En ce qui concerne les débuts de notre système solaire, Jupiter jouit d'une réputation douteuse. À certains égards, le géant servait de protecteur de la Terre, sa gravité projetant des débris dangereux loin des planètes rocheuses. Dans le même temps, Jupiter peut aussi avoir jeté du matériel vers l'intérieur, écrasant des astéroïdes riches en hydrogène et des embryons planétaires, ou planétésimaux, dans de jeunes planètes terrestres surpeuplées.
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Aujourd'hui, les chercheurs suggèrent que Jupiter et d'autres géants gaziers ont peut-être apporté une contribution essentielle aux mondes rocheux: l'eau.
Les mondes les plus massifs ont peut-être amené les débris riches en eau du système solaire extérieur à tomber sur les mondes rocheux. Et de nouvelles recherches suggèrent que la livraison du liquide, un ingrédient clé de la vie telle que nous la connaissons, n’était peut-être pas une chance. Au lieu de cela, tous les systèmes planétaires ayant la chance d'accueillir un géant gazier dans leur périphérie devraient automatiquement avoir du matériel riche en eau tombant sur leurs planètes intérieures rocheuses.
Une fois que les géantes gazeuses sont complètement développées, les débris qu'elles renvoient peuvent être dangereuses. Mais au cours d'une phase clé de leur naissance, ils jettent des matériaux riches en hydrogène qui se retrouvent enfermés dans la croûte terrestre et dans le manteau de la Terre et émergent plus tard pour se lier à l'oxygène et devenir de l'eau.
"En cours de formation, ils envoient ce gros tas de planétésimaux un peu partout, et certains s’enfoncent dans les planètes terrestres", a déclaré Sean Raymond, un astronome qui étudie l’évolution des planètes à l’Université de Bordeaux en France et auteur principal d’une étude. publié dans le journal Icarus . En modélisant le rôle des géantes gazeuses dans le premier système solaire, Raymond a découvert que des planètes géantes de différentes tailles projetaient inévitablement des matériaux riches en eau dans le système interne, où des mondes rocheux pourraient potentiellement le retenir sous forme d’eau liquide à la surface.
L'eau, bien sûr, est un ingrédient clé de l'évolution de la vie telle que nous la connaissons sur Terre. Ainsi, lorsqu'il s'agit de chasser au-delà du système solaire, les mondes rocheux capables d'accueillir le précieux liquide sont considérés comme les meilleurs terrains de chasse pour la vie extraterrestre. Depuis les années 1980, les chercheurs ont du mal à déterminer comment l’eau est arrivée sur Terre. Aujourd'hui, les astéroïdes riches en carbone sont le principal suspect.
Dans le jeune système solaire, les collisions étaient fréquentes et les orbites croisées, et les premiers astéroïdes étaient toujours facilement affectés par des rencontres rapprochées avec d’autres planètes, dont la gravité les projetait vers des mondes rocheux. "Je pense que c’est une histoire très intéressante, fondamental si vous essayez de comprendre comment vous fabriquez des planètes habitables ", a déclaré Conel Alexander, astrochimiste, qui étudie les météorites primitives de ces astéroïdes.
Il y a environ 4, 5 milliards d'années, un nuage de gaz issu de la formation du soleil a donné naissance aux planètes. Le gaz a traîné pendant des millions d'années, influençant le mouvement des planètes et de leurs composants riches en roches. La hausse des températures signifiait que l'hydrogène, un élément constitutif de l'eau, était piégé dans la glace dans les régions les plus froides du système solaire, loin de la portée de la Terre.
Il semblait que notre planète était destinée à être une friche aride et stérile. Alors, qu'est-ce-qu'il s'est passé?
"Un concept ridiculement simple"
Ces dernières années, des modèles de notre système solaire ont montré que les géantes gazeuses avaient probablement subi une danse complexe avant de se retrouver à leur place actuelle. Neptune et Uranus se sont probablement formés plus près du soleil qu'aujourd'hui. Finalement, ils se sont déplacés vers l'extérieur, échangeant des places en cours de route. Connu sous le nom de modèle de Nice, on pense que ce processus a stimulé le bombardement intensif tardif, une flambée d'impacts glaciaux environ 600 millions d'années après la formation du système solaire.
Saturne et Jupiter ont peut-être entrepris un périple encore plus pénible: ils ont traversé la jeune ceinture d'astéroïdes avant d'entrer dans le système solaire interne avant de changer de cap et de repartir vers l'extérieur. En chemin, ils ont également envoyé des astéroïdes se dirigeant vers la Terre. C'est ce qu'on appelle le modèle Grand Tack, que Raymond aidait à formuler en 2008.
