Astronomie

Pourquoi n'y a-t-il pas de planètes terrestres avec un océan souterrain ?

Pourquoi n'y a-t-il pas de planètes terrestres avec un océan souterrain ?

Les océans souterrains dans les satellites sont assez courants : Europe, Encelade, Ganymède, Callisto, peut-être Pluton… Cela est dû au réchauffement de la marée de leur planète hôte, Jupiter et Saturne, qui chauffe la glace interne de ces satellites. Cependant, les planètes ne présentent pas cette couche de glace interne, elles n'ont donc généralement pas d'océans souterrains (à l'exception de Pluton ou de Cérès, si vous pouvez les appeler "planètes"). Pourquoi donc? Seuls les petits corps comme les satellites présentent cette couche interne de glace ? Existe-t-il des exoplanètes de type Terre qui présentent cette couche interne de glace qui pourrait potentiellement fondre en eau liquide ? Et s'il y en a, pourquoi certaines planètes froides ont des couches de glace internes et d'autres pas ?


Les planètes telluriques sont Mercure, Vénus, la Terre et Mars. Mercure et Vénus sont trop chaudes pour que l'eau liquide existe à n'importe quel niveau, Mars a perdu presque toute son eau et la Terre a un océan de surface, pas un océan souterrain. Les planètes intérieures ont perdu la plupart de leurs substances volatiles (y compris l'eau) lors de leur formation, l'eau sur Terre a été fournie par des impacts d'astéroïdes glacés ultérieurs.

Ainsi, aucune des planètes telluriques n'a d'océan sous la surface. Les autres planètes sont des géantes de gaz et de glace. Uranus et Neptune ont probablement des couches liquides entourant leurs noyaux, composées d'eau, d'ammoniac et d'autres "glaces"

Pour obtenir un océan souterrain, vous avez besoin d'une planète au-delà de la ligne de gel (la distance du soleil à laquelle la glace est stable dans l'espace) et dans notre système solaire, les planètes au-delà de la ligne de gel sont soit des naines, soit des géantes.

Dans un sens, la Terre a un océan souterrain, seulement ce n'est pas un océan d'eau, c'est un océan de fer en fusion. Le noyau externe de la Terre est très fluide ; ce n'est pas plus visqueux que l'eau.

Parmi les exoplanètes, il existe plusieurs planètes de glace candidates. Wikipedia répertorie OGLE-2005-BLG-390Lb, OGLE-2013-BLG-0341L b et MOA-2007-BLG-192Lb. (Le principal moyen de découvrir de petites planètes qui orbitent loin de leur étoile hôte consiste à utiliser des événements de microlentille, c'est pourquoi de nombreuses planètes candidates ont été trouvées par l'Optical Gravitational Lens Experiment, ou OGLE)


Certains émettent l'hypothèse que la Terre avait un océan souterrain pendant la période cryogénienne, qui a duré de 720 à 635 millions d'années. Le Cryogénien a vu les deux plus grandes périodes glaciaires connues de l'histoire de la Terre, les glaciations Sturtian et Marinoan. Il existe des preuves que la Terre était complètement recouverte de glace et de neige pendant ces glaciations. (Il existe également des preuves que ce n'était pas le cas.)

Que des périodes encore plus anciennes de l'histoire de la Terre aient également succombé à des épisodes boule de neige de la Terre est encore plus discutable. Les preuves ont été anéanties par plus d'un milliard d'années d'activité tectonique. Que des périodes encore plus anciennes de l'histoire de la Terre que le cryogénien aient subi des épisodes boule de neige sur la Terre a cependant un sens.

Le Soleil est considérablement plus lumineux maintenant qu'il ne l'était peu de temps après la formation de la Terre. Une fois que la Terre s'est refroidie depuis sa formation (et cela semble s'être produit assez rapidement, dans un sens géologique de "rapidement"), ce jeune Soleil faible aurait dû donner une Terre froide. Que la jeune Terre ait eu des périodes où elle n'était évidemment pas couverte de glace et de neige d'un pôle à l'autre est le faible paradoxe du jeune Soleil. Le paradoxe apparent s'explique presque uniformément par les gaz à effet de serre. Mais lesquels ?

