Cinq façons de tuer une planète

Vue d'artiste d'un disque de débris. Crédit : T.Pyle/Nasa
Nous savons désormais comment les planètes naissent. Mais comment meurent-elles ? Spécialiste de l’évolution des systèmes planétaires, l’astrophysicien Sean Raymond s’est penché scientifiquement sur le sujet. Terrifiant !

« Les articles consacrés aux planètes que l’on trouve sur le web, c’est un peu comme les films de super-héros : il y en a beaucoup qui racontent leur origine, mais presque aucun leur disparition. » L’astrophysicien américain Sean Raymond a le sens de la formule. Spécialiste de l’évolution des systèmes planétaires, en poste au laboratoire d’astrophysique de Bordeaux, il est aussi très bien placé pour savoir que la vie des planètes est rarement un long fleuve tranquille.

« Lorsqu’on se penche sur l’évolution des planètes, on se rend compte dans les simulations numériques que tout ne se passe pas toujours très bien, surtout pendant leur enfance. Certaines peuvent être éjectées, d’autres qui semblaient en bonne voie pour devenir habitables sont transformées en enfer par de gros astéroïdes, ou finissent carbonisées par leur étoile… En général, on ne retient que les cas qui fonctionnent. Moi, j’ai voulu regarder les choses sous un autre angle : quelles sont les façons les plus efficaces de tuer une planète ? »

Sur son blog (en anglais), le chercheur s’est ainsi récemment fendu d’une série de posts plein d’humour et de science au parfum d’apocalypse. « J’ai identifié cinq mécanismes. Ce sont les principaux, mais ce ne sont pas le seuls ! » Dans son esprit, « tuer une planète » ne veut d’ailleurs pas forcément dire la détruire totalement. « J’ai essayé de créer une échelle continue, depuis l’extinction de masse – dont la vie peut se relever – jusqu’à la destruction complète, en passant par la stérilisation. » Une échelle dont chaque barreau est quand même une catastrophe...

1/ Propulsée dans une étoile par une planète géante

« Le cas que j’ai le plus étudié est celui dans lequel les orbites de planètes géantes deviennent soudain instables. Vu leur masse, elles peuvent complètement détruire un système planétaire ! » Et là, il s’agit bien de destruction : lorsque l’orbite d’une planète de la masse de Jupiter change au point de croiser celle d’un corps moins massif, celui-ci peut certes être éjecté du système – une petite mort, dirons-nous –, mais aussi percuter une autre planète ou, le plus souvent, être propulsé vers son étoile hôte. Ce qui est évidemment un voyage sans retour.

« Il y a deux façons de déclencher des instabilités dans l’orbite des planètes géantes : par une cause interne au système ou par une cause externe », précise Sean Raymond. Dans le premier cas, c’est le jeu des forces gravitationnelles entre planètes qui est en cause. « Généralement, l’instabilité apparaît immédiatement après la dissipation du disque de gaz et de poussières où se sont formées les planètes géantes, c’est-à-dire quelques millions d’années après la naissance de l’étoile. » À ce stade, les planètes rocheuses sont encore en cours de formation (on estime que la Terre a mis 50 à 100 millions d’années pour atteindre sa masse actuelle) et il est donc question de mondes avortés plutôt que de mondes détruits. « Mais statistiquement, le 1 % de cas pour lesquels l’instabilité se déclenche après plusieurs centaines de millions ou plusieurs milliards d’années représentent quand même 50 millions de planètes dans la Galaxie ! » reprend l’astrophysicien.

Evolution au cours du temps d'un système composé de trois planètes géantes et de briques de planètes rocheuses. L'abscisse représente la distance à l'étoile
et l'ordonnée, l'excentricité de l'orbite (une excentricité nulle signifie une orbite circulaire). © Raymond et al. (2012, Astronomy & Astrophysics, 541, A11)

Dans le second cas (cause de l’instabilité externe), c’est souvent le passage d’une autre étoile à proximité qui provoque la déstabilisation du système planétaire. Cela peut évidemment arriver à n’importe quel moment de son évolution. Des civilisations extraterrestres ont-elles déjà vu leur monde plonger vers son étoile ? Sur son blog, Sean Raymond en tire en tout cas une courte (et tragique) histoire de science-fiction…

2/ Ensevelie sous la lave

Voilà un moyen probablement très commun de tuer une planète. Il concerne surtout celles qui sont en orbite autour des étoiles naines rouges, de loin les plus abondantes de la Galaxie. Il n’entraîne pas leur dislocation, mais enfin : une planète stérilisée par la lave, c’est un peu une planète morte tout de même…

Ici, ce sont les marées qui sont en cause. Pas exactement celles qui rythment la vie sur les côtes océaniques, mais presque. « Sur Terre, les marées sont contrôlées par la gravité combinée de la Lune et du Soleil, explique Sean Raymond. Chacun crée un bourrelet sur notre planète, et lorsque les deux sont alignés nous avons des grandes marées. » Comment naissent ces bourrelets ? Il suffit de se pencher sur le cas Terre-Lune pour le comprendre : « L’attraction gravitationnelle que subit le côté de la Terre qui fait face à la Lune est plus importante que celle que subit l’autre face. Du point de vue du centre de la Terre, la Lune tire une moitié de la Terre vers elle et repousse l’autre moitié. » C’est ainsi qu’apparaissent ces deux bourrelets.

