON PLUS HAUT NIVEAU
Ces derniers mois, le massacre des éléphants d'Afrique a pris une ampleur sans précédent au point qu'on peut légitimement se demander s'il restera encore de ces animaux dans 20 ans ! De 1,2 million en 1980, les éléphants ne sont plus que 500 000 aujourd'hui et on prévoit que 20% de plus disparaitront encore dans les 10 ans.
Pourquoi ce carnage alors que, depuis des années, les gouvernements locaux aidés par des associations puissantes promettent d'y mettre un terme ? D'abord parce que le cours de l'ivoire atteint des sommets inégalés tant la demande asiatique est importante (et les ressortissants de ces pays de plus en plus fortunés). Ensuite parce que des groupes terroristes se financent au passage (Soudan, Ouganda, Somalie, Congo). Enfin parce que les dirigeants du monde entier ont l'esprit ailleurs (crises diverses, conflits ici ou là, recherche de profits et compétitions commerciales, etc.). Bilan : 22 000 éléphants exécutés en 2013, leurs défenses sciées et leurs carcasses pourrissant dans la savane. Cela représente 2,5 fois plus de massacres qu'en 2000 ! Et l'année 2017, pour ce qu'on en sait, a été encore plus meurtrière...
Du coup, les pays concernés par le braconnage (Kenya, Niger, Gabon, etc.), ceux concernés par le transit (Malaisie, Vietnam, Philippines, etc. ) et les principaux pays de consommation (Chine, Thaïlande, etc.) ont décidé d'unir leurs efforts pour lutter contre le fléau. Tuer un éléphant sera dorénavant considéré comme "un crime grave" et l'arsenal dissuasif sera renforcé ! On voudrait y croire...
Cela me rappelle les grands prêtres égyptiens qui faisaient orner les tombes des pharaons de formules effrayantes et dissuasives, faisaient creuser de fausses galeries et de fausses chambres mortuaires pour tromper et perdre les voleurs, faisaient installer des pièges, des puits et des trous profonds, le tout dans une obscurité totale. Peine perdue : dès la plus haute antiquité, les tombes royales avaient été pillées tant l'appât du gain est un puissant stimulant... Je parie qu'il en sera de même des bonnes résolutions de protection des éléphants. En fait, il faudrait tirer à vue sur les braconniers mais, comme nous sommes des gens très civilisés, c'est totalement impossible. Je suis donc à peu près certain que mes petits-enfants ne connaîtront les éléphants que par les quelques exemplaires restant dans les zoos.
crédit image :blinmaignelay.bbfr.net
LES ANIMAUX ONT DE LA MÉMOIRE !
Comme je le faisais remarquer dans le sujet traitant de l'intelligence animale, celle-ci ne peut exister que si elle s'appuie sur une bonne mémoire. Justement, les animaux ont en général une excellente mémoire : la preuve vient d'en être une nouvelle fois apportée par l'anecdote qui suit.
Du temps de la guerre froide, la zone qui séparait la République tchèque et la République fédérale d'Allemagne de l'Ouest était truffée d'ouvrages de protection et de clôtures, le tout intensément électrifié afin de décourager les éventuels transfuges (mais aussi les attaques potentielles de part et d'autre). Cette situation date d'une quarantaine d'années et pourtant les cerfs vivant aujourd'hui dans cette contrée continuent d'éviter la zone frontalière : aucun de ces animaux n'a évidemment connu cette période pour eux lointaine puisque les cerfs ne vivent qu'une quinzaine d'années environ... Les relevés GPS effectués entre 2005 et 2011 sur plus de 100 cerfs répartis de part et d'autre de cette frontière sont catégoriques : la zone anciennement électrifiée est désertée par ces animaux. Il semble que ce soit les biches qui transmettent l'info à leurs petits qui, par la suite, conserveront ces habitudes d'évitement !
Cela prouve une chose : non seulement les cerfs ont une bonne mémoire mais ils sont, de plus, capables de transmettre des informations acquises à leur descendance. Une indéniable forme d'intelligence...
Le crâne et le squelette quasi-complet d'une jeune femme d'environ quinze ans ont été retrouvés au fond d'une grotte totalement immergée du Mexique appelée le "trou noir" (Hoyo Negro). Les scientifiques ont étudié ces restes durant plus de 7 ans car, d'après la datation au Carbone 14, Naïa (c'est ainsi qu'ils l'ont nommée) vivait dans cette partie du Mexique, le Yucatan, il y a environ... 13000 ans ! Ce qui en fait actuellement le plus vieux fossile humain du continent américain. Depuis la découverte du squelette en 2007, on en sait un peu plus sur la jeune femme, qui est probablement tombée dans cette grotte, autrefois située au dessus du niveau de la mer, et s'y est brisé le bassin. Impossible pour elle alors de remonter, à moins évidemment qu'elle ne soit morte sur le coup...
Après avoir étudié le squelette dans son endroit naturel, l'eau, les scientifiques ont reconstitué numériquement le squelette afin de comprendre ce qu'il s'était passé. Ils ont ensuite prélevé quelques brins d'ADN dans une dent (une molaire) ce qui a permis de mettre en évidence le profil génétique asiatique de Naïa. Comme l'anatomie de la jeune femme l'apparente sans hésitation aux autres fossiles paléoaméricains, on peut en induire que les premiers occupants des Amériques ont pénétré le nouveau monde par le détroit de Béring, en provenance directe de la Sibérie.
image : premiers Américains (sources : hebdomadaire Valeurs Actuelles)
LA DÉFORESTATION, ENCORE ET TOUJOURS
Homo sapiens continue son œuvre de destruction des ressources naturelles de la Terre, notamment des forêts, pourtant proclamées "poumons de la planète" et abritant des milliers d'espèces souvent encore inconnues et qui disparaissent avec elles. Rien n'y fait : congrès, moratoires, traités internationaux, décrets, etc. se sont multipliés sans résultats; le pillage continue imperturbablement, parfois même, comme au Brésil, dans des zones en principe protégées par l'État ! Il faut dire que cela rapporte tellement d'argent...
Cette année (2014), la palme du mauvais élève revient à l'Indonésie avec 840 000 ha de forêt vierge abattue, nouveau record de destruction de la forêt tropicale, souvent primaire d'ailleurs. Le Brésil qui n'a détruit "que 480 000 ha" devient presque fréquentable. Bilan global : en 2013, selon la FAO, c'est 13 millions d'ha qui sont partis en fumée, soit la surface de l'Angleterre... On peut le dire autrement : le déboisement correspond à plus de quarante terrains de football PAR MINUTE !
Et pourquoi un tel massacre ? Eh bien, pour l'argent évidemment car au delà des surfaces converties en terrains agricoles, il y a le trafic des bois rares qui détruisent les forêts les plus anciennes et les plus riches et, en Indonésie et Malaisie, la culture du palmier à huile qui fait des ravages... alors que l'huile de palmiste, très riche en acides gras saturés, est fortement déconseillée par le corps médical !
Les scientifiques nous le disent : cette déforestation contribue pour 20% du réchauffement climatique. Et nous, on nous demande d'éteindre l'électricité quand on quitte une pièce !
Image : déforestation à Bornéo
(sources : pleasehelpstopdeforestation.blogspot.fr/)
LA SIXIÈME EXTINCTION DE MASSE EST COMMENCÉE
un trilobite : après avoir dominé le monde durant 200 millions d'années, ces animaux disparurent au Permien, vers - 245 millions d'années, victimes de la troisième extinction de masse
Dans le passé de notre planète, au cours de presque 500 millions d'années de présence de la vie organisée, il y a eu cinq extinctions de masse qui, chaque fois, ont failli faire disparaître toute vie sur Terre.
Une nouvelle extinction massive est en marche si l'on en croit les chiffres avancés par le Fonds mondial pour la nature (WWF). Qu'on en juge : les scientifiques ont suivi 10 380 populations d'animaux représentant 3 038 espèces de mammifères, reptiles, oiseaux, poissons et amphibiens.
Le constat est sans appel : 76% de baisse de population pour les poissons (les plus touchés sont ceux vivant en eau douce) et 39% pour les animaux terrestres...
Les causes ? La pêche intensive, la chasse (et le braconnage), la destruction des réserves naturelles (et donc des habitats), notamment par la déforestation sauvage et, bien sûr, le réchauffement climatique. Bref la présence de l'homme et de son esprit de lucre...
Les cinq extinctions précédentes avaient mis des milliers, voire des centaines de milliers d'années pour aboutir à la destruction du Vivant mais, les hommes, eux, auront mis à peine 200 ans pour en arriver où nous en sommes ! Prodigieuse performance... Que voulez-vous, on n'arrête pas le progrès !
Voilà une notion difficile à affirmer tant les comportements des animaux semblent liés à l'instinct et aux réflexes conditionnés. Pourtant certains scientifiques pensent que cela est possible pour certains animaux dits d'intelligence supérieure comme les grands primates... ou les éléphants.
Voici une anecdote à verser au dossier. Nous sommes en 2013, à la réserve de Rongchengen, en Chine. Un jeune éléphanteau est mis en présence de sa mère peu après la mise-bas. Hélas, la mère ne veut pas reconnaître son enfant et elle le rejette violemment. L'éléphanteau essaye à plusieurs reprises de revenir vers elle mais rien n'y fait. Du coup, le bébé éléphant se met à l'écart pour pleurer durant cinq heures sans que rien ni personne ne puisse le "consoler" ! Pur hasard ?
De le même façon, en Inde, un éléphant qui vivait des sévices insupportables depuis près de 50 ans s'est vu libérer par une organisation humanitaire (North London Charity Wildlife). Une fois mis à l'abri, alors qu'on lui enlevait ses chaînes, l'animal s'est mis à pleurer en silence durant de longues minutes... Hasard encore ?
La différence entre les animaux et l'Homme (un primate supérieur) n'est pas une affaire de nature mais de degrés. Dès lors, puisque pourvus d'un système nerveux central et la possibilité d'innover, donc de réfléchir, pourquoi certains animaux évolués ne pourraient-ils pas être dotés de sentiments et d'émotions ? De la même façon, pourquoi ne pourraient-ils pas - même confusément - pressentir ce qu'est la mort ? Sur ce dernier point, on trouvera une réflexion sur le sujet ici :cepheides.fr/article-de-l-ethologie-la-notion-de-mort-chez-les-animaux-61983648.html
(Crédit-photo : tvanouvelles.ca/)
L'OUTIL N'EST PAS LE PROPRE DE L'HOMME !
un chimpanzé et sa baguette "attrape-fourmis"
J'ai récemment entendu sur une chaîne de télé un commentateur affirmer que ce qui différenciait les hommes des autres êtres vivants était leur faculté à fabriquer des outils... Quelle ignorance de la part de ceux qui croient nous informer !
En effet, parmi les singes et grands primates, l'Homme n'est pas le seul à se servir d'outils. Par exemple, on a depuis longtemps observé des chimpanzés affûtant des pieux pour chasser ou fabriquant des sortes d'éponges pour boire et se laver ou bien encore, comme sur la photo ci-dessus, confectionnant de longues baguettes pour capturer les fourmis et autres insectes dans les anfractuosités inaccessibles à la main. Les gorilles, quant à eux, sont bien connus pour tester la profondeur d'une mare d'eau à l'aide d'un bâton tandis que les singes capucins constituent, à l'aide de deux pierres, enclume et marteau pour casser des noix... Les éléphants savent fabriquer des couvercles pour protéger leurs trous d'eau, etc.
Et cette faculté à utiliser des outils n'est pas propre aux mammifères : certaines espèces de vautours se servent de pierres pointues pour percer les œufs tandis que la loutre de mer utilise des pierres pour casser les coquillages... tout comme la mouette rieuse chère à Gaston Lagaffe qui laisse tomber des objets lourds pour briser les coquillages de son futur repas...
D'ailleurs, concernant les hominidés, n'en déplaise à notre journaliste mal renseigné, ce n'est pas homo sapiens (l'homme moderne) qui a "inventé" les outils : il y a plus de 2,5 millions d'années certains australopithèques affûtaient déjà des galets pour les rendre plus tranchants.
La prédation a lieu toujours et partout ! Même dans les endroits les plus improbables et dans les conditions les plus bizarres. Tenez : prenez le cas du chaenophryne longiceps, un carnassier des grandes profondeurs océanes (- 3000 m) dont l'image figure ci-dessus.
Là où sévit ce prédateur, le monde est dans une obscurité totale : le chaenophryne a la forme d'une boule d'un noir de jais mais il possède un leurre luminescent, à savoir une longue tige membraneuse située juste au dessus de sa redoutable mâchoire aux dents acérées. Les proies, elles, ne voient que cette lumière aveuglante et si attirante pour l'endroit qu'elles se jettent directement dans la gueule de leur pire ennemi...