Cela dit, une fois que les plantes ont commencé à convertir le dioxyde de carbone en oxygène, et une fois que l'oxygène a cessé de se combiner avec le fer pour former la plupart des gisements de minerai de fer du monde, l'effet de serre qui a empêché la jeune Terre de geler aurait dû considérablement diminuer. Il y a des signes que cela s'est produit, d'autres non. Comprendre ce qui s'est passé bien avant le Cambrien a toujours été problématique, car des roches aussi anciennes sont difficiles à trouver.


Pour autant que je sache, les données satellitaires des observateurs de mars montrent que des quantités importantes de glace soufflent sur le pôle sud et indiquent une quantité similaire mais plus petite au pôle nord de mars. Ce n'est pas surprenant - la tectonique des plaques de Mars s'est arrêtée il y a environ 1,2 à 1,5 milliard d'années après que le noyau de la planète s'est suffisamment refroidi. La masse et le volume plus petits de Mars n'ont pas fourni assez d'"isolation" pour garder le noyau chaud. Ainsi, le champ magnétique de Mars a pratiquement disparu - et était la seule protection de l'atmosphère contre le vent solaire. Ainsi, l'atmosphère de Mars est maintenant aussi mince que l'atmosphère terrestre à 48 km de hauteur - et permet facilement l'évaporation de l'eau de surface, de sorte que la seule eau restante est sous la surface OU dans certains cratères ombragés


Il n'y a pas de planètes terrestres avec des océans souterrains en raison de la différenciation. Les matériaux plus denses se déplacent vers le centre du corps. Le fer est plus dense que la roche qui est plus dense que l'eau qui est plus dense que la glace. La surface glacée de ces lunes et planètes naines flotte essentiellement sur l'eau qui flotte sur la roche. Vous pouvez réellement voir cela sur Terre. Nous avons un océan subsurface partiel aux pôles où la glace d'eau flotte au-dessus de l'océan.


Cela dépend de ce que vous entendez par océan. La Terre a sans doute un océan souterrain de fer liquide, généralement appelé "noyau externe".


Planètes en forme de beignet

J'ai entendu à plusieurs endroits qu'une planète en forme de beignet est (techniquement) possible, mais j'ai du mal à comprendre mon cerveau. Mon intuition me dit qu'un tel système serait incroyablement instable.

Nous avons des anneaux autour des planètes qui ressemblent à des beignets aplatis, mais ceux-ci ne sont pas stables sur de longues échelles de temps.

J'essaie d'imaginer un scénario de formation planétaire qui entraînerait la formation d'une planète toroïdale et j'ai du mal.

Si la planète en formation tournait assez vite pour avoir le moment angulaire requis pour avoir de la matière loin du centre, cela donnerait lieu à de grandes lunes ou à une planète binaire, pas à une planète toroïdale.

Même si, dans certaines circonstances, une planète toroïdale se formait, je ne m'attends pas à ce qu'elle soit suffisamment stable (comme vous l'avez dit) pour survivre longtemps.

Il a été théorisé comme possible, et peut même être modélisé, mais le problème est de trouver une explication qui permettrait à cela de se former naturellement. Vous auriez besoin d'un équilibre extrêmement délicat d'équilibre gravitationnel et de matière en rotation rapide pour remplir toutes les conditions requises pour maintenir une planète toroïdale stable. Pour l'instant, il n'y a pas d'explication raisonnable à ma connaissance.

Une chose à noter, cependant, est que notre galaxie abrite probablement des dizaines, voire des centaines de milliards de planètes, et il y a très probablement des milliards de galaxies là-bas. Lorsque vous avez environ 10 25 systèmes planétaires, il est difficile d'imaginer qu'il n'y aurait pas de représentation de pratiquement toutes les configurations physiquement possibles, aussi improbable que puisse être cette configuration. Donc, si la formation de ce système est encore à distance possible, il existe probablement quelque part.