Sur la planète bleue, l’effet est spectaculaire car les océans sont plus déformables que la croûte terrestre. Par conséquent, même si le sol se soulève de quelques dizaines de centimètres à chaque marée (et oui !), c’est le soulèvement beaucoup plus important des masses d’eau que nous observons.

Mais quel rapport avec les volcans ? « Pour certaines planètes très proches de leur étoile, soumises à une forte attraction gravitationnelle, les marées peuvent être très fortes », reprend l’astrophysicien. Dans ces conditions, une planète qui tourne seule autour de son étoile est rapidement forcée à toujours lui montrer la même face, tandis que son orbite devient circulaire. « Quand une autre planète tourne dans le système et influence la première, cette circularisation de l’orbite est compromise », poursuit Sean Raymond. La planète, sur son orbite, est ainsi soumise à des marées qui sont toujours aussi fortes, mais variables ! Malaxée de l’intérieur, elle peut alors s’échauffer considérablement...

Le chercheur a fait le calcul : une Terre qui serait située dans la zone habitable d’une étoile naine rouge de moins de 20 % de la masse du Soleil et dont l’orbite aurait une excentricité de seulement 1 %, contre 3 % pour la Terre, évacuerait plus de chaleur par mètre carré que Io. Or, le satellite de Jupiter est connu pour être le corps céleste le plus volcanique du Système solaire (précisément à cause de effets de marées que la planète géante provoque sur lui) ! La même planète autour de la même étoile, mais sur une orbite plus excentrique (10%), devrait évacuer 100 fois plus de chaleur. Ce qui la rendrait rapidement stérile.

Le satellite Io est malaxé par les marées que provoquent Jupiter. C'est ce qui explique son exceptionnelle activité volcanique. © Nasa

L’astrophysicien estime qu’il y a environ 300 milliards de naines rouges dans la Galaxie, dont un tiers hébergent des planètes terrestres dans leur zone habitable (les zones habitables, ou tempérées, des naines rouges sont très proches d’elles car leur éclat est très faible). Par ailleurs, ces planètes ne tournent pas seules, donc leur orbite peut être excentrique. Conséquence : 100 milliards de planètes seraient des victimes potentielles des marées.

3/ Cuite à l’étuvée, rôtie ou bien congelée

Dérégler le climat est une façon, hélas, bien connue « tuer » une planète. Là encore, il ne s’agit pas d’en faire des confettis. Et selon la voie empruntée, la vie peut y survivre.

Un emballement de l’effet de serre peut provoquer un échauffement de la surface d’une planète, qui lui-même – par évaporation des océans – peut conduire à une augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère. Celle-ci étant un puissant gaz un effet de serre, elle peut contribuer à augmenter la température, et donc la quantité de vapeur d’eau, et donc la température, etc. « Cette augmentation de la température n’est sans doute pas régulière, mais se fait par paliers, avec des périodes d’équilibres à des températures de plus en plus hautes », précise Sean Raymond. Reste qu’à un certain stade, la surface planétaire se retrouve plongée dans un bain de vapeur, totalement stérilisée.

Mais ce n’est pas tout : au-delà d’une certaine température, la planète risque même de perdre sa vapeur d’eau ! « Si les molécules de H2O atteignent la stratosphère, elles peuvent être cassées par le rayonnement solaire », poursuit le chercheur. Les très légers atomes d’hydrogène peuvent alors échapper à l’attraction terrestre, et c’est ainsi que la planète s’assèche. C’est le scénario qu’a connu Vénus.

Vénus a subi un emballement incontrôlé de son effet de serre et, contrairement à la Terre, a perdu toute son eau. Crédit : DR

Il existe plusieurs façons de provoquer un emballement de l’effet de serre, mais le plus connu est évidemment d’augmenter la concentration de CO2 dans l’atmosphère. C’est ce que l’humanité est en train de faire en extrayant les énergies fossiles enfouies dans le sol depuis des centaines de millions d’années. Selon les scénarios, l’emballement pourrait devenir irréversible dès que la concentration de CO2 dans l’atmosphère aura dépassé une dizaine, une centaine, voire un millier de fois la concentration actuelle.

Un emballement inverse, vers le froid, est aussi possible ! Cela est lié au fait que la glace réfléchit bien mieux la lumière que l’eau. Par conséquent, plus une planète est couverte de glace, plus elle se refroidit (ou plus exactement : moins elle capte d’énergie de son étoile). Or, évidemment, plus une planète est froide, plus elle est susceptible de se couvrir de glace ! Ainsi, pour une planète comme la Terre, une extension de la calotte polaire en deça de 30° de latitude rend l’emballement irréversible : la planète devient entièrement gelée. « On pense que c’est déjà arrivé au moins deux fois pour notre planète. Cela a causé des extinctions massives, mais la Terre est sortie de ce régime, probablement grâce à son thermostat, le cycle carbonates-silicates », explique Sean Raymond.