Le chaenophryne est un animal très très spécial et représente une singularité en éthologie. En effet, sa sexualité est des plus extraordinaires : le mâle, beaucoup plus petit que la femelle, passe son temps (quand il ne mange pas) à la chercher grâce à son odorat extrêmement développé et lorsqu'il la trouve, il la mord mais en libérant une enzyme qui dissout et sa bouche, et la partie mordue de la femelle. Les deux animaux fusionnent alors leur système sanguin et le mâle se met à mourir peu à peu en se résorbant dans la femelle ! D'abord ce sont les organes digestifs qui disparaissent puis le cerveau, les yeux et, en dernier, les organes reproducteurs, à savoir les testicules qui libèrent leur semence avant, eux aussi, de se dissoudre...
L'Évolution donne parfois des solutions pour le moins inattendues mais ici, si cette étrange situation sexuelle perdure, c'est que l'espèce y a trouvé son avantage. La Vie, parfois, emprunte des cheminements bizarres !
Notre étoile est une naine jaune de type G2-V, G2 signifiant qu’elle est un peu plus chaude que la moyenne des étoiles de sa catégorie tandis que V (prononcer cinq) veut simplement dire que le Soleil se situe au centre de la séquence principale du diagramme de
diagramme HR : le Soleil au milieu de la ligne médiane
Hertzsprung-Russell (HR) qui répertorie la vie des étoiles. Fondu dans la masse des astres sans histoires, le Soleil, est donc en équilibre, bien tranquille en somme et à peu près à la moitié de sa vie. C’est une étoile relativement ordinaire puisque, dans la Voie lactée, les naines jaunes
comme elle sont près de dix milliards, à rapporter il est vrai à un total d’environ 150 milliards d’étoiles dont l’immense majorité est représentée par des naines rouges, des étoiles plus petites et moins chaudes que notre Soleil.
Le Soleil est une étoile de 1 392 000 km de diamètre (109 fois le diamètre de la Terre) représentant 99,584 % de la masse du systèmesolaire et, lorsqu’on le regarde à l’horizon terrestre, sa lumière qui parvient jusqu’à nous a voyagé durant 8 minutes et 19 secondes. Toutefois, si notre Soleil semble bien briller d’un beau jaune, plus ou moins orangé par moments, c’est essentiellement dû à la présence de l’atmosphère terrestre car, de l’espace, il apparaît d’un blanc tirant sur le vert et c’est bien ainsi que l’ont vu les astronautes des différentes missions spatiales.
Le Soleil est une étoile parmi d’autres mais qui présente pour nous une propriété extraordinaire : c’est la seule dont nous soyons certains qu’une des planètes qui tourne autour d’elle renferme la Vie.
Le Soleil dans la Galaxie
Le Soleil est un astre appartenant à une grande galaxie spirale barrée, la Voie lactée, dont on estime qu’elle abrite environ 150 milliards d’étoiles. Il existe des milliards de galaxies renfermant chacune des centaines de milliards d’étoiles : notre Soleil est l’une d’entre elles et c’est dire l’insignifiance de notre présence en ce bas-monde. Pour bien saisir cette existence infinitésimale, on dit parfois qu’il y a autant d’étoiles dans l’univers que de grains de sable à la surface de la Terre, le Soleil étant un seul de ces grains de sable…
Dans la Voie lactée, il est situé approximativement vers les
le Soleil est dans la banlieue de la Galaxie
2/3externes de l’ensemble, c’est-à-dire à environ 25 000 années-lumière du centre galactique occupé par un monstre pour l’instant en sommeil relatif, le trou noir baptisé Sagittarius A. Notre galaxie (qu’on appelle également la Galaxie, avec un G majuscule) étant du genre spirale, elle est dotée de quatre bras et c’est sur le bord intérieur de l’un d’entre eux, le bras d’Orion, que se trouve notre Soleil.
Dans notre inconscient collectif, depuis que l’astronomie a pu s’affranchir des obscurantismes du passé, on sait que la Terre et les autres planètes tournent autour du Soleil qu’on imagine volontiers immobile : il s’agit là d’une erreur flagrante. Comme toutes les étoiles de toutes les galaxies, le Soleil est animé d’un mouvement propre qui le maintient en équilibre relatif avec les autres objets de son entourage. En réalité, le Soleil (et son système planétaire) se déplace à la vitesse de 217 km/sec (soit une année-lumière chaque 1400 ans) en un immense parcours circulaire autour du centre de la Voie lactée, un périple qui l’amène à en faire un tour complet en environ 226 millions d’années : depuis qu’elle existe, notre étoile a fait 18 fois le tour de la Galaxie…
De la même manière, l’environnement proche du Soleil change lentement, les différentes étoiles se déplaçant les unes par rapport aux autres : par exemple, la naine rouge Proxima du Centaure qui est actuellement l’étoile la plus proche du Soleil puisqu’elle est située à 4,23 années-lumière de lui, ne le sera plus dans 33 000 ans, alors remplacée par une autre naine rouge, Ross 248.
Puisque le Soleil est une étoile, son activité consiste essentiellement à transformer de l’hydrogène en hélium et cette activité est gigantesque : chaque seconde, dans son cœur, notre étoile transforme 564 millions de tonne d’hydrogène en 560 millions de tonnes d’hélium ce qui lui fait perdre 4 millions de tonnes d’hydrogène dans l’opération. Chaque seconde ! En fait, en une seconde le Soleil dégage plus d’énergie que toutes les civilisations humaines depuis leur apparition. Et cela dure depuis 4,57 milliards d’années et durera encore au moins aussi longtemps. C’est la raison pour laquelle, comme on l’a déjà dit, le Soleil se trouve sur la bande médiane du diagramme HR comme toutes les étoiles qui vivent tranquillement leur vie. Pour l’instant, il est composé de 74% d’hydrogène et de 24% d’hélium ce qui lui laisse de la marge (le reste de matière - oxygène, carbone, fer, etc. - est négligeable). Mais, bien entendu, ici-bas tout a une fin et lorsqu’elle aura épuisé ses réserves d’hydrogène, il faudra bien que notre étoile trouve le moyen de continuer à exister, du moins pour quelque temps supplémentaire : c’est ce que nous verrons un peu plus loin.
À l’inverse d’une planète tellurique comme la Terre, le Soleil ne
structure du Soleil
présente pas de limites bien définies et la densité de ses gaz chute de manière progressive à mesure que l'on s'éloigne de son centre. Toutefois sa structure globale est assez bien comprise. On lui décrit :
* un noyau central dans lequel se font les réactions nucléaires, c’est-à-dire la fusion des atomes d’hydrogène pour aboutir aux atomes d’hélium. Inutile de préciser que les chiffres à cet endroit sont inimaginables : 15 millions de degrés pour la température (contre 5800 K en surface) et 340 milliards de fois la pression terrestre !
* une zone radiative : c’est une région de gaz denses où les rayons gamma provenant de la fusion centrale sont réémis sous la forme de rayons X et ultra-violets dont les particules lumineuses, les photons, mettent un temps considérable pour traverser les différentes strates solaires avant d’arriver en surface (les scientifiques avancent les chiffres de 10 000 à 170 000 ans). Une fois atteinte la photosphère, ces photons s’échappent principalement sous forme de lumière ;
* une zone convective où l’énergie centrale est transmise à la surface par convection (mouvements verticaux de va-et-vient selon les différences de température) : l’énergie est conduite en surface par les gaz qui « replongent » lorsqu’ils la perdent ;
* la photosphère (160 km d’épaisseur) d’où part l’émission d’énergie qui atteint les planètes et
* la chromosphère, couche semi-transparente où se forment les protubérances, ces colonnes de feu qui jaillissent sur plusieurs centaines de km de hauteur ;
* la couronne solaire, enfin, qui est en quelque sorte la « chevelure » de l’atmosphère solaire.
Nous venons de décrire (très) succinctement la structure du Soleil mais il serait bien entendu absurde de penser que son activité s’arrête là. Car, au-delà de la couronne qui s’évanouit peu à peu, commence ce que l’on appelle l’héliosphère qui, comme son nom l’indique est une immense bulle entourant notre étoile (et ses planètes). Cette héliosphère s’étend jusqu’aux confins du système, parcourue par les vents solaires (flux de plasma éjecté de la haute atmosphère solaire). On appelle alors héliopause l’endroit où ces vents solaires sont finalement neutralisés par le milieu interstellaire, l’endroit, en somme, où l’on sort de la zone d’influence de notre étoile pour entrer véritablement dans l’espace galactique proprement dit. C’est l’exploit qui a été réalisé il y a quelques mois par la sonde spatiale Voyager 1, premier et jusqu’à présent seul objet de fabrication humaine à être allé aussi loin : après un voyage de plus de quarante ans, le petit engin reste malgré tout toujours alerte et réactif aux ordres de sa base de lancement…
Les mouvements du Soleil ne concernent pas uniquement ses déplacements au sein de la Galaxie puisqu’il est également animé d’une rotation sur lui-même en environ 27 jours (25 à son équateur, 35 aux pôles). En fait, le Soleil est une boule de plasma et de gaz ce qui explique que cette rotation ne soit pas homogène sans que les scientifiques n’aient réellement compris les mécanismes en action. Quoi qu’il en soit, le Soleil génère un intense champ magnétique dont les effets se font sentir dans toute sa zone d’influence, notamment sur notre planète (aurores boréales notamment).
Il existe bien un cycle solaire, c’est-à-dire une alternance d’activité maximale et minimale de notre étoile. Le phénomène est connu depuis longtemps et a été décrit pour la première fois par un astronome allemand, Heinrich Schwabe en 1843. Ce cycle est d’environ 11 ans (mais il est parfois irrégulier variant de 8 à 15 ans) et il faut bien reconnaître qu’aucune explication parfaite n’a jusqu’ici été proposée pour l’expliquer.
De la même façon, le Soleil présente des taches sombres variables et intermittentes, un phénomène connu depuis la plus haute antiquité
taches solaires
puisque déjà remarqué par les astronomes grecs et chinois. Toutefois, c’est à Galilée que revient le fait d’avoir pu les observer en détail en 1612 grâce sa lunette astronomique. Cet aspect plus sombre d’une partie de l’étoile est en rapport avec un refroidissement (relatif) dont la cause semble être une inhibition de la convection (cf supra) à la suite d’une augmentation locale du champ magnétique. En fait, une tache solaire est une espèce d’immense tourbillon (certaines taches sont grandes comme des dizaines de Terre) où le gaz situé à la surface du Soleil plonge vers l’intérieur à des vitesses de plusieurs milliers de km à l’heure.
Depuis que l’on étudie ce phénomène, nous nous trouvons dans le 24ème cycle solaire. La fin du 23ème cycle s’est produite en 2008 mais la reprise et le début du 24ème cycle se sont fait attendre jusqu’en 2013 sans que l’on ait de franches explications sur le sujet : on trouvera un article plus complet ICI. Ce que l’on peut dire toutefois, c’est qu’un tel phénomène - déjà connu par le passé - entraînera peut-être une baisse durable de l’activité solaire ce qui pourrait conduire à un refroidissement général à la surface de notre planète (compensé - mais jusqu’à quel point ? - par l’éventuel réchauffement climatique tant discuté de nos jours).
La Voie lactée est âgée d’environ 13 milliards d’années ce qui en fait, en réalité, une contemporaine des presque débuts (l’âge de l’Univers étant estimé à 13,7 milliards d’années) mais, bien entendu, le Soleil s’est formé bien plus tard, à peu près vers les 2/3 de l’âge de la Galaxie. Longtemps, les astronomes ont pensé que cette création était en rapport avec l’explosion locale d’une supernova, une théorie aujourd’hui abandonnée.
L’hypothèse la plus vraisemblable est celle, il y a 4,5 milliards d’années de la présence d’une immense nébuleuse, c’est-à-dire un vaste ensemble de gaz et de matière s’étendant sur des dizaines d’années-
vue d'artiste de la naissance du Soleil
lumière. Sous l’effet de la gravitation, un nuage froid d’hydrogène et d’hélium se met à tourner de plus en plus vite sur lui-même. Le nuage s’aplatit progressivement tandis que sa température s’élève de façon vertigineuse et que, au centre, une zone ultra-compacte commence à délimiter les contours d’une proto-étoile. De la matière vient s’agréger à l’ensemble et lorsque la température atteint les 15 millions de degrés, les réactions thermonucléaires s’enclenchent avec l’amorce de la fusion de l’hydrogène : le Soleil vient de naître. Il ne nait d’ailleurs certainement pas seul puisque, la plupart du temps, de tels phénomènes engendrent l’apparition d’une poignée d’étoiles, le plus souvent quelques dizaines. Toutefois, nous évoquons un passé très ancien et, avec le temps et les mouvements stellaires relatifs, ces étoiles-sœurs se sont éloignées les unes des autres, certaines d’ailleurs étant déjà mortes. Aujourd’hui, il est impossible de savoir quelles étoiles faisaient alors partie de la pouponnière de notre astre du jour.