Cela a été étudié et selon les rapports, une planète toroïdale serait parfaitement stable. Le gros problème est que personne n'a trouvé de moyen crédible d'en former un. Une civilisation vraiment avancée pourrait peut-être construire une telle planète, mais je ne pense pas que celles qui se produisent naturellement se révéleront très abondantes. La dernière fois, il y a quelques années, que j'ai entendu quelqu'un parler de cela, l'auteur a dit qu'il s'agissait autant de développer ses compétences en programmation informatique que de s'intéresser réellement au problème réel. Pour moi, un scénario encore plus intéressant et improbable (et aussi probablement pas techniquement possible) aurait plusieurs planètes en orbite autour de leur soleil à la même distance, toutes à l'intérieur d'une atmosphère toroïdale elle-même en orbite autour du soleil. Cette idée est tirée d'un vieux roman d'Edgar Rice Burroughs (Beyond the Farthest Star) qui a probablement environ 100 ans maintenant. Ils pourraient faire voler des avions entre les planètes, assurez-vous simplement d'emporter un déjeuner ! MDR


Où regarder?

Planètes terrestres:

La Lune et Mercure n'ont pas d'atmosphère. Ils n'ont jamais eu non plus d'atmosphères (ils ne sont pas assez massifs pour retenir les gaz étant donné leur emplacement dans le système solaire interne relativement chaud). Alors ils sont sortis.

  • 96% CO2
  • 3.5% N2
  • 0.5% H2O, H2SO4, HCl, HF (trucs méchants)

L'état de l'atmosphère de Vénus est le résultat d'un Serre en fuite. C'est donc un exemple d'avertissement pour nous de la gravité des choses si l'atmosphère peut piéger trop de chaleur.

  • L'atmosphère primitive de Vénus était beaucoup plus fraîche qu'elle ne l'est maintenant. Assez frais pour le liquide H2O.
  • Mais Vénus est plus proche du Soleil que la Terre, donc elle était plus chaude que la Terre.
  • Pour cette raison, moins d'eau de surface était sous forme liquide, et le liquide H2O pourrait se dissoudre moins CO2 en elle que l'eau sur Terre (pas seulement parce qu'il y avait moins d'eau liquide, mais aussi parce que CO2 se dissout mieux dans l'eau plus froide que dans l'eau plus chaude).
  • Il y avait donc plus CO2 dans l'atmosphère, ce qui a permis à l'atmosphère de piéger la chaleur plus efficacement.
  • Cela conduit à plus d'évaporation de liquide H2O, et l'introduction d'encore plus CO2 et H2O à l'atmosphère.
  • A partir de là, le processus a divergé (d'où le terme "Runaway Greenhouse"), jusqu'à ce que toute l'eau de surface se soit évaporée, et tous les CO2 était dans l'atmosphère.

Les conditions sur Vénus et sur Terre étaient assez similaires il y a 4 Gyr, donc la vie pourrait avoir surgi sur Vénus. Mais il est difficile d'imaginer comment cela a pu persister là-bas.

Cela nous laisse avec Mars. Mars est un endroit très intéressant pour rechercher des signes de la vie passée et présente, comme nous en discuterons la semaine prochaine.

Planètes joviennes

Les planètes joviennes n'ont pas de surface. Ils ont des atmosphères très épaisses, qui vont jusqu'au cœur. Les pressions internes atteignent plus de quelques mégabars. Il y a des régions dans ces atmosphères qui ont des températures et des pressions qui sont tout à fait raisonnables pour la vie, et cela a conduit à spéculer que la vie pourrait y exister. Mais il y a un gros problème. Les atmosphères des planètes joviennes ont un très fort mélange vertical, dû à la convection thermique. Ainsi, une parcelle de gaz donnée subit d'énormes variations de température et de pression, car elle oscille des profondeurs de l'atmosphère aux couches supérieures des nuages. Il est difficile de comprendre comment la vie a pu démarrer dans de telles conditions.

Satellites extérieurs

Il y a beaucoup de mondes plus grands de roche et de glace dans le système solaire externe. La plupart d'entre eux sont trop froids et sans air pour nous intéresser dans ce contexte. Mais deux méritent une étude sérieuse :

TITAN

Une bonne ressource en ligne pour des informations et des images de Titan est la page Titan du Space Science Data Center de la NASA.