La température à la surface de la Terre est régulée par la teneur en CO2 de l'atmosphère. Sur le long terme, celle-ci
est contrôlée par le cycle silicates-carbonates, qui agit comme un thermostat. © O.Hodasava/C&E

4/ Fracassée dans un déluge d’astéroïdes et de comètes

Voilà la façon la plus cinématographique de détruire une planète. Version « adoucie » du choc entre planètes, qui a plus à voir avec la déstabilisation générale décrite en 1/ (un événement qu’a d’ailleurs connu la Terre environ 50 millions d’années après sa naissance, entraînant la formation de la Lune), le bombardement de comètes ou d’astéroïdes peut néanmoins détruire toute forme de vie sur une planète qui serait habitée.

Les bolides peuvent être des restes de la formation de la planète bombardée, ou de ses voisines immédiates — dans ce cas, le bombardement arrive tôt dans la vie de la planète. Ou encore être des restes de la formation de planètes situées dans une autre région du système planétaire. Et dans ce cas, il faut imaginer un mécanisme qui puisse les propulser ailleurs.

Ce mécanisme est tout trouvé : il s’agit encore d’une instabilité gravitationnelle provoquée par des planètes géantes. Le Système solaire a connu ce genre d’événements dans sa jeunesse ; les cratères de la Lune en sont le témoignage. Mais dans d’autres systèmes planétaires il pourrait survenir après des milliards d’années d’évolution. « Particulièrement dans les systèmes qui possèdent des géantes glacées, mais pas de géantes gazeuses », note Sean Raymond. Les géantes gazeuses ont en effet tendance à éjecter des planètes (voir 1/). Les géantes glacées, moins massives, se contentent plus souvent de déstabiliser les ceintures de petits corps qui subsistent encore après que les planètes se soient formées. Surtout, elles mettent plus de temps à développer des instabilités gravitationnelles.

Tous comptes faits, Sean Raymond estime qu’un milliard de planètes de type terrestre subissent ou ont subi ce type de bombardement dans la Galaxie. Ce qui signifie d'ailleurs que beaucoup de petits corps, éjectés plutôt que projetés sur des planètes, circulent entre les étoiles. Est-ce l'origine du mystérieux Oumuamua ?

5/ Desséchée, avalée ou pulvérisée par son étoile

Même les planètes qui auront échappé aux quatre fléaux précédents ne pourront échapper à celui-ci. Il concerne tout simplement l’évolution de l’étoile autour de laquelle elles tournent ! Sean Raymond en convient : « L’évolution des étoiles, c’est sans doute la cause principale de la mort des planètes. » Les étoiles massives finissent leur vie dans une gigantesque explosion (supernova), si puissante qu’elle est généralement visible depuis les autres galaxies. Aucune planète en orbite ne peut y survivre… « Une supernova a même la capacité d’affecter les planètes en orbite autour d’autres étoiles. S’il en explosait une à moins de 20 années-lumière du Soleil, elle détruirait entièrement notre couche d’ozone », précise l’astrophysicien.

Lorsqu'une étoile explose, ses planètes ne survivent pas... © ESO

Pour les étoiles comme le Soleil, les choses sont plus subtiles. Après plusieurs milliards d’années de vie tranquille, elles commencent à enfler pour devenir des étoiles géantes rouges. Là, le destin des planètes dépend de leur position. « Lorsque le Soleil atteindra ce stade, dans 5 milliards d’années, Mercure et Vénus seront avalées et désintégrées. Pour la Terre, c’est moins certain. Il est possible que son orbite s’étende et qu’elle cuise, tout simplement… En tout cas, d’ici 1 milliard d’années, elle aura quitté la zone habitable, tempérée, parce que le Soleil sera devenu trop lumineux. » En raison de l’accroissement continu de la densité de son cœur, où l’hydrogène est converti en hélium, notre étoile brille en effet un petit peu plus chaque jour… Effet collatéral : la lointaine Titan sera un jour dans la zone habitable du Soleil !

Et pour les petites étoiles, les plus nombreuses ? C’est au début de leur vie qu’elles font peser le plus grand risque à leurs planètes. « À l’inverse des autres étoiles, elles brillent plus fort dans leur jeunesse que pendant la majorité de leur vie [longue : jusqu’à plusieurs dizaines de milliards d’années, NDLR]. Donc les planètes qui passent l’essentiel de leur vie dans la zone tempérée de leur naine rouge ont d’abord vécu jusqu’à 100 millions d’années dans la zone chaude, où peut-être elles ont perdu toute leur eau ! » Pour ces planètes, la vie commence par une catastrophe climatique...

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