On peut estimer la naissance du Soleil comme assez rapide (en termes astronomiques) puisqu’elle aura duré approximativement cinquante millions d’années, à comparer aux 12 milliards d’années que la nouvelle étoile a devant elle. Dont environ 10 milliards passés comme on l’a déjà signalé bien au calme sur la séquence principale du diagramme HR. Aujourd’hui, notre étoile se trouve en quelque sorte presque au milieu de sa vie ce qui signifie que, lorsque tout commencera à aller mal pour elle (dans 6 à 7 milliards d’années), les Hommes auront depuis longtemps, très longtemps, disparu. Mais cela ne nous empêche pas de savoir à l’avance comment tout finira pour notre Soleil puisque les astres de sa catégorie, les naines jaunes, sont connus depuis longtemps.
Toutes les étoiles ne sont pas égales face à leur mort : celle-ci dépend de leur taille, nous avons déjà eu l’occasion de l’évoquer ICI. Loin de la disparition apocalyptique des étoiles de plus de huit masses solaires qui terminent en supernovas, le Soleil quant à lui va passer par plusieurs stades successifs, assez bien documentés aujourd’hui par l’étude attentive de la disparition d’autres naines jaunes.
* Signalons tout d’abord que, au cours de sa vie et au fur et à mesure que le Soleil perd son hydrogène au profit de l’hélium qu’il fabrique, sa luminosité et sa chaleur augmentent lentement, tant et si bien que dans un milliard d’années la Terre sera devenue pratiquement inhabitable : il sera alors temps - si l’humanité existe encore (ce dont je doute fortement) - de songer à émigrer peut-être sur une des lunes des géantes gazeuses. Encore deux milliards d’années et la chaleur du Soleil fera s’évaporer les océans terrestres, la Terre ne sera alors plus qu’une planète-désert calcinée. Toutefois, la véritable catastrophe reste encore à venir ;
* dans 4 milliards d’années, lorsque le Soleil aura environ le double de son âge actuel, notre étoile aura définitivement épuisé ses réserves d’hydrogène et son cœur ne sera plus composé que d’hélium et d’éléments plus lourds. C’est à ce stade, un stade où il ne pourra plus produire d’énergie, qu’il quittera la séquence principale du diagramme HR, son cœur commençant spontanément à se contracter tandis que, pour garder son équilibre, son diamètre et sa luminosité vont doubler ;
* dans 6 milliards d’années, les couches solaires superficielles seront
progressivement repoussées avec pour conséquence une dilatation lente durant 500 millions d’années puis plus rapide les 500 millions d’années suivants : d’un diamètre 100 fois plus grand que l’actuel et 2000 fois plus lumineux, le Soleil sera devenu une géante rouge qui englobera jusqu’à l’orbite de Vénus et durera encore un milliard d’années ;
* puis, la couronne externe du cœur de l’étoile va contracter l’hélium et initier sa réaction de fusion pour le transformer en carbone et en oxygène : il s’agira d’une réaction brutale appelée « le flash de l’hélium » dont la conséquence sera la diminution du volume et de la luminosité de l’étoile qui deviendra alors une sous-géante rouge…
* …qui va, lorsque tout l’hélium central aura été définitivement transformé, retrouver à nouveau son état de géante rouge durant une vingtaine de millions d’années supplémentaires. N’étant pas assez massif pour suffisamment comprimer son cœur de carbone, ses couches externes seront peu à peu dispersées dans l’espace pour donner ce que l’on appelle classiquement une « nébuleuse planétaire », terme toujours usité mais datant des débuts de l’astronomie moderne lorsqu’on croyait ces images en rapport avec des planètes. Cette nébuleuse planétaire sera composée d’hélium, de restes d’hydrogène ayant échappé aux fusions successives et d’un peu de carbone : ce nuage très chaud (10 000 K) pourra participer à la naissance de nouvelles étoiles, comme quoi, dans la Nature, de la mort souvent nait la vie…
* et le noyau dans tout ça ? Composé de carbone mais n’ayant plus de
naine blanche et sa nébuleuse planétaire
carburant à consommer pour s’opposer aux forces gravitationnelles, le cœur va s’effondrer sur lui-même pour former une naine blanche, c’est-à-dire un astre de la taille de la Terre mais composé d’une matière dégénérée si dense qu’un grain de poussière y pèsera plus que toute la tour Eiffel. Au début, la naine blanche sera très brillante en raison de la chaleur emmagasinée puis elle se refroidira progressivement durant plusieurs milliards d’années avant de ne plus être qu’un cadavre n’émettant plus aucune lumière, une naine noire.
Évidemment, quand on y réfléchit, dans l’immensité - peut-être l’infini - de l’espace, notre Soleil et son cortège de planètes, ce n’est pas grand-chose. D’abord, parce que des étoiles du même type, il en existe des milliards, probablement des milliards de milliards. Ensuite, parce que le Soleil, étoile moyenne, est totalement « noyé » dans l’immensité de la Voie lactée et ses 200 milliards d’étoiles. Enfin parce que la Voie lactée elle-même est insignifiante comparée aux milliards d’autres galaxies de l’univers visible.
Pourtant, à nos yeux, le Soleil représente une étoile très spéciale… puisque c’est la nôtre. À notre connaissance, elle seule, abrite la Vie avec certitude. Bien sûr, statistiquement, cette vie, sous une forme ou sous une autre, existe forcément quelque part, ailleurs. Mais, pour le moment, nous ne pouvons pas l’affirmer avec certitude. Et puisqu’il est si proche de nous, le Soleil a été l’étoile qui nous a permis de comprendre plus facilement les autres étoiles, celles qui lui ressemblent, évidemment, mais aussi les autres, observées et comparées à lui. Nous lui devons donc, outre la vie, une certaine approche de l’univers qui nous entoure.
Pour l’espèce humaine, le Soleil est une étoile ambivalente : tout à fait ordinaire d’un certain point de vue, mais totalement exceptionnelle de l’autre. C’est en cela qu’il est si précieux.
Sources
* wikipedia France
* encyclopaediae britannica
* astronoo.com
* revue Ciel et Espace
Images
1. coucher de soleil (sources : fond-d-ecran-gratuit.org)
2. diagramme de Hirtzprung-Russel (sources : astronomie.savoir.fr)
3. place du Soleil dans la Galaxie (sources : cuk.ch)
4. structure du Soleil (sources : univers-astronomie.fr)
5. taches solaires (sources : journaldunet.com)
6. naissance du Soleil (sources : images.4ever.eu)
7. Soleil, géante rouge (sources : jmmasuy.net)
8. naine blanche et sa nébuleuse planétaire (sources : techno-science-net)
Aujourd’hui, les scientifiques nous affirment que, en mars 2018, plus de 5000 exoplanètes (c’est-à-dire de planètes existant dans des systèmes stellaires autres que le nôtre) ont été mises en évidence. Toutefois, c’est au mois d’avril 2014 qu’a été publiée la dernière statistique réellement fiable du nombre d’exoplanètes : le total s’élevait alors à 1783 correspondant à 1105 systèmes stellaires (dont 460 multiples). Bien entendu, pour ces 1105 systèmes il s’agit uniquement des planètes visibles par nos outils encore imprécis et il y a gros à parier que nombre d’entre elles restent ignorées, notamment les petites planètes telluriques comme la Terre.
En réalité, puisque la Voie lactée contient environ 200
plus de planètes que d'étoiles et encore plus de lunes
milliards d’étoiles, c’est probablement plusieurs centaines de milliards de planètes qui peupleraient notre seule galaxie et, d’après une étude récente, environ 8,8 milliards d’entre elles seraient semblables à la Terre… Un nombre gigantesque et en fait inaccessible à notre entendement ! On trouvera un certain nombre d’informations sur ces exoplanètes - notamment sur les méthodes de détection - dans l’article dédié à ce sujet ICI .
D’autre part, dans le système solaire, si Mercure ne possède aucun satellite, Jupiter en compte 69, Saturne une soixantaine, etc. et puisqu’il n’y a aucune raison pour que notre système soit exceptionnel, il est plus que probable qu’il existe encore plus de lunes naturelles dans la Voie lactée que de planètes. Néanmoins, en raison de leur petite taille comparée à celle de l’étoile centrale de leur système, aucune d’entre elles n’a encore été mise en évidence et, du coup, chez les scientifiques spécialistes de la question, c’est la course à celui qui, le premier, en identifiera une.
Précisons enfin qu’évoquer le nombre de lunes possiblement existantes dans l’Univers n’a rien d’un exercice gratuit car, comme on le verra, ce sont elles qui sont les meilleures candidates pour abriter une forme de vie.
Quelles conditions à l’apparition de la Vie ?
Nous avons déjà évoqué les conditions indispensables pour que la Vie puisse apparaître sur une planète (voir : le sujet dédié ici). Rappelons brièvement les principales d’entre elles :
* le temps : il a fallu plus de trois milliards d’années pour que la Vie telle que nous la connaissons apparaisse sur Terre et on imagine facilement qu’il en est probablement de même un peu partout dans l’Univers. Une étoile de type naine jaune comme le Soleil semble être le type stellaire le mieux adapté à de telles longueurs de temps mais, d’un autre côté, les naines rouges, notoirement moins rayonnantes (mais à la longévité largement plus importante) sont en revanche bien plus nombreuses…
* se trouver dans la zone habitable d’un système stellaire : trop près de l’étoile, la planète serait brulée et incapable de voir se développer la Vie, exposée qu’elle serait aux multiples radiations stellaires et à la chaleur intense. À l’inverse, trop éloignée de l’étoile centrale, le sol gelé d’une planète glacée serait incapable de permettre la présence permanente d’eau liquide dont on peut penser qu’elle est indispensable au développement d’une matière vivante telle qu’on la connait ;
* la présence d’un champ magnétique important susceptible de dévier les rayons cosmiques et autre vent solaire dont l’impact trop intense risque de dégrader les fragiles structures cellulaires du vivant. La Terre possède un tel champ magnétique qui protège ses habitants biologiques mais la Lune, par exemple, en est pratiquement dépourvue ;
* la souplesse de la croûte terrestre : une dérive des continents et la recomposition au fil du temps des différentes plaques tectoniques permet tour à tour le brassage et l’isolation des populations vivantes : c’est ce phénomène qui entraîne, par la sélection naturelle, l’évolution des espèces, du coup bien difficile à concevoir sur une planète rigide ;
* l’existence de planètes géantes dont la présence est une sorte
planètes géantes, gages de stabilité
de bouclier pour les planètes plus petites puisqu’elle leur évite
d’être trop souvent bombardées par les différents bolides croisant dans le système stellaire concerné
* et l’eau, certainement indispensable.
Pour que les conditions d’apparition de la Vie soient réalisées, il faut aussi compter sur l’absence de certains facteurs contraires comme, l’existence trop proche d’un trou noir géant (il en existe très certainement au centre de chaque galaxie), la proximité d’une supernova dont le rayonnement serait délétère pour une vie organique et, peut-être, une trop grande densité stellaire (et les perturbations gravitationnelles alors engendrées).
Au total, on voit que les conditions nécessaires à l’éventuelle éclosion de la Vie sont nombreuses et variées mais, comme cela a été noté plus haut, le nombre de planètes possiblement candidates pour ressembler à la Terre est extraordinairement élevé, que ce soit comme planètes « indépendantes » ou comme satellites naturels d’une authentique planète.
Les lunes, meilleures candidates pour abriter la Vie ?
C’est en tout cas ce que prétendent certains scientifiques. Pour eux, les lunes présentent d’énormes avantages : elles sont, par exemple, assez petites (comparées aux planètes) et, du coup, il y a peu de risques qu’une lune soit gazeuse mais bien plus sûrement une planète rocheuse plus hospitalière pour la matière vivante… D’autre part, un satellite naturel tourne autour d’une planète qui ne peut que le protéger des radiations nocives par son champ magnétique.
