|
|
|
Origine de l'eau
De la Terre aux confins de l'univers (II) 2. L'eau dans le système solaire Grâce à l'exploration spatiale, nous savons aujourd'hui qu'il existe de l'eau (généralement sous forme de glace, parfois de vapeur) ailleurs que sur Terre, notamment sur les comètes, certains astéroïdes, probablement sur la lune Europe de Jupiter, sur les lunes de Titan, Phoebé et d'Encélade de Saturne, dans les calottes polaires de Mars, au fond de certains cratères lunaires du pôle Sud, et même emprisonnée dans les météorites. Ce n'est que récemment que les scientifiques ont révisé leurs hypothèse sur l'origine de cette eau. Ainsi que nous l'avons expliqué, on a longtemps cru que l'eau présente autour de nous s'était formée par condensation de la vapeur d'eau suite à l'oxydation de l'hydrogène présent dans la nébuleuse protosolaire. Mais comme d'habitude en science, si l'idée paraît plausible et simple, Dame Nature est beaucoup plus imaginative et fait appel à des mécanismes plus complexes et variés. C'est une nouvelle fois une donnée extérieure à la Terre qui mit les chercheurs sur une piste prometteuse. En analysant la composition des météorites tombées sur Terre et des gaz cométaires, les chercheurs se sont rendus compte que le milieu interstellaire contenait toute l'eau dont nous avions besoin sans faire intervenir d'oxydation. Dans le froid glacial qui baignait le système protosolaire, quelques centaines de kelvins, la poussière était enrobée de glace. A mesure que le proto-Soleil se formait et que le nuage devenait plus dense, la chaleur centrale commença à irradier, vaporisant par sublimation la glace recouvrant les poussières. On estime qu'environ un million d'années plus tard, la vapeur d'eau se serait recondensée sur les poussières pour former des substances hydratées qui se sont ensuite accrétées pour former les différentes planètes et les autres astres du système solaire. Le surplus de poussière glacée se serait accumulé en périphérie du système solaire pour donner naissance au Nuage de Oort duquel s'évade de temps en temps des comètes. Cette théorie n'est qu'une hypothèse, mais elle a la faveur des astronomes car elle explique l'origine de l'eau présente dans le système solaire à la lumière des récentes découvertes. Cette origine interstellaire indiquerait que la présence d'eau n'est pas liée à une condition particulière présente dans l'environnement terrestre ou dans la zone habitable, mais serait au contraire une situation tout à fait normale du développement des étoiles et ses systèmes planétaires. En d'autres termes, il est tout à fait possible que nous découvrions des exoplanètes possédant de l'eau, et pourquoi pas, de l'eau liquide.
Puisque la Terre existe bien, pourquoi n'y en aurait-il pas d'autres ?... Infirmer cette idée en disant qu'il s'agit d'un cas exceptionnel dans l'univers n'est pas un argument recevable car il n'est pas démontré. En effet, il paraît plus probable que le hasard avance en aveugle et reproduise donc ailleurs des situations identiques à celle que nous connaissons sur Terre. En tous cas les probabilités et en particulier l'équation de Drake supporte cette hypothèse. Ce n'est bien sûr pas une preuve, ni même un indice, mais une théorie qui ne demande qu'une vérification in situ. A nous de rechercher ces traces avec les moyens que l'astronomie spatiale met à notre disposition. Nous y reviendrons en bioastronomie à propos des exoplanètes. 3. L'eau dans l'univers Pour qu'il y ait de l'eau, il faut associer des atomes d'hydrogène et d'oxygène. Où trouve-t-on ces atomes dans l'univers, dans quels environnements survivent-ils ou sous quelles conditions se forment ces molécules d'eau ? Si nous pouvons répondre à ces questions, nous pourrons tenter de découvrir des environnements propices au développement de la vie. Les radioastronomes nous disent que l'hydrogène est l'élément le plus abondant de l'Univers. Non seulement il représente la quasi totalité de la composition des étoiles comme celle du Soleil mais cet élément représente à lui seul au moins 70% de toute la masse visible de l'Univers. On ne peut pas en dire autant de l'oxygène qui représente à peine 1% de cette masse. Si l'eau existe dans l'univers, elle représente donc moins de 1% de toute la matière visible. Mais pour qu'il y ait de l'eau dans l'univers, et plus précisément dans les nuages interstellaires, deux conditions doivent être réunies sachant que l'eau se forme uniquement en phase gazeuse, selon deux mécanismes : - A haute température, soit quelques milliers de kelvins, le mécanisme est simple et rapide. L'hydroxyle OH et la molécule d'hydrogène étant abondants, la réaction est la suivante : OH + H2 → H2O + H Le milieu doit être porté à haute température car cette réaction est endothermique, elle requiert un apport d'énergie. Cette énergie est fournie par l'énergie cinétique des molécules, voire par l'excitation vibrationnelle de