Titan est la plus grosse lune de Saturne. Il est plus gros que Mercure (bien que, à une densité de seulement 1,9 g/cc, beaucoup moins massif). Titan est unique parmi les lunes du système solaire en ce qu'elle a une atmosphère épaisse et dense. L'atmosphère a une pression de surface d'environ 1,5 fois celle de l'atmosphère terrestre, et composée principalement de N2, avec 10-15% CH4. Nous savions que Titan avait CH4 dans son atmosphère bien avant les survols du Voyager car nous pouvions le voir dans le spectre de Titan. Nous ne pouvions pas voir le N2 en raison de l N2 dans notre propre atmosphère, nous n'avons donc pas compris ce que Voyager trouverait à l'avance. Il s'avère qu'à la pression et aux basses températures de l'atmosphère de Titan (environ 100K), le méthane peut se condenser et former une brume d'aérosol. Cette brume est photoréduite par le rayonnement UV solaire pour créer du smog. En conséquence, nous ne pouvons pas voir la surface de Titan en lumière visible.

Bien que nous ne puissions pas voir la surface en lumière visible et que nous n'ayons donc pas de données Voyager sur les caractéristiques de la surface, nous POUVONS voir la surface dans l'infrarouge à l'aide du télescope spatial Hubble. La couleur de l'image liée est fausse, mais l'échelle de luminosité est réelle. L'interprétation de ces observations n'était pas claire lorsqu'elles ont été faites dans les années 1990.

Mais nous comprenons que la physique et la chimie du mélange d'hydrocarbures dans l'atmosphère de Titan ont fait quelques prédictions sur la surface. Les matières organiques lourdes se déposeront hors de l'atmosphère, pour créer une couche de glu organique de 10 m à

1km d'épaisseur sur la majeure partie de la surface. J'utilise le mot "organique" dans son sens technique (composé de composés à chaîne carbonée). Cependant, l'existence attendue de cette glu organique non produite biologiquement a conduit les gens à supposer que Titan aurait pu faire évoluer la vie. Parce que Titan était un endroit si intéressant, un élément clé de la mission Cassini était la sonde de l'atterrisseur Huygens. Il s'agissait d'un petit atterrisseur qui a atterri sur Titan en 2005, et a pris des données pendant environ 90 minutes avant de s'éteindre.

La physique du méthane et de l'éthane (C2H4) à ces températures et pressions nous ont amenés à croire que Titan devrait avoir de vastes océans de surface de méthane et d'éthane, et devrait avoir des précipitations de méthane. Ces prédictions ont été testées par les résultats de la mission Cassini. Le premier survol Cassini de Titan et de l'atterrissage de la sonde Huygens a eu lieu en 2005. On sait que l'idée d'"océan de méthane" est erronée. Mais il y a clairement une chimie et un écoulement de fluide très intéressants sur Titan.

L'existence attendue de cette glu organique non produite biologiquement a conduit les gens à supposer que Titan aurait pu faire évoluer la vie. Comme discuté précédemment, la chimie des solvants disponibles (NH3, CH4, C2H6) est très différent de celui de l'eau. Et la vitesse de réaction chimique est beaucoup plus faible à 100K qu'à 300K. Ainsi, la biochimie de toute vie de Titan doit être très différente de celle de la vie terrestre.

EUROPA

Une bonne ressource en ligne pour des informations et des images des satellites de Jupiter est la page Jupiter du Space Science Data Center de la NASA.

Jupiter a plus de 50 satellites connus. Ceux-ci se répartissent en deux groupes de base. Il existe des dizaines de petits objets irréguliers qui sont probablement des astéroïdes capturés. Et il y a quatre grandes lunes, connues sous le nom de Satellites galiléens, en raison de leur découverte par Galilée.

Europe est sensiblement plus petit que Ganymede ou Callisto, mais il est beaucoup plus dense :

Cela signifie qu'Europe doit être principalement rock, mais aussi avoir une contribution significative de volatiles (principalement H2O). La chose frappante à propos de l'apparence d'Europe est que, contrairement à Ganymède et Callisto, la surface est très lumineuse, il n'y a presque pas de cratères et de nombreuses caractéristiques ressemblent à des fissures . Ces fonctionnalités peuvent être très longues et complexes. Les gros plans montrent un terrain qui ressemble à la surface d'un étang gelé.