On comprend toutefois que, si la détection d’une exoplanète est difficile, celle d’une exolune, bien plus petite, est quasiment impossible compte-tenu de la faiblesse de nos outils actuels, en tout cas au sol. Le meilleur détecteur de lunes reste en fait le télescope spatial Kepler lancé par la NASA en 2009 et qui a principalement recours à la méthode des transits. Rappelons
transit d'une planète sur son étoile
que, en astronomie, un transit est un phénomène qui se produit lorsqu'un objet céleste s'intercale entre l'observateur et un autre objet, le premier objet paraissant alors se déplacer devant le deuxième. Dans le cas présent, d’infimes variations dans la luminosité de l’étoile étudiée peuvent être dues au passage d’un corps bien plus petit devant elle. Résultats ? Sur plus de 1000 exoplanètes étudiées, un seul espoir (qui reste à confirmer) baptisé Kepler-1625b-I : nous aurons l’occasion d’y revenir.
Pourquoi n’a-t-on pas eu jusqu’à présent plus de succès dans cette quête des exolunes ? Une des raisons principales est le domaine d’activité de Kepler. En effet, afin d’être le plus efficace possible dans sa recherche d’exoplanètes, le télescope spatial étudie essentiellement les planètes qui sont relativement proches de leurs étoiles. Toutefois, plus une planète est proche de son étoile, plus les lunes éventuelles qui tournent autour d’elle sont instables : la gravitation de l’étoile peut tout simplement arracher la lune à l’emprise de sa planète et la projeter vers l’extérieur en en faisant une planète à part entière. À moins que, à l’inverse, elle ne l’attire et la détruise. Les lunes stables sont plus éloignées de leurs étoiles mais Kepler ne les étudie pas : de ce fait, si on s’en tient aux critères d’observation retenus ici, aucune des 170 lunes existant dans le système solaire n’aurait été détectée !
C’est la raison pour laquelle les scientifiques mettent beaucoup d’espoir dans deux outils à venir, CHEOPS et TESS.
* CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite ou, en français, satellite de caractérisation des exoplanètes) est un petit
télescope spatial CHEOPS
satellite développé par l’Agence Spatiale Européenne et la Suisse qui doit être mis en orbite vers la fin de l’année 2018. Sa mission n’est pas de rechercher des exoplanètes (c’est le rôle de Kepler) mais d’étudier celles déjà identifiées dans un environnement relativement proche du système solaire, en essayant notamment de caractériser leurs atmosphères si elles existent. On comprend donc que CHEOPS pourra également identifier dans le même mouvement certains satellites orbitant autour de ces exoplanètes ;
* TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite et, en français, satellite de relevé des exoplanètes en transit) sera quant à lui lancé en juin 2018. D’origine américaine (MIT/NASA), il s’agit également d’un petit télescope chargé de détecter les planètes telluriques gravitant dans les zones habitables d’étoiles proches de nous. TESS s’appuiera sur les observations de Kepler pour étudier les étoiles de petite taille de type spectral G (celui du Soleil) et K. Sa particularité est que, à l’inverse des grands
télescope spatial TESS
télescopes comme Kepler ou Corot qui observent longtemps une petite fraction du ciel, TESS scrutera l’ensemble de la voûte céleste. Les scientifiques de ce projet parient sur un total de nouvelles exoplanètes découvertes compris entre 1000 et 10 000, le relais étant ensuite pris par la grand télescope spatial James Webb qui sera lancé en 2019 pour succéder au télescope spatial Hubble. Comme pour CHEOPS, les spécialistes de la question espèrent bien découvrir au passage quelques exolunes.
Exolunes : un seul candidat sérieux… pour le moment
Sur plus de 280 exoplanètes étudiées d’après les observations du télescope Kepler, un seul candidat au titre d’exolune a, évoquions-nous, jusqu’à présent été identifié, ce qui semble peu. Toutefois, compte tenu des réserves exprimées plus haut, on comprend assez facilement l’indigence d’un tel résultat.
La planète qui pourrait abriter la première exolune à être découverte s’appelle Kepler-1625b (b car la deuxième planète du système). Située à environ 4000 années-lumière du Soleil, l’étoile Kepler-1625 se trouve dans la constellation du Cygne et
vue d'artiste de kepler-1625b
l’exoplanète concernée est une géante du type de Jupiter. Sa
taille est d’environ 6 à 12 fois celle de notre géante gazeuse et
elle tourne autour de son étoile en un peu moins de 300 jours. Bien plus important est le fait que cette exoplanète semble se situer dans la zone habitable stellaire de son étoile. De ce fait, sa lune (de la taille de Neptune soit quatre fois celle de la Terre) devient un réel candidat potentiel au développement de la vie. Bien entendu, tout ceci mérite confirmation et approfondissement mais les scientifiques comptent beaucoup sur le télescope Hubble pour en savoir un peu plus : le calendrier de ce dernier étant particulièrement chargé, il faudra attendre encore quelques mois pour en avoir le cœur net.
L’avenir est prometteur
Nous n’en sommes manifestement qu’au début du repérage (et de l’observation) d’exolunes. Les outils mis à la disposition des scientifiques progressant sans cesse, il convient par conséquent de s’armer de patience. Dans quelques années, nos instruments permettront non seulement d’identifier ces astres si convoités mais surtout d’y rechercher des traces de vie organique (étude des atmosphères, présence de certains composants propres à la vie, etc.). Si ces observations finissaient par se révéler payantes, ce serait une véritable révolution conceptuelle sur l’origine de la vie dans son acceptation la plus générale. Et cela même si ces mondes lointains restent totalement hors de notre portée : il faut 4000 ans à la vitesse de la lumière pour rejoindre une planète comme Kepler-1625b et, évidemment, beaucoup plus pour un quelconque engin de fabrication humaine. Ce qui n’empêchera certainement pas les scientifiques de braquer avec avidité leurs divers outils d’observation vers ces terres apparemment inaccessibles.
Sources
* Science & Vie, n° 1203, décembre 2017
* encyclopaediae britannica
* wikipedia
* revue Ciel et Espace
Images
1. vue d’artiste d’une exolune (sources : OVNI-France.fr)
En 1941, le célèbre auteur de science-fiction Isaac Asimov écrivit une nouvelle (complétée dans un livre coécrit avec un autre auteur célèbre Robert Silverberg en 1990) intitulée " NightFall "(- quand reviendront les ténèbres - dans la traduction française). Il y était question d'un peuple vivant sur une planète éclairée par cinq soleils différents et qui ne voyait donc jamais d'obscurité naturelle. Sauf que tous les millénaires survenait un phénomène terrible : une éclipse de tous les soleils en même temps et donc la survenue d'une nuit si redoutée que le chaos s'emparait de la planète...
"Absurde", "impossible", "bien écrit mais invraisemblable" avaient déclaré tous les critiques dits scientifiques de l'époque. Eh bien, un tel système solaire vient d'être découvert par le programme britannique Super Wasp : situé à 250 années-lumière de nous, il renferme effectivement 5 étoiles ce qui est très rare.
Dans ce système baptisé poétiquement 1SWASP JO93010.78+533859.5, existent deux couples de binaires (étoiles doubles), un dit à éclipses (étoiles passant l'une devant l'autre) et l'autre dit à contact car les deux soleils partagent une partie de leur enveloppe externe. Plus une cinquième étoile qui se trouve à 2 milliards de km de la première binaire.
Nos instruments sont encore un peu trop grossiers pour permettre de voir des planètes dans ce système mais les scientifiques pensent que c'est possible, voire hautement probable. On imagine alors sur de telles planètes les différences de durée des jours, les extraordinaires variations de teintes composites de l'atmosphère et la possibilité - rarissime - de voir parfois cinq soleils dans le ciel en même temps et donc l'autre hémisphère plongée dans l'obscurité... ce qui nous renvoie à la nouvelle d'Asimov ! Décidément, les grands esprits ont toujours raison bien avant les autres... et souvent avant les preuves tangibles !
la Terre à droite comparée à Kepler 452b (sources : you tube)
Depuis la fin des années 1990, ce sont plusieurs milliers d'exoplanètes (des planètes tournant autour d'étoiles autres que notre Soleil) qui ont été mises en évidence. La grande majorité sont des planètes gazeuses comme Saturne ou Jupiter, quelques unes telluriques (faites de roches) comme la Terre.
Et puis voilà que la NASA nous apprend qu'elle a découvert une planète presque comme la Terre, c'est à dire susceptible d'abriter une certaine forme de vie... Son nom ? Kepler 452b parce que c'est le télescope spatial Kepler qui l'a mise en évidence.
Kepler 452b ressemble à la Terre en ce sens que comme elle, elle tourne autour d'une naine jaune (étoile de type solaire) un peu plus âgée que le Soleil, donc un peu plus chaude, en 385 jours et qu'elle est située suffisamment à "bonne distance" de son étoile pour qu'une vie de type terrestre puisse s'y développer. Un peu plus grosse que la Terre, elle posséderait effectivement une température "en surface" voisine de la nôtre.
En revanche, impossible d'être certain de la composition de son sol et de savoir si elle possède une atmosphère (indispensable à la protection contre les rayons ultra-violets). Toutefois ce qui nous empêche de penser pouvoir nous y rendre un jour, c'est son éloignement : 1400 années-lumière (il faut donc 1400 ans à une information lumineuse pour nous parvenir de si loin et... autant pour la réponse !). J'ajoute que l'engin le plus rapide jamais lancé par l'Homme, la sonde New Horizons dont nous parlions il y a quelques jours et qui circule à la vitesse de plus de 80 000 km/h, mettrait un peu plus de... 12 MILLIONS d'années pour l'atteindre ! Bref, un rêve inaccessible, mais un rêve tout de même !
Pour en savoir plus sur les conditions nécessaires à l'apparition d'une vie comme la nôtre sur une planète, on peut se référer à deux articles du blog : vie extraterrestre (1 et 2) :
QUI CROIT TOUT SAVOIR, SOUVENT SE TROMPE
Les scientifiques, heureusement et contrairement à d'autres, savent se remettre en question. Tenez, par exemple, le cas des céphéides (qui ont donné son titre au blog), ces étoiles si particulières qu'elles ont révolutionné l'astronomie. En effet, l'américaine Henrietta Leavitt (morte dans l’anonymat alors qu'elle méritait le prix Nobel) avait montré la relation existant entre la période de pulsation de ces étoiles et leur luminosité : du coup, il devenait possible de calculer les distances de tous les objets de l'Univers, galaxies lointaines comprises !
Delta de Céphée : un phare dans le cosmos
Le chef de file des céphéides est Delta Cephei dans la constellation de Céphée (d'où le nom de ces étoiles); elle a été découverte il y a 230 ans par l'anglais John Goodricke et étudiée sans arrêt depuis, surtout depuis les années 1920 et les travaux de Leavitt.
Étudiée sous tous les angles, on pensait bien tout savoir de cette céphéide emblématique... Faux ! On ignorait (presque) l'essentiel : l'étoile Delta Cephei est double !
Les astronomes suisses et américains qui l'observaient récemment ont, en effet, mis en évidence que la vitesse d'approche de cette étoile vers le Soleil n'est pas constante. Et
Henrietta Swan Leavitt (1868-1921)
la seule explication possible est la présence d'une autre étoile tournant autour d'elle : Delta Cephei, une des étoiles les plus étudiées en astronomie, est une binaire (une étoile double) et on ne le savait pas...
Comme quoi, il ne faut jamais jurer de rien et, surtout, ne jamais considérer les données scientifiques comme définitives et immuables puisqu'il ne s'agit toujours que d'approximations plus ou moins fines. Heureusement, les scientifiques savent se remettre en cause : c'est même grâce à cette faculté qu'on peut dissocier leur empirisme des affirmations définitives de certains faux prophètes.
Pour en savoir plus sur les céphéides et les travaux de Leavitt : les céphéides
En mai 2015, des chercheurs américains ont publié la découverte de la plus ancienne galaxie jamais observée par l'Homme : il aura fallu trois télescopes géants pour l'observer et découvrir son âge : 13,1 milliards d'années...
Cela veut dire que cette galaxie, baptisée EGS-zs8-1, est située à 13,1 milliards d'années-lumière de nous (lumière qui voyage, on le rappelle, à la vitesse d'environ 300 000 km/s) ou, dit autrement, qu'on observe une image d'elle comme elle était il y a 13,1 milliards d'années. Or, l'âge estimé de l'Univers est de 13,7 milliards d'années environ. Cela veut dire que l'image captée aujourd'hui s'est formée 650 millions d'années après le Big bang. Et cela interpelle notre modèle de formation de l'Univers précoce.