À peu près à la même époque, Raymond commençait à s’intriguer de la façon dont Jupiter avait pu influencer la distribution d’eau dans le système solaire primitif. Mais son modèle était contrarié par un problème de programmation mineur qu'il ne paraissait pas pouvoir ébranler. Il a fallu attendre presque dix ans plus tard André Izidoro, chercheur postdoctoral, pour résoudre le problème.
"Izidoro a trouvé un virus que j'avais depuis des années en une demi-heure", dit Raymond avec regret. "J'étais vraiment heureux qu'il l'ait trouvé afin que nous puissions réellement réaliser le projet."
Dans le nouveau modèle, lorsqu'un géant gazier grandit et consomme plus de matière, sa gravité croissante déstabilise les protoplanètes à proximité. La traînée du gaz encore présent dans la nébuleuse affecte la façon dont les débris se déplacent dans le système solaire, en envoyant une fraction d'entre eux vers le système solaire interne. Une partie de cette matière est restée piégée dans la ceinture d'astéroïdes, la peuplant d'astéroïdes riches en carbone dont la teneur en eau est si semblable à celle de la Terre.
A l'origine, dit Raymond, les astéroïdes riches en carbone étaient dispersés dans une région couvrant de 5 à 20 fois la distance Terre-Soleil. "Cela doit couvrir tout le système solaire", dit-il.
Mais Alexandre, qui étudie les astéroïdes riches en carbone, soupçonne la région d'être plus petite, la plupart d'entre eux se formant juste en dehors de l'orbite de Jupiter. Il pense néanmoins que le modèle de Raymond explique très bien comment des matériaux riches en eau ont été livrés sur Terre, appelant l'hypothèse «parfaitement raisonnable».
"C’est le meilleur moyen d’incorporer ces substances volatiles dans la région qui forme la planète terrestre", déclare Alexander.
Le modèle laisse plusieurs questions en suspens, telles que: pourquoi si peu de la richesse en masse du système solaire primitif est présente aujourd'hui. "C'est un élément clé qui doit être connecté", admet Raymond.
Néanmoins, il explique que le modèle permet de combler plusieurs lacunes, notamment en ce qui concerne la raison pour laquelle l'eau de la Terre correspond mieux à la composition des astéroïdes de la ceinture extérieure qu'à ceux des astéroïdes plus secs des ceintures intérieures.
"C'est une conséquence ridiculement simple de la croissance de Jupiter et de Saturne", dit-il.
Chasse aux mondes riches en eau
Avant le modèle de Raymond, les chercheurs pensaient que c'était la danse inhabituelle des planètes extérieures qui envoyait de l'eau dans le système solaire interne et préservait la Terre d'un avenir sec. Si cela était vrai, ce serait une mauvaise nouvelle pour les autres mondes, où les géantes gazeuses sont peut-être restées des flairelles qui ne se sont jamais déplacées très loin de leur point de départ.
Le nouveau modèle suggère que tout géant gazier enverrait des matériaux humides se précipiter vers l'intérieur à la suite de leur formation. Bien que les mondes massifs de la taille de Jupiter soient les plus efficaces, Raymond a découvert que tout géant gazier pouvait déclencher la croissance. C'est une bonne nouvelle pour les chercheurs à la recherche de planètes liquides en dehors de notre système solaire.
Dans notre propre système solaire, le modèle montre que les glaces du système solaire externe sont tombées sur la Terre en trois vagues. Le premier est arrivé quand Jupiter a enflé. La seconde a été déclenchée pendant la formation de Saturne. Et le troisième se serait produit lorsque Uranus et Neptune ont migré vers l’intérieur avant d’être bloqués par les deux autres et renvoyés à la périphérie du système solaire.
"Je pense que la chose la plus cool est que cela implique fondamentalement que pour tout système exo-solaire comportant des planètes géantes et des planètes terrestres, ces planètes géantes enverraient de l'eau vers les planètes terrestres", a déclaré David O'Brien, chercheur au Planet. Institut scientifique qui étudie la formation de la planète et l'évolution du système solaire primitif. "Cela ouvre beaucoup de possibilités pour des études de planète habitable."
Malheureusement, nous n'avons pas encore beaucoup de systèmes similaires à comparer. La plupart des exoplanètes connues ont été identifiées à la mission Kepler de la NASA, qui, dit O'Brien, est particulièrement sensible aux planètes dont l'orbite est plus petite que la Terre et a des difficultés à détecter les géantes gazeuses dans le système extérieur. Les petites planètes rocheuses sont également plus difficiles à observer. Cela ne signifie pas qu'ils ne sont pas là. Cela signifie simplement que nous ne les avons pas encore repérés.
Mais si de tels systèmes existent, les recherches de Raymond suggèrent que les mondes rocheux devraient être riches de ce que nous considérons comme le liquide de la vie. "S'il y a des planètes terrestres et des planètes géantes, ces planètes géantes ont probablement donné de l'eau à la planète terrestre", a déclaré O'Brien.