la molécule H2 en présence de rayonnement UV. C'est la réaction typique qui se produit dans les nébuleuses par réflexion (M45, etc.) et les zones de chocs notamment. Evidemment, à ces températures l'eau n'existe que sous forme de vapeur. - A basse température, entre 10-100 K (inférieure à -173°C) environ. Le milieu interstellaire ne doit pas être trop froid afin de permettre aux réactions de se produire à une vitesse raisonnable, ni trop chaud pour ne pas briser la molécule d'eau. La réaction chimique se réalise en 6 étapes : H + hν (rayon cosmique) → H+; H+ + O → O+ ; O+ + H2 → OH+ OH+ + H2 → 2O+ ; H2O+ + H2 → H3O+ ; H3O+ + e → H2O C'est le mécanisme à l'oeuvre dans les nuages moléculaires denses (T~10 K) et les nuages diffus (T~100 K). A basse température, le milieu doit être abrité des rayonnements nocifs notamment des UV car il dissocie les molécules. Donc pas d'espoir de trouver de l'eau près des nurseries stellaires constituées d'étoiles jeunes et bleutées ou au centre des galaxies irradiant des rayonnements ionisants intenses. Ces mécanismes sont décrits dans l'article de Dishoeck et van Black publié en 1986 par l'American Astronomical Society. A ce jour, on estime la quantité d'eau existant dans l'univers à environ un millionième de la masse visible de l'Univers, c'est littéralement une goutte dans l'océan cosmique, mais une goutte aux proportions... astronomiques ! Voyez plutôt. A lire : À la recherche de l'eau dans l'Univers, T.Encrenaz Belin/Pour la Science, 2004
Le
satellite infrarouge ISO
lancé dans les années 1990 a découvert des traces de vapeur d'eau,
notamment dans l'atmosphère de la jeune protoétoile massive Gliese 2591
située à quelque 3260 années-lumière dans un nuage sombre de la
région de Cygnus X. Cette région absorbe 70 magnitudes dans le spectre
visible mais rayonne en infrarouge avec une luminosité équivalente à
20000 soleils ! La masse de cette région obscure est estimée à 44 M La signature de l'eau fut découverte à la longueur d'onde de 6 microns où elle présente une température d'environ 27°C. Selon l'astronome Ewine Van Dishoeck de l'Observatoire de Leyde, sa concentration atteint environ 10 parties par million comparée à l'hydrogène, un rapport beaucoup plus élevé que la normale. Le nuage étant en train de s'effondrer sur lui-même, cette eau présente sous forme de vapeur participe à la dissipation de la chaleur du coeur du nuage et favorise la formation de l'étoile. ISO a également découvert de la glace d'eau ainsi qu'un peu de dioxyde de carbone dans la nébuleuse d'émission NGC 7538, un nuage moléculaire compact situé à 10000 années-lumière entourant une jeune protoétoile dans la constellation de Céphée (près de M52). Des émissions masers de la molécule d'eau à 22 GHz ainsi que du formaldéhyde (H2CO à 6 cm) ont également été détectés dans cette nébuleuse par le VLA et MERLIN. Selon
les mesures
infrarouge réalisées par l'équipe de Göran Sandell du centre Ames
de la NASA (ARC), cette protoétoile aurait une masse comprise entre 20 et 40
M A lire : La formation du système solaire Détection de disques protoplanétaires
De l'eau a également été détectée dans la nébuleuse planétaire NGC 7027 située à environ 3000 années-lumière dans le Cygne ainsi que dans les couches supérieures des étoiles froides des dernières classes spectrales (W Hydrae, HH54, etc). Les raies de la molécule d'eau ont également été découvertes dans des galaxies situées à plus de 1.5 milliard d'années-lumière. Autrement dit, l'eau est non seulement aussi vieille que les planètes mais elle est présente dans tout l'univers dans des proportions relativement importantes, ce qui est un indice favorable au développement de la vie ailleurs dans l'univers. ISO et tous les télescopes spatiaux infrarouges tel Spitzer (ex-SIRFT) et les télescopes aéroportés comme SOFIA offrent ici un avantage sur l'astronomie optique ou la radioastronomie car ils permettent de détecter le rayonnement thermique des nuages de poussière enrobée de glace, qu'elle soit constituée d'eau, de monoxyde de carbone ou du méthanol (alcool méthylique), des substances qui sont indétectables par les observatoires optiques au sol. A l'heure actuelle, les analyses effectuées dans le rayonnement infrarouge confirment que la glace interstellaire est présente en proportion plus importante que les composés carbonés. La tâche actuelle des astronomes consiste à comparer la proportion de ces matériaux volatils glacés avec ceux que l'on trouve dans le système solaire. Reste également à préciser le mécanisme par lequel l'eau est apparue dans les nuages interstellaires car si on peut expliquer ce phénomène on comprendra peut-être d'où vient la glace présente dans l'univers et de quelle manière ce type de nuage a donné naissance au système solaire et en corollaire à toute l'eau présente sur Terre. Prochain chapitre
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
pour un rayon de 0.42 a.l.