En effet, la dite-galaxie est massive et très lumineuse, formant des étoiles 80 fois plus rapidement que notre propre galaxie, la Voie lactée. Une chose est donc certaine : dès le début de l'Univers, il existait des galaxies massives, géantes, fourmillant d'étoiles bleues : jusqu'à peu, on avait parié sur de petites galaxies s'agrégeant progressivement au fil du temps. Eh bien non : modèle à revoir ou, plutôt, à compléter...
C'est la raison pour laquelle les astronomes du monde entier attendent avec impatience le lancement dans les années proches du télescope spatial James Webb qui, 100 fois plus puissant que le télescope Hubble (mais dans le domaine de l'infrarouge) permettra d'aller regarder jusqu'à 300 millions d'années après le Big bang et de savoir comment se sont vraiment formées les premières galaxies...
Photo : l'espace profond vu par Hubble en 2010 et fourmillant de galaxies lointaines (sources : www.cepheides.fr)
ZÉTA OPHUICHI, UNE ÉTOILE EN FUITE
Située à 460 années-lumière de la Terre, dans la constellation d'Ophiuchus (dite aussi du Serpentaire), Zéta Ophuichi est une étoile étrange.
D'abord parce que c'est une étoile géante bleue (20 fois la masse solaire), très chaude, dont la luminosité est... 65 000 fois supérieure à celle du Soleil ! Pourtant, on la distingue mal et elle apparaît vaguement rougeâtre car elle est entourée de gaz qui absorbe une grande partie de sa lumière. Sans lui, elle serait une des plus brillantes étoiles du ciel.
C'est surtout sa vitesse qui étonne : 24 km/seconde ! Elle donne l’impression de s'enfuir : les anglo-saxons appellent ces étoiles des "run away star" (étoiles en fuite ou errantes en France). Pourquoi s'échappe-t-elle ainsi comme "jetée par une fronde" ?
Eh bien, c'est que jadis elle faisait partie d'un système binaire : elle était sans doute la compagne d'une étoile encore plus grosse qu'elle. Seulement voilà : en astronomie, plus on est gros, plus on épuise vite son carburant nucléaire et plus on meurt tôt. La compagne de Zéta Ophuichi a explosé en supernova et a "éjecté" sa camarade dans l'espace à l'occasion de cet événement cataclysmique : du coup, cette dernière est devenue une étoile en cavale et le restera... jusqu'à sa mort en supergéante puis supernova dans quelques millions d'années.
Image : l'étoile errante Zéta Ophiuchi est l'étoile bleue presque au centre de la photo, dans le creux qu'elle produit sur le gaz interstellaire en raison de sa grande vitesse (crédits : NASA, JPL-Caltech, Spitzer Space Telescope)
QUATRE QUASARS SINON RIEN !
Les scientifiques viennent de découvrir un système à 4 quasars ce qui est rare au point qu'on pensait que cela ne pouvait pas exister...
Oui mais d'abord, c'est quoi, un quasar ? Eh bien, il s'agit de trous noirs géants qui occupent le centre d'une galaxie. On les appelle ainsi parce que se sont les objets les plus lumineux de l'Univers (quasar = quasi stellar radio source). Ces trous noirs sont des sortes de gouffres gigantesques d'où rien ne peut ressortir, pas même la lumière et, bien sûr, eux, on ne peut les voir mais ce n'est pas le cas de leur environnement formé de matières et de gaz qui, avant d'être "avalés", s'échauffent terriblement d'où l'intense lumière. On dit que certains quasars sont plus lumineux que les centaines de milliards d'étoiles qui composent la galaxie où ils siègent !
Plus on regarde loin dans l'espace, plus on voit des quasars. Or, il faut se rappeler que voir loin dans l'espace, c'est voir dans le passé. Pourquoi les quasars étaient-ils plus brillants lorsque l'Univers était plus jeune ? On pense qu'avec le temps, et après avoir détruit tout ce qui les entourait, eh bien, ils se sont pour la plupart mis en sommeil, faute de "carburant", comme le trou noir central de notre galaxie, Sagittarius A, bien calme depuis longtemps.
On a bien trouvé quelques quasars en "système binaire" (100 sur les 500 000 quasars identifiés) et même deux fois un système ternaire. Mais quatre, c'est la première fois. Par ailleurs, normalement, les quasars les plus proches sont séparés par au moins 100 millions d'années-lumière (al) or ceux dont nous parlons ne sont distants les uns des autres que d'à peine 700 000 al ! Bizarre...
L'immense nuage de gaz et de matière s'étendant sur plus d'un million d'al où ont été aperçus les 4 quasars a été surnommé par les scientifiques la "nébuleuse du Jackpot" : on comprend pourquoi… Mais derrière cet humour un peu forcé se tient une véritable interrogation : comment expliquer la présence de ces quatre quasars si proches les uns des autres et, de surcroît, parfaitement alignés ? On sent que la théorie classique de formation des galaxies et des quasars actuellement en vigueur ne tient pas totalement la route. Ajoutés aux nombreuses anomalies notamment galactiques développées dans le dernier sujet du blog, cette découverte donne à penser qu'il reste bien du travail en perspective...
Pour en savoir plus, voir le sujet : pulsars et quasars ici :
Image : la nébuleuse du Jackpot ; les 4 quasars sont indiqués par des flèches
(crédit : Arrigoni-Battaia & Hennawi / MPIA)
UNE ÉTRANGE ÉTOILE
le télescope spatial Kepler
KIC 8462852 est le nom d’une étoile repérée par le télescope spatial Kepler il y a quelques mois en raison d’anomalies de son cycle lumineux. En effet, à la différence des 150 000 étoiles que l’engin surveille, cette étoile-là présente des variations de luminosité tout à fait atypiques, comme si une énorme masse de matière passait devant elle à intervalles plus ou moins réguliers.
Au début, les scientifiques ont pensé que leurs instruments étaient mal calibrés, puis que leurs relevés étaient faux, victimes d’une quelconque erreur de calcul ou d’observation. Ce n’était pas le cas.
Du coup, quelle pouvait être l’explication du phénomène ? Toutes les hypothèses ont été évoquées : chaos d’une ceinture d’astéroïdes, restes d’une collision récente avec une planète, présence d’un disque de débris géants, nuage de comètes…Mais non, toutes ces hypothèses ont été finalement rejetées. Alors ?
Comme disait Sherlock Holmes : « Quand on a éliminé l’impossible, ce qui reste, aussi improbable que ce soit, doit être la vérité » et les scientifiques d’évoquer alors… une civilisation extra-terrestre, seule à même, semble-t-il, d’expliquer ces obscurcissements (des « transits » selon le terme consacré) aléatoires. Par exemple, on peut imaginer d’immenses panneaux solaires captant la lumière de l’étoile. Bon, il s’agit d’une approche qui relève plus du domaine de la science-fiction que de celui de la « vraie » science mais que des scientifiques sérieux l’envisagent et l’écrivent demeurera plutôt inhabituel !
Reste que l’étoile en question est située à 1480 années-lumière de nous ce qui veut dire que ce que l’on voit actuellement s’est déroulé en l’an de grâce 535 de notre ère. Par ailleurs, une capsule spatiale filant à la vitesse de la lumière (ce qui, par définition, est impossible) mettrait presque 3000 ans à faire l’aller-retour. Tout ça ne fait rien : on peut quand même rêver, non ?
Image : le télescope spatial Kepler (sources : asso-copernic.org)
ÉTOILES CANNIBALES
On a évoqué ici même les galaxies cannibales : abordons aujourd'hui, à une échelle bien plus modeste, les étoiles cannibales. Mais si, ça existe aussi. Pour s'en convaincre, il suffit de rapporter la découverte, il y a quelques mois par la sonde Gaia (agence Spatiale Européenne), d'une binaire, c'est à dire d'un couple d'étoiles, dont l'une cannibalise l'autre.
À 730 années-lumière du Soleil, dans la constellation du Dragon, deux étoiles tournent l'une autour de l'autre. Il y a dans ce couple - baptisé Gaia14aae - une étoile géante (125 fois la taille du Soleil) et une naine blanche. Cette dernière (qui est la résultante de la mort d'une étoile comme le Soleil) est toute petite (à peine la taille de la Terre) mais elle est hyperdense (les scientifiques disent que quelques grammes d'une naine blanche pèsent plus que toute la tour Eiffel). Pour tout dire, la densité de l'étoile géante ne représente que 1% de la densité de la naine blanche...
De ce fait, la naine blanche attire inéluctablement la matière de la géante qu'elle avale lentement. À vrai-dire on connait de tels phénomènes depuis longtemps mais, là, on le voit en direct et parfaitement distinguable car les étoiles sont parfaitement alignées par rapport à la Terre. Si parfaitement alignées que, toutes les 50 minutes, la naine passe devant la géante en une éclipse à répétition. Une aubaine pour l'observation scientifique...
Pourquoi l'attention des scientifiques a-t-elle été attirée par ce couple démoniaque ? Tout simplement parce que, de temps à autre, la naine attire une grande quantité de matière d'où une augmentation soudaine de la luminosité du couple stellaire soudain 5 fois plus brillant. En revanche, les spécialistes ne savent pas comment ce ballet tragique va se terminer : l'explosion de la géante en une supernova ? Une absorption progressive de la plus grosse par la plus petite ? On en saura plus dans quelques millions d'années.
Au moment où j’écris ces lignes, le blog comprend 148 articles dont plus de 60 ont trait à la théorie de l’Évolution, la grande majorité de ces derniers concernant les mécanismes et les conséquences de ces lois. Quelques lecteurs m’ont demandé de chercher à réunir de la façon la plus synthétique possible ces différents éléments dans un article qui permettrait d’avoir une perspective plus globale de l’Évolution : c’est ce que je vais essayer de faire aujourd’hui. Je ne manquerai bien sûr pas de mentionner les références des articles plus spécialisés au fur et à mesure de l’avancée du texte.
Avant les travaux de Charles Darwin, les réponses données à la présence de l’Homme sur Terre étaient simples et rassurantes : le monde était créationniste et il était inchangé
Chateaubraind vers la fin de sa vie
depuis sa formation quelques milliers d’années plus tôt par Dieu ; les êtres vivants existent tels quels une fois pour toutes etrien ne peut les modifier. Jamais. Les fossiles retrouvés par hasard ? Un moyen divin de tenter l’Homme et de s’assurer de la profondeur de sa foi : même le grand écrivain que fut Chateaubriand adhérait pleinement à cette approche (« Si le monde n’eût été à la fois jeune et vieux, le grand, le sérieux, le moral, disparoissoient de la nature, car ces sentiments tiennent par essence aux choses antiques. Chaque site eut perdu ses merveilles. » Chateaubriand, le génie du Christianisme, chapitre V, jeunesse et vieillesse de la Terre). Avant lui, en 1650, James Ussher, archevêque anglican, avait même calculé que notre planète avait été créée dans la nuit précédent le dimanche 23 octobre 4004 avant J.C. (calendrier Julien).
C’est dire que Darwin savait qu’il allait profondément déranger bon nombre de ses contemporains et c’est d’ailleurs la raison pour laquelle il hésita de nombreuses années avant de publier son ouvrage princeps « de l’origine des espèces » (1859).
Charles Darwin (1809-1882)
Il était pourtant sûr de lui, après avoir passé des années à observer des centaines d’espèces vivantes tant animales que végétales ; il en était arrivé à une conclusion simple et indiscutable : il existe des modifications chez les êtres vivants qui se transmettent de génération en génération et ces changements avantagent ou désavantagent ceux qui en sont porteurs de sorte que s’opère un « tri » : c’est la sélection naturelle.
On comprend aisément que, à l’époque de Darwin, des pans entiers de la science étaient totalement inconnus : Darwin, par exemple, se demandait comment les caractères apparus chez certains individus pouvaient se transmettre à ses descendants, les travaux de Mendel et la génétique étant totalement inconnus. Il faudra des décennies pour que des réponses satisfaisantes soient apportées, renforçant à chaque fois la théorie de Darwin, en la modifiant techniquement en fonction de l’avancée des connaissances… mais sans jamais en remettre en cause l’esprit.