L'implication de ces observations est qu'Europe a un océan profond et souterrain d'eau liquide. Lorsqu'un objet frappe la surface suffisamment fort pour laisser un cratère d'impact, l'impact brise également la croûte et permet à l'eau de former de la glace fraîche à la surface, effaçant ainsi le cratère d'impact. La possibilité d'un océan liquide est renforcée par l'observation par Galilée d'un champ magnétique associé à Europe. Pour générer un champ magnétique, une planète a besoin d'une sorte de conducteur électrique liquide à l'intérieur. Sur Terre, ce conducteur est le fer liquide. Europa a un petit noyau de fer, mais pas assez pour supporter le champ magnétique observé. La meilleure perspective est l'eau salée. En d'autres termes, un océan souterrain.

Mais POURQUOI Europe a-t-elle un tel océan ?

Pour répondre à cela, nous devons parler un peu des marées.

Prenons le cas de la Lune et de la Terre : la Lune orbite autour de la Terre en raison de la gravité. Cela provoque des marées. Le point essentiel de la gravité est qu'elle obéit à un loi du carré inverse:

Cela signifie que les océans du côté de la Terre le plus proche de la Lune ressentent une force de gravité plus importante due à la Lune que le centre de la Terre. Et le centre de la Terre ressent une force plus grande que l'océan de l'autre côté de la Terre par rapport à la Lune. Le résultat de ceci est que deux renflements de marée sont soulevés sur la Terre. Un du côté tourné vers la Lune et un du côté opposé à la Lune. Les marées se produisent également dans la roche solide, mais elles sont beaucoup moins dramatiques que celles qui se produisent dans les océans. Les marées à corps solide sur Terre ne produisent que des renflements de marée avec des amplitudes d'environ 1 cm. Pourtant, cela a un effet dramatique à long terme. La Terre tourne beaucoup plus rapidement que la période orbitale de la Lune (un jour contre 27,3 jours), et donc le renflement réel de la marée sur la Terre est toujours en avance sur la ligne Terre-Lune. Cela provoque un couple de marée : la Lune entraîne la Terre, ralentissant sa vitesse de rotation. Ceci est confirmé par les archives fossiles : le jour ne durait que 22 heures il y a 400 Myr.

Finalement, le couple de marée de la Lune ralentira le taux de rotation de la Terre jusqu'à la période orbitale de la Lune. La Terre est beaucoup plus massive que la Lune, et la gravité est une force symétrique, donc la Terre est beaucoup plus efficace pour ralentir la Lune que la Lune ne l'est pour ralentir la Terre. En fait, la Terre a déjà ralenti la période de rotation de la Lune pour correspondre à sa période orbitale. C'est pourquoi nous voyons toujours la même face de la lune. Verrouillage de la phase de marée est un phénomène courant dans le système solaire. En effet, toutes les grandes lunes des planètes extérieures sont verrouillées en phase de marée.

Dans le cas des satellites galiléens, la situation est encore compliquée par une résonance entre trois des quatre lunes (Ganymède, Europe et Io). Cette résonance rend les orbites des trois satellites significativement elliptiques. Pour cette raison, la distance entre un satellite donné et Jupiter varie au cours d'une orbite, donc la gravité de Jupiter étire essentiellement les satellites comme de la tire. Si vous prenez un élastique et que vous l'étirez d'avant en arrière pendant 5 minutes, il se réchauffe. La même chose arrive aux intérieurs de Ganymède, Europe et Io. Dans le cas de Io, l'apport d'énergie est si important qu'il fait fondre la roche. Europe est plus éloignée, et donc seule sa glace est fondue.

L'existence de cet océan profond et relativement chaud a conduit à la spéculation qu'Europe pourrait y avoir de la vie. En fait, c'est probablement le meilleur endroit du système solaire (autre que la Terre) pour chercher la vie. La question clé à laquelle nous n'avons pas de réponse est la suivante : « Existe-t-il un mécanisme qui concentre suffisamment l'énergie pour conduire la biochimie ? Pour comprendre ce que je veux dire par là, considérons l'océan de la Terre. Où est concentrée la vie ? Deux endroits : près de la surface, où il y a beaucoup de soleil pour stimuler la photosynthèse, et