Une étude met en garde contre les “ faux positifs d’oxygène ” à la recherche de signes de vie sur d’autres planètes – Technoguide

Dans la recherche de la vie sur d’autres planètes, la présence d’oxygène dans l’atmosphère d’une planète est un signe potentiel d’activité biologique qui pourrait être détecté par les futurs télescopes. Une nouvelle étude, cependant, décrit plusieurs scénarios dans lesquels une planète rocheuse sans vie autour d’une étoile semblable à un soleil pourrait évoluer pour avoir de l’oxygène dans son atmosphère.

Les nouvelles découvertes, publiées le 13 avril dans AGU Advances, soulignent le besoin de télescopes de nouvelle génération capables de caractériser les environnements planétaires et de rechercher plusieurs lignes de preuves pour la vie en plus de détecter l’oxygène.

“Ceci est utile car cela montre qu’il existe des moyens d’obtenir de l’oxygène dans l’atmosphère sans vie, mais il y a d’autres observations que vous pouvez faire pour aider à distinguer ces faux positifs de la vraie affaire”, a déclaré le premier auteur Joshua Krissansen-Totton, un Fellow Sagan. au Département d’astronomie et d’astrophysique de l’UC Santa Cruz. “Pour chaque scénario, nous essayons de dire ce que votre télescope devrait être capable de faire pour distinguer cela de l’oxygène biologique.”

Dans les décennies à venir, peut-être à la fin des années 2030, les astronomes espèrent avoir un télescope capable de prendre des images et des spectres de planètes potentiellement semblables à la Terre autour d’étoiles semblables au soleil. Le co-auteur Jonathan Fortney, professeur d’astronomie et d’astrophysique et directeur du laboratoire des autres mondes de l’UCSC, a déclaré que l’idée serait de cibler des planètes suffisamment similaires à la Terre pour que la vie y ait émergé et caractérise leurs atmosphères.

“Il y a eu de nombreuses discussions sur la question de savoir si la détection de l’oxygène est” suffisamment “un signe de vie”, a-t-il déclaré. “Ce travail plaide vraiment pour avoir besoin de connaître le contexte de votre détection. Quelles autres molécules sont trouvées en plus de l’oxygène, ou non trouvées, et qu’est-ce que cela vous dit sur l’évolution de la planète?”

Cela signifie que les astronomes voudront un télescope sensible à une large gamme de longueurs d’onde afin de détecter différents types de molécules dans l’atmosphère d’une planète.

Les chercheurs ont basé leurs découvertes sur un modèle de calcul détaillé de bout en bout de l’évolution des planètes rocheuses, à partir de leurs origines en fusion et s’étendant sur des milliards d’années de refroidissement et de cycles géochimiques. En faisant varier l’inventaire initial des éléments volatils dans leurs planètes modèles, les chercheurs ont obtenu une gamme étonnamment large de résultats.

L’oxygène peut commencer à s’accumuler dans l’atmosphère d’une planète lorsque la lumière ultraviolette à haute énergie divise les molécules d’eau de la haute atmosphère en hydrogène et en oxygène. L’hydrogène léger s’échappe de préférence dans l’espace, laissant derrière lui l’oxygène. D’autres processus peuvent éliminer l’oxygène de l’atmosphère. Le monoxyde de carbone et l’hydrogène libérés par le dégazage de la roche fondue, par exemple, réagiront avec l’oxygène, et l’altération de la roche épongera également l’oxygène. Ce ne sont là que quelques-uns des processus que les chercheurs ont incorporés dans leur modèle de l’évolution géochimique d’une planète rocheuse.

“Si vous exécutez le modèle pour la Terre, avec ce que nous pensons être l’inventaire initial des volatiles, vous obtenez de manière fiable le même résultat à chaque fois – sans vie, vous n’obtenez pas d’oxygène dans l’atmosphère”, a déclaré Krissansen-Totton. “Mais nous avons également trouvé plusieurs scénarios où vous pouvez obtenir de l’oxygène sans vie.”

Par exemple, une planète qui ressemble autrement à la Terre mais qui commence avec plus d’eau se retrouvera avec des océans très profonds, ce qui exercera une pression immense sur la croûte. Cela arrête efficacement l’activité géologique, y compris tous les processus tels que la fonte ou l’altération des roches qui élimineraient l’oxygène de l’atmosphère.

Dans le cas contraire, où la planète commence avec une quantité d’eau relativement faible, la surface magmatique de la planète initialement fondue peut geler rapidement tandis que l’eau reste dans l’atmosphère. Cette «atmosphère de vapeur» met suffisamment d’eau dans la haute atmosphère pour permettre l’accumulation d’oxygène lorsque l’eau se décompose et que l’hydrogène s’échappe.

“La séquence typique est que la surface du magma se solidifie simultanément avec la condensation de l’eau dans les océans à la surface”, a déclaré Krissansen-Totton. «Sur Terre, une fois l’eau condensée à la surface, les taux de fuite étaient faibles. Mais si vous conservez une atmosphère de vapeur après que la surface fondue se soit solidifiée, il y a une fenêtre d’environ un million d’années pendant laquelle l’oxygène peut s’accumuler car les concentrations d’eau sont élevées dans la haute atmosphère et aucune surface fondue pour consommer l’oxygène produit par l’hydrogène s’échapper. “

Un troisième scénario qui peut conduire à l’oxygène dans l’atmosphère implique une planète qui ressemble par ailleurs à la Terre mais qui commence avec un rapport plus élevé de dioxyde de carbone à l’eau. Cela conduit à un effet de serre incontrôlable, le rendant trop chaud pour que l’eau se condense jamais hors de l’atmosphère à la surface de la planète.

“Dans ce scénario de type Vénus, tous les volatiles partent de l’atmosphère et peu sont laissés dans le manteau pour être dégazés et éponger l’oxygène”, a déclaré Krissansen-Totton.

Il a noté que les études précédentes se sont concentrées sur les processus atmosphériques, alors que le modèle utilisé dans cette étude explore l’évolution géochimique et thermique du manteau et de la croûte de la planète, ainsi que les interactions entre la croûte et l’atmosphère.

“Ce n’est pas un calcul intensif, mais il y a beaucoup de pièces mobiles et de processus interconnectés”, a-t-il déclaré.

Outre Krissansen-Totton et Fortney, les co-auteurs incluent Francis Nimmo, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l’UC Santa Cruz, et Nicholas Wogan à l’Université de Washington, Seattle. Cette recherche a été soutenue par la NASA.

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