La « révolution » darwinienne repose sur trois points…
* Le premier est facilement compréhensible : il existe un ancêtre commun (le premier être multicellulaire) à toutes les espèces vivantes et c’est à partir de lui que se sont diversifiées les espèces, parfois de façon stupéfiante (quel rapport apparent existe-t-il entre une mouche et un corail à part le fait que tous deux sont vivants ?). Puisque, par ailleurs, on peut mettre en évidence des fossiles d’êtres vivants nous ayant précédés mais disparus depuis longtemps, il faut bien que la Terre soit plus vieille que ce que l’on prétendait alors. Les travaux du géologue Lyell qui inspirèrent Darwin parlaient de centaines de millions d’années et, pour le scientifique anglais, c’était bien le minimum. Hélas, l’autorité morale en physique de l’époque qu’était Lord Kelvin avait ruiné les espérances de Darwin après avoir calculé que la Terre ne pouvait exister que depuis 20 à 40 millions d’années sinon elle serait complètement froide. Les Darwiniens étaient certains qu’il se trompait mais sans pouvoir en apporter la preuve. Il fallut attendre Rutherford et la mise en évidence de la radioactivité terrestre pour apporter une réponse : 4,5 milliards d’années ce qui est bien suffisant pour l’éclosion et le développement de la vie actuelle.
* Le deuxième point stipule que des variations lentes et progressives sont à l’origine de la transformation des espèces au cours du temps. En réalité, Darwin ne fait que reprendre ici à son compte ce que les transformistes comme Buffon, Lamarck ou Geoffroy Saint-Hilaire avaient déjà postulé en étudiant les fossiles. Il pense lui aussi que ces transformations se transmettent de génération en génération : c’est ce qu’il avait déjà noté en étudiant les espèces domestiquées par l’Homme (élevages) et qu’il retrouve dans la Nature pour les espèces sauvages quoique à un rythme bien plus lent.
* Mais ce qui fait la véritable originalité des travaux de Darwin, c’est l’introduction d’une notion fondamentale pour l’évolution des espèces : la sélection naturelle.
Inspirée de l’ économie (notamment des travaux de Malthus), la sélection naturelle explique pourquoi certains individus (et donc certaines espèces) sont favorisés par rapport à d’autres. Suite à une mutation spontanée dont l’expression est le plus souvent facilitée par une modification de l’environnement où ils vivent, quelques individus sont effectivement mieux armés pour survivre : on parle alors d’avantage sélectif. De ce fait, ils auront plus de descendants que leurs congénères « non mutés » et, peu à peu, leur population en arrivera à supplanter la population d’origine.
Cette sélection naturelle peut prendre un autre aspect : celui de la sélection sexuelle qui complète les pressions de sélections environnementales en ce sens que c’est alors la femelle (exceptionnellement l’inverse) qui va choisir le mâle porteur des gènes les plus favorables selon des critères physiques et/ou comportementaux instinctuels parfois très élaborés.
Si Darwin comprend bien qu’il existe des modifications des espèces qui s’imposent au fil du temps, il est bien incapable de comprendre par quels mécanismes, la génétique restant à son époque complètement inexistante. Pourquoi et comment l’avantage évolutif, fondement de la théorie, peut-il être transmis du parent à l’enfant ? Mystère pour l’époque.
Un autre aspect de la pensée darwinienne reste flou : celui de la notion d’espèce. L’espèce est un concept qu’on peut à la limite comprendre assez aisément de façon intuitive mais qui, d’un point de vue strictement scientifique, reste plutôt flou. Comment le définir ? Pour reprendre un exemple facile, pourquoi sait-on qu’un chihuahua est un chien et appartient donc à la même espèce qu’un Saint-Bernard et non pas à celle d’un chat dont il est morphologiquement plus proche ? L’absence de l’explication génétique est encore une fois fort perturbante.
Autre problème majeur: qu’en est-il du rythme évolutif des espèces ? Est-il lent et progressif comme le pense Darwin ou, au contraire, rapide et par à-coups ce que laisserait supposer l’absence de découverte des fossiles « intermédiaires » montrant les infimes modifications successives ? Il n’y a pas de réponse claire et les ennemis du savant anglais se font fort de le lui rappeler.
Enfin, un dernier point fait débat : la sélection naturelle porte-t-elle uniquement sur les individus ou concerne-t-elle d’autres niveaux de la Vie, comme les groupes ou même les espèces dans leur globalité ?
En ce milieu du XIXème siècle, la science n’est pas en mesure de répondre à ces questions pourtant fondamentales. Il faudra attendre le siècle suivant pour commencer à y voir plus clair.
Les progrès de la science apportent des réponses
* Les lois de l’Hérédité
C’est la connaissance de ces lois qui manqua si cruellement à Darwin mais le décryptage de la génétique ne se fit pas d’un seul coup, tant s’en faut. On peut résumer ces acquis selon quatre étapes.
Il y eut d’abord les travaux précurseurs de Mendel…
Le moine tchèque travaillait sur des pois et observa ce que donnaient les croisements des différentes espèces de ces végétaux. Vers 1850, il en tira trois lois qui expliquaient de façon précise les principes de l’hérédité biologique qui permet un transfert des caractères des parents vers les descendants
Gregor Mendel (1822-1884)
. Curieusement, la découverte par Mendel des lois de l’hérédité eurent lieu du vivant de Darwin : ce dernier avait même reçu un tiré-à-part des travaux de Mendel mais, malheureusement, il ne le lut pas. Deuxième rendez-vous manqué : Mendel vint à Londres en 1862 mais n’eut pas l’occasion de rencontrer Darwin dont il connaissait pourtant les travaux… La découverte du Tchèque, capitale, ne fut pas exploitée et tomba dans l’oubli jusqu’en 1900 où elle fut enfin reconnue.
… puis les travaux d’August Weissman, un médecin et biologiste allemand, qui consacra la plus grande partie de sa vie à démontrer l’impossibilité de la transmission des caractères acquis avant de conclure que le seul moyen de transmettre une information d’un parent à son descendant reposait sur la continuité du « plasma germinatif » ou, dit autrement, que les organismes pluricellulaires sont constitués de cellules germinales contenant l’information héréditaire (appelé aujourd’hui génome) et de cellules somatiques pour les fonctions vitales. C’était un immense pas en avant puisque prouvant le support matériel de l’hérédité.
En 1901 la notion de mutation est pour la première fois exprimée par le botaniste néerlandais Hugo de Wries qui défend alors la conception darwinienne de la sélection naturelle. Quelques années plus tard, en 1909, Wilhelm Johannsen, évoque la notion de gène et propose de la définir de manière purement opérationnelle par rapport à la combinatoire mendélienne. Il ne reste donc plus qu’à découvrir la nature physique de ces gènes dont on ignore encore tout.
Il faudra attendre 1953 pour que Watson et Crick découvrent la structure physico-chimique de la molécule supportant ces gènes, l’ADN, et la structure en double hélice des chromosomes. Le code génétique permettant aux cellules de déchiffrer les séquences de gènes et donc de construire les molécules nécessaires à la vie cellulaire est finalisé en 1961 (Nirenberg et Matthael)
On imagine la joie qu’aurait ressentie Darwin de voir enfin élucidé le moyen de transmettre les informations d’un individu à son descendant, lui qui n’avait fait que le supposer.
* Autre point épineux : Darwin nous dit que les espèces se transforment au cours du temps mais qu’est-ce qu’une espèce ?
Lors de son passage aux îles Galápagos, Darwin avait observé l’évolution des colonies de pinsons : selon les îles qu’ils occupaient, ces oiseaux s’étaient diversifiés (notamment par la forme de leurs becs) en fonction des sources de nourriture dont ils disposaient. Jusqu’à devenir incapables d’avoir une descendance commune : une population auparavant homogène avait donné naissance à des espèces différentes. On appelle ce phénomène spéciation (ici géographique).
Le fait de ne pas pouvoir engendrer de descendants est-il donc la caractéristique principale qui différencie deux espèces ? C’est ce que le biologiste Ernst Mayr (1904-2005) pensait : pour lui, le critère d’interfécondité est primordial et le fait de ne pouvoir obtenir une descendance marque
le tigron n'est pas une espèce car il ne peut se reproduire
l’appartenance à deux espèces différentes. Et cela même si ces espèces sont encore suffisamment proches pour engendrer des descendants non fertiles comme l’âne et le cheval (donnant un mulet ou un bardot) ou une lionne et un tigre enfantant un félin hybride appelé tigron…
Darwin s’exerça à tracer un arbre généalogique des espèces qui, bien entendu, n’est plus de mise à présent avec la génétique moderne. Continuant sur la lancée d’un Linné, créateur d’une première approche dite « systématique », la taxinomie a cherché à regrouper les espèces en fonction de leurs ressemblances : l’unité conceptuelle de base est le taxon, censé identifier tous les individus ayant certains caractères en commun. Il s’agit pourtant là d’une classification parfois arbitraire, de nombreux taxons associant des espèces fort disparates. Surtout si l’on songe que certaines « ressemblances » peuvent être fortuites, celles-ci étant le fait d’évolutions totalement indépendantes (on parle alors de convergence évolutive).
On a donc également recours à la cladistique, un clade étant un taxon qui ne regroupe que les individus dont on est certain qu’ils possèdent un caractère hérité d’un ancêtre commun.
Du coup, « l’arbre » généalogique des espèces s’est transformé en un buisson touffu mais une chose est aujourd’hui certaine : il n’existe aucun « sens » historique préétabli ou de marche vers un quelconque « progrès ». L’Évolution des différentes espèces se fait en parallèle, en fonction des variations des conditions de survie : dans cette optique, homo sapiens n’est qu’un animal parmi d’autres.
* Troisième point ayant posé problème : le rythme de l’Évolution
Darwin attendit toute sa vie, la découverte des fameux « fossiles intermédiaires », ceux qui auraient pu montrer les infimes modifications d’avec les espèces originelles prouvant le caractère lent et constant de leur évolution. Déjà du temps du savant anglais, certains de ses plus fervents admirateurs avaient quelques doutes. En effet, quand on observe bien les fossiles retrouvés, on distingue des individus qui restent inchangés durant des millions d’années puis qui, d’un seul coup, disparaissent sans que l’on puisse retrouver des formes de transition.
Aujourd’hui, on sait que Darwin avait partiellement tort sur ce point précis des lois de l’Évolution : la vitesse de transformation des espèces n’est pas constante. En 1972, Stephen J. Gould et Niles Eldridge avancèrent l’hypothèse que l’Évolution n’est pas minime et régulière mais qu’elle procède par soubresauts, associant de longues phases d’immobilisme - dites de stagnation - à des épisodes de transformations rapides (portant au plus sur quelques milliers d’années). Cette approche est appelée la « théorie des équilibres ponctués ».
Plus radical encore fut avancé le saltationnisme qui tablait sur la possibilité de « sauts » immenses transformant complètement l’espèce en une autre, par exemple avec l’apparition de membres ou d’organes surnuméraires. La communauté scientifique resta longtemps assez peu réceptive à ces idées plutôt iconoclastes avant que ne soit connue, dans les années 1980, l’existence de « gènes architectes » susceptibles d’entraîner des bouleversements majeurs dans l’organisation de l’embryon.
En réalité, comme souvent dans le domaine des sciences, il n’existe pas de réponse unique. Tout dépend de l’espèce considérée : certaines sont inchangées depuis toujours à la façon du cœlacanthe, ce poisson qualifié de « fossile vivant » puisqu’on le croyait disparu depuis des millions d’années et qui
coelacanthe
fut retrouvé identique à ses lointains ancêtres il y a quelques décennies ; d’autres espèces se transforment presque continuellement : il n’est que de se souvenir des mutations quasi-permanentes des bactéries pour échapper à l’agressivité des antibiotiques à leur égard.
Si l’on peut penser que les transformations radicales du saltationnisme restent marginales, il est tout à fait vraisemblable que modifications brutales et subites (équilibres ponctués) s’associent aux variations progressives s’étendant sur des laps de temps plus étendus comme le pensait Darwin. Cette sorte d’équilibre entre les deux mécanismes principaux doit d’ailleurs varier sensiblement en fonction des espèces étudiées sans que l’on puisse dégager une explication précise propre à chacune d’entre elles.
Avec l’idée de sélection naturelle, Darwin avait trouvé la raison principale de la transformation des espèces. Toutefois, le savant anglais pensait essentiellement à la sélection des individus constituant une espèce mais, en réalité, la notion est bien plus vaste. Si vaste qu’il n’est guère de domaine où l’on ne puisse l’appliquer. Du coup, on se demande s’il n’existe pas d’autres niveaux de l’Évolution visés par la sélection naturelle. Et se poser la question, c’est presque y répondre…
Où s’exerce réellement la sélection naturelle ?
Pour Darwin, la cible privilégiée et peut-être unique de la sélection naturelle est l’individu : porteur d’un avantage sélectif, celui-ci survivra plus facilement, se reproduira plus aisément et sa descendance finira par transformer toute l’espèce. Cette approche est restée longtemps la seule à être reconnue avant que certains scientifiques ne proposent un autre niveau d’action.
Sans remettre en cause la sélection naturelle individuelle, une autre approche consiste en effet à s’intéresser aux groupes auxquels appartiennent les dits-individus. L’étude notamment des insectes sociaux comme les fourmis ou les abeilles permet de percevoir que la sélection naturelle - et donc in fine l’Évolution - agit à un autre niveau. Concernant les fourmis, par exemple, il est certain que l’individu n’a guère d’importance
une fourmi n'est rien : seule compte la fourmilière
puisque, isolé, il est amené à disparaître : la force de l’espèce, c’est la fourmilière. Un avantage sélectif n’est d’aucune utilité à l’individu seul mais, une fois sélectionné, concernera les actions et le devenir de l’ensemble de la communauté. Vu sous cet angle, la sélection naturelle s'applique donc bien plus au groupe qu'à l’individu, ce groupe qui possède en réalité une puissance d’action bien supérieure à celle de la somme de chacun de ses composants.
Certains sont allés encore plus loin : Stephen J. Gould, « l’inventeur » des équilibres ponctués, se demandait quant à lui si la sélection naturelle ne concernait pas tout simplement certaines espèces dans leur ensemble, par exemple, lors d’une compétition pour une même niche écologique. D’autres, à l’instar du biologiste et éthologiste Richard Dawkins propose, non sans malice, qu’il faut considérer la sélection naturelle au niveau du gène, l’individu n’étant en quelque sorte que l’enveloppe charnelle destinée à le protéger.
Quoi qu’il en soit, on peut raisonnablement avancer que l’individu, par la modification de quelques uns de ses gènes, est le porteur de la transformation de son espèce et ce quel que puisse être le niveau d’application final de la sélection naturelle. Une question néanmoins reste en suspens : la transformation d’une espèce est-elle toujours une amélioration de celle-ci ? A-t-on le droit de dire que l’évolution conduit obligatoirement à un perfectionnement, qu’ elle est en somme une source de progrès ?
Un terme à proscrire, celui de « progrès »
Darwin écrivit le 4 décembre 1872 au paléontologiste américain Alpheus Hyatt : « Après mûre réflexion, je ne peux m’empêcher de penser qu’il n’y a pas de tendance au progrès. »
Contrairement à une idée couramment admise, l’Évolution des espèces ne représente pas un « progrès », une sorte d’amélioration qui tendrait vers un idéal hypothétique. La sélection naturelle explique seulement comment les organismes se modifient au fil du temps en cherchant à s’adapter au modifications de leur milieux locaux. Elle permet simplement aux espèces de survivre lorsque leur environnement change (et ce, à la condition que ces changements ne soient quand même pas trop rapides). Au-delà de tout ce qu’apportait sa théorie, Darwin considérait que ce rejet du progrès au profit de simples ajustements ponctuels à des changements de conditions était la partie la plus fondamentale et la plus radicale de ses travaux.
Aucune autre théorie que l’approche Darwinienne ne peut expliquer aussi bien les observations du monde du vivant et son évolution au long des millions d’années de sa présence sur notre planète.
sans la météorite qui s'abattit il y a 65 millions d'années sur le Mexique, nous ne serions pas là...
Cette évolution relève évidemment du hasard puisque les événements qui provoquent l’adaptation des espèces à leurs milieux sont imprévisibles. Le hasard ? Ou, dit autrement, le déterminisme de la matière, plutôt, qui est sa strate cachée. Mais l'incertitude au bout du compte rendant impossible toute prévision d’avenir, en tout cas pour la matière vivante. La meilleure illustration en est la météorite du Yucatan qui, en détruisant le monde des dinosaures, permit l’essor des mammifères et des millions d’années plus tard l’apparition d’homo sapiens : une trajectoire légèrement différente de l’objet exterminateur et nous ne serions pas là pour en discuter.
Des milliards de milliards petits événements, de petits hasards ont fait du monde ce qu’il est aujourd’hui : comme le dit fort bien Gould, « si l’on pouvait rembobiner le film de l’évolution de la vie jusqu’à ses débuts à l’époque du schiste de Burgess et recommencer son déroulement à partir du même point de départ, il y aurait bien peu de chances pour que quelque chose de semblable à l’intelligence humaine vienne agrémenter la nouvelle version de l’histoire. »
L’immense mérite de Darwin a été de nous permettre de comprendre, au-delà des mythes et des préjugés, ce qu’a été l’évolution du vivant sur cette Terre. L’idée, dit-on, était dans l’air du temps et d’autres auteurs étaient proches de publier des travaux voisins du sien mais c’est bien à lui que l’on doit une publication « l’origine des espèces » qui a changé à jamais la Science. Et la compréhension du monde dans lequel nous vivons.
Sources :
1. Wikipedia France
2. Science et Vie.com
3. Encyclopaediae Britannica
4. CNRS : sagascience (dossier évolution)
Images :
1. Chateaubriand vers la fin de sa vie (sources : repro-tableaux.com)
2. Charles Darwin (sources : American Philosophical Society)
3. la sélection naturelle (sources : sedna.radio-canada.ca)
Au cours du temps, un certain nombre de billets parus dans la version Face Book du blog a concerné le petit robot Curiosity qui, encore aujourd’hui, continue à vaillamment arpenter le sol de la planète rouge. Je me propose d’afficher chronologiquement les principaux textes concernant la petite machine avant d’étudier cette dernière plus en détail et chercher à déterminer ce que l’on peut encore espérer d’elle..
BON ANNIVERSAIRE CURIOSITY ! (7 août 2013)
Le 6 août 2012, à 5h31 UTC, le robot Curiosity de la NASA s'est posé dans le cratère Gale de la planète Mars, au terme d'un voyage de près de neuf mois. Après avoir subi une panne de sa mémoire frappée par des rayons cosmiques, perdu du
premiers pas sur Mars
temps avec des "dunes qui bougent" et affronté une tempête solaire, la courageuse petite machine s'est mise à creuser le sol martien... pour découvrir que ce dernier était parfaitement compatible avec l'apparition de la Vie... Compatible seulement parce que de Vie, pour le moment, il n'y en a aucun signe. Il faut dire que si Mars a renfermé de l'eau (indispensable au développement de la Vie telle que nous la connaissons), c'était il y a très très longtemps et probablement pendant une durée de temps insuffisante (Il a fallu près d'un milliard d'années pour que la Vie apparaisse sur Terre).
Après avoir parcouru un peu plus de 1 km en un an, Curiosity va à présent accélérer la cadence pour atteindre et escalader le centre du cratère situé à environ 10 km de l'endroit où il se trouve. Rappelons-nous quand même que les ordres provenant de la Terre pour le faire bouger mettent, selon les positions respectives des deux planètes, entre 3 et 21 minutes pour lui parvenir : il est donc impossible de communiquer avec le robot en temps réel et tout doit être programmé. Ce qui rend encore plus extraordinaire l'exploit que représente cette mission !
Photo : NASA
DES NOUVELLES DE CURIOSITY (28 janvier 2014)
Vous vous en souvenez peut-être, au mois d'août dernier, nous avions évoqué l'anniversaire du module martien Curiosity qui était alors en route vers le centre du cratère Gale où il s'était posé. Eh bien, son périple a continué.
Un peu moins d'un mois après son atterrissage sur Mars, ses caméras avaient mis en évidence des espèces de galets aux formes arrondies et lisses qui ne pouvaient provenir que de l'ancien lit d'une rivière. Dès lors, c'était une certitude : Mars, jadis, avait abrité de l'eau et durant longtemps, probablement des millions d'années...
Curiosity s'est ensuite dirigé vers une dépression dénommée par les scientifiques Yellowknife Bay où il a mis en évidence une zone de sédiments, très certainement le fond d'un ancien lac. Le robot est capable d'analyser les roches qui l'entourent en leur "tirant" dessus avec un laser : il ne lui suffit alors plus que d'analyser la lumière émise en retour pour connaître la
la planète Mars vue par Curiosity
composition de ces roches. Qu'a-t-il donc trouvé par cette méthode ? Rien de moins que les éléments nécessaires à la vie (de type terrestre) : carbone, hydrogène, oxygène, azote, soufre et phosphore... On peut en déduire que Yellowknife Bay était, il y a environ 3 milliards d'années, un lac d'eau douce de 5 km de largeur pour une cinquantaine de km de longueur et que des rivières descendant des parois du cratère venaient régulièrement l'alimenter.
Notre vaillant petit robot continua son analyse jusqu'à apporter la preuve que cette eau du passé était très peu salée, pas trop chaude et surtout non acide. Bref, une eau dans laquelle - comme ce fut le cas sur Terre - la Vie aurait (a ?) pu apparaître. Et qui sait si des bactéries...
Bon, ensuite, cela ne s'est pas passé comme sur notre planète, probablement parce que l'eau martienne s'est (trop) rapidement évaporée, avant que la Vie ne puisse se développer. Il n'empêche, c'est la première fois que l'on met en évidence que des conditions nécessaires à l'apparition de la Vie ont existé sur une autre planète que la nôtre. Et c'est grâce à Curiosity qu'on en a la preuve...
On lui souhaite donc de continuer à nous renseigner longtemps sur ces terres lointaines et, on l'espère, de nous fournir bientôt un nouveau bulletin d'information !
Photo : w3sh.com
CURIOSITY (suite) (12 septembre 2014)
Le vaillant petit robot continue son périple martien. Il y a quelques jours, les scientifiques ont eu peur pour lui car on l'a cru un temps ensablé mais, heureusement, la petite machine a réussi à se désengager de ce terrain hostile. La voici à présent
Mars : Pahrump Hills
au pied du mont Sharp (une montagne plus haute que le Mont Blanc puisque son sommet culmine à 5500 mètres), but de son voyage. Sa mission actuelle : étudier la base de la montagne (un endroit nommé "Pahrump Hills") et démontrer la nature hydratée des roches qu'y s'y trouvent, c'est à dire des roches formées en présence d'eau. Si son enquête est positive, ce sera la mise en évidence d'un élément fondamental : la présence d'eau dans un passé lointain de la planète et donc la possibilité que, à un moment de la vie de Mars, la Vie ait pu y exister ! Curiosity n'est plus qu'à 200 mètres de cet endroit qui sera atteint dans quelques jours.
Le terrain à prospecter est théoriquement moins agressif que les zones rencontrées jusqu'à maintenant et c'est tant mieux : en effet, les roues du robot (pourtant fort résistantes) ont grandement souffert de sa traversée dans la zone précédente puisqu'elles sont à présent percées de multiples trous provoqués par les pierres acérées rencontrées lors de cette première partie du voyage.
Ensuite, il lui faudra entreprendre l'ascension proprement dite de la montagne : Curiosity aura alors parcouru presque 10 km sur Mars (en environ 2 ans) mais il est toujours présent, preuve de sa ténacité et de son endurance !
photo : NASA
UN COUCHER DE SOLEIL TRÈS SPÉCIAL (18 mai 2015)
coucher de Soleil sur Mars
La photo ci-dessus nous montre un coucher de soleil. Toutefois, en observant de près le cliché, on s'aperçoit qu'il n'est pas tout à fait comme on aurait pu s'y attendre : il reflète une certaine étrangeté...
C'est que ce coucher de soleil a été pris depuis la planète Mars ! Vous vous souvenez de notre petit robot Curiosity que nous avions laissé au bas du mont Sharp, dans le cratère Gale ? Eh bien, il continue sa lente et patiente ascension... et ses diverses observations.
Curiosity a pris cette photo d'un coucher de soleil martien le 15 avril dernier, fêtant alors son 956ème jour de présence sur Mars. On y observe que le Soleil y paraît plus petit que depuis laTerre ce qui est normal puisqu'il est 50% plus loin. Quant à la couleur bleue dominante sur le cliché, elle est probablement due à de la poussière en suspension qui diffracte la lumière : les spécialistes de la NASA nous disent en effet que la photo a été prise juste après une violente tempête, ce qui explique le phénomène. En temps normal, le ciel aurait dû être rouge-orangé...
Je pense que Robert Bradbury, l'auteur des "chroniques martiennes", aurait aimé contempler cette image, lui qui inventa tout un univers martien à la seule force de son imagination.
Photo NASA
CURIOSITY TOUJOURS FIDÈLE (8 mai 2016)
En juin 2015, à l'occasion de ses 1000 jours de présence sur Mars, nous avions évoqué le fidèle petit robot et sa longue quête sur la planète rouge... mais, depuis, où en est-il ?
Eh bien, il poursuit vaillamment son bonhomme de chemin, en direction du mont Sharp (appelation NASA), également baptisé Aeolis Mons (par l'Union Astronomique Internationale) sa destination (qu'on peut apercevoir sur la photo à droite, en haut). Il est encore loin de son objectif mais on connait son opiniâtreté !
En fait, la principale mission du petit robot est d'évaluer les chances d'apparition d'une vie martienne, notamment bactérienne, et c'est la raison pour laquelle, après avoir exploré
Curiosity en route vers Aeolis
le plateau nommé Nautkluft (à gauche de la photo), un endroit tout particulièrement tourmenté, il se dirige à présent vers le Mont Aeolis à la base duquel le sol est censé renseigner les scientifiques sur la présence de traces d'eau et sur le temps qu'elle séjourna sur la planète rouge avant de s'évaporer.
Toutefois, la marche de Curiosity sur le plateau Nautkluft n'a pas été sans dommages puisque les roues en aluminium de la petite machine sont particulièrement abimées et on ne sait pas vraiment s'il pourra continuer longtemps. Une chose est sûre : il a accompli jusqu'à présent toutes les tâches qui lui étaient assignées et les explorations actuelles (et à venir) sont un bonus dont même la NASA n'aurait pu rêver ! On lui souhaite donc bonne continuation...
photo : Curiosity en avril 2016 (crédits NASA)
ET OÙ EN EST CURIOSITY ?(24 septembre 2106)
Que devient notre petit robot martien dont nous avons donné à plusieurs occasions des nouvelles ? Eh bien, il continue son exploration de Mars et vient d’adresser à la Terre des photos tout à fait spectaculaires sur le relief de cette planète si fantasmée par les écrivains de science-fiction.
Il est, vous vous en souvenez peut-être, au pied d’une
montagne, le mont Sharp (Ae
olis) et dans un méandre de massifs rocheux, de buttes pierreuses et de collines à sommets plats qui rappellent étrangement le Far-West américain…
En fait, ces roches dures et pointues sont composées de grains de sable qui ont été agglomérés par les vents puis cimentés avant d’être érodés par d’autres mécanismes éoliens, d’où cet aspect acéré, pointu et pourtant lamellaire.
Curiosity va bientôt quitter ces endroits tourmentés pour commencer l’ascension du Mont Sharp lui-même, toujours à la recherche de rochers qui se seraient formés en présence d’eau liquide…
Cela fait déjà trois ans (presque quatre) que le robot de la NASA s’est posé sur la planète rouge et, durant tout ce temps,
il a parcouru plus de 14 km. Cela peut sembler peu à nos cerveaux de terriens mais c’est en réalité immense parce que c’est la première fois qu’une machine fabriquée par l’Homme explore de si lointains territoires, des terres jusque là forcément inconnues puisque hors de notre planète.
Images : récentes images de MARS par Curiosity (sources : NASA)
LES DUNES DE MARS(1er avril 2017)
des dunes plutôt étranges
Il y a quelques mois, Curiosity, le petit robot courageux qui explore la planète rouge depuis des années, s'est intéressé aux dunes assez bizarres de cet endroit désolé. Ou plutôt les scientifiques qui guident le périple de Curiosity.
Ceux-ci, en effet, avaient repéré une dune étrange appelée Namib, située dans le champ de sable et de poussières du cratère Gale dans lequel se promène la petite machine. C'était la première fois qu'on observait de près une dune de sable extra-terrestre. Vous allez me dire qu'une dune de sable est une dune de sable où qu'elle se trouve et qu'il n'y a pas de raison de découvrir des différences. Eh bien si : les crêtes des dunes martiennes sont bien particulières et séparées de trois mètres... exactement comme celles qui dorment sous nos océans...
Les raisons ? Les scientifiques pensent d'abord à la gravité qui est bien plus faible que celle de la Terre (mais elle est très forte sous les océans terrestres). D'autres facteurs interviennent donc : notamment la vitesse et la pression des vents qui, sur Mars, sont très spéciaux. Sur l'image ci-dessus, on peut voir les crêtes dunaires assez obscures de Namib avec en arrière plan des roches couvertes de la poussière orange martienne habituelle (et une coulée de cailloux sur la droite).
Curieusement, peu après avoir pris cette photo, Curiosity s'est mis en mode "sécurité", c'est à dire qu'il s'est volontairement déconnecté et est entré en sommeil durant trois mois avant de reprendre tranquillement son exploration du cratère Gale.
Image Crédit : NASA, JPL-Caltech, MSSS
SITUATION ACTUELLE DE CURIOSITY (juillet 2017)
En 2017, Curiosity continue son exploration du cratère Gale ce qui, au passage, prouve l'incroyable longévité de cet outil (sur laquelle nous aurons l'occasion de revenir) : on trouvera ci-après une carte du théâtre d'opération du robot afin de saisir plus aisément son exploit.
le cratère Gale et le mont Sharp (ou Aeolis)
En ce moment (juillet 2017), Curiosity s'approche d'un endroit baptisé Vera Rubin Ridge (voir carte ci-après) dont les scientifiques souhaiteraient connaître la composition. Contrefort éloigné du mont Sharp (qui, je le rappelle, culmine à plus de 5 500 m d'altitude), il s'agit en réalité d'une sorte de mur que les experts de la NASA décrivent haut comme un immeuble de sept étages sur une longueur de 5,6 km et qui est composé de strates dont ils aimeraient savoir si elles ont été générées par les vents martiens ou par l'eau d'un ancien lac (il faut préciser que les observations faites plusieurs mois plus tôt sur le site dit des buttes de Murray iraient plutôt vers cette seconde hypothèse)
.
le Vera Rubin Ridge qui intéresse actuellement Curiosity
Comme le dit elle-même la NASA : "Durant l’année qui a suivi son atterrissage le 5 août 2012, Curiosity a réalisé son objectif principal en démontrant que, des milliards d’années auparavant, un lac martien offrait les conditions qui étaient favorables au développement d’une vie microbienne. Curiosity a depuis traversé une diversité d’environnements où à la fois l’eau et les vents ont laissé leurs empreintes. L’exploration à venir de la falaise Vera Rubin et des couches supérieures d’argile et de phosphates offrira l’opportunité d’en savoir encore plus sur l’histoire et l’habitabilité de la planète Mars à ses débuts ."
le périple de Curiosity sur Mars avec, en pointillé, son trajet en 2017 (sources : usinenouvelle.com)
CURIOSITY, UN ROBOT TAILLÉ POUR L'EXPLORATION
Lorsqu’on veut explorer une planète, il existe deux types d’explorateurs au sol : les atterrisseurs qui sont fixes et les rovers, mobiles, dont le rôle est longtemps resté modeste puisqu’ils se contentaient de valider sur le terrain les observations faites par les engins restés en orbite.
De nombreuses sondes ont déjà été lancées vers Mars et certaines sont arrivées en bon état ; de ce fait, un grand nombre d’engins se trouve sur place (certains datant de l’ère soviétique), la plupart actuellement immobilisés en fin de mission (qui n’a parfois jamais commencé). Le plus gros des
différentes sondes près de Curiosity (sources : Wikipedia)
représentants terrestres sur place est incontestablement Curiosity qui pèse 899 kg (alors que la sonde dans son ensemble avoisinait les 3,9 tonnes). Il est de plus bien équipé avec 10 instruments scientifiques majeurs (75 kg environ) lui permettant de rechercher la présence d’eau, d’analyser les roches et les minéraux et, bien sûr, de prendre des photos en haute définition.
Le poids de Curiosity a posé un problème aux scientifiques pour l’atterrissage. En effet, l’engin était trop lourd pour être parachuté durant les dernières dizaines de mètres (un parachute freinera néanmoins le début de sa descente) et, de la même façon, il était impossible de se servir de coussins gonflables comme cela avait été choisi pour d’autres missions. Impossible non plus de se servir d’un étage porteur comprenant des moteurs fusées : cette solution est adaptée aux atterrisseurs fixes (comme les sondes Vikings) mais Curiosity, lui, devait pouvoir se dégager pour accomplir son exploration. On
largage du robot par l'étage de descente (sources : Wikipedia)
eut donc recours à une descente propulsée et à un atterrissage grâce à un étage de descente, c’est-à-dire, une sorte de plateau garni de fusées de guidage mais susceptible de se séparer du rover en le déposant au dernier moment délicatement au moyen de trois puissants câbles. Cet étage devait assurer une dépose la plus douce possible puis repartir immédiatement afin d’aller s’écraser un peu plus loin. Un système compliqué à manœuvrer, surtout si l’on se souvient que la communication met plusieurs minutes entre Mars et la Terre (entre 8 et 48 minutes pour un aller-retour selon les positions des planètes l’une par rapport à l’autre). Quoi qu’il en soit, une fois le rover posé (et en principe immédiatement opérationnel), il ne suffisait plus que de s’assurer qu’il ne se trouvait pas en situation périlleuse (comme, par exemple, le sera la sonde Rosetta bien plus tard sur la comète Tchouri) grâce aux capteurs embarqués. Bien que Curiosity puisse escalader des pentes de 50° et que sa garde au sol soit de 60 cm, un grand nombre de vérifications fut effectué à ce stade : analyse du sol, qualité des télécommunications avec la Terre, déploiement du grand mât télescopique et de l’antenne… Curiosity ne fut autorisé à se déplacer qu’au bout de 7 jours.
ET L'AVENIR ?
Il faut en convenir : Curiosity était fait pour durer. À l’origine, la mission qu’on lui avait confiée devait se prolonger une année martienne, c’est-à-dire 669 sols (jours solaires martiens) ce qui correspond à 687 jours solaires terrestres, soit un peu plus de 22 mois. Nous sommes en juillet 2017 - soit pratiquement cinq ans après son atterrissage sur Mars - et le robot semble toujours en très bonne forme : quel est son secret ?
Il faut tout d’abord se féliciter de la qualité du matériel embarqué à bord de Curiosity mais aussi du fait que ses
Curiosity : pas moins de 17 caméras ! (sources : Wikipedia)
concepteurs, prévoyants, avaient pratiquement doublé la plus grande partie de l’informatique et cela fut terriblement utile : dès le début de la mission, l’ordinateur principal de Curiosity fut neutralisé suite à un dysfonctionnement de sa mémoire flash endommagée par des rayons cosmiques. Et c’est l’ordinateur de secours qui prit le relais…
Un deuxième point important est l’assiduité de l’équipe au sol. En effet, traditionnellement pour une mission de ce genre, la première année, les scientifiques restent « au contact » 24 h sur 24 avant de progressivement lever le pied les mois suivants : Curiosity est certainement un des atouts-maître de la NASA ce qui explique qu’il ne fut pas oublié. Et que son activité reste primordiale pour l’agence américaine.
Il est également important de signaler que les années passant, notre compréhension de l’écologie de la planète rouge est allée en grandissant ce qui n’a pu que profiter à Curiosity.
Il reste tout de même que la longévité surprenante du petit robot est certainement principalement dû à son mode de propulsion : en effet, Curiosity dispose d’une énergie indépendante de la lumière et de l’ensoleillement, au contraire de la plupart de ses prédécesseurs, au premier rang desquels Opportunity, toujours actif par périodes mais vivant ses derniers moments en énergie. Afin d’échapper aux aléas des panneaux solaires (fragiles, ne fonctionnant que le jour et quasi inactifs durant l’hiver), la NASA a choisi pour Curiosity un générateur nucléaire, en l’occurrence un générateur thermoélectrique à radio-isotopes utilisant du plutonium enrichi. Du coup, Curiosity dispose de 2,7 kWh/j contre 0,8 kWh/j en moyenne pour Opportunity (beaucoup moins pour celui-ci aujourd’hui).
Curiosity est une superbe petite machine dont la durée de vie est bien supérieure à celle prévue au début de l’expérience. On peut même penser, compte-tenu de sa source d’alimentation stable et durable, qu’il a encore bien des mois d’exploration devant lui. À la condition qu’il continue à progresser avec
prudence. En réalité, l’informatique du robot ne lui permet pas de prendre des décisions majeures dans son exploration : c’est l’équipe sur Terre qui décide de tout et, bien entendu, puisque les communications entre la Terre et Mars mettent de nombreuses minutes, l’avancée est lente. Lente mais régulière. Et on peut penser que Curiosity nous réserve encore des informations capitales sur cette planète qui intéresse tellement les Terriens qu’ils ont presque décidé d’y envoyer une équipe humaine dans quelques années.
Sources :
1. Wikipedia France et en.wikipedia.org
2. Science et Vie.com
3. Encyclopaediae Britannica
4. https://www.astronomes.com
5. revue Ciel et Espace (https://www.cieletespace.fr/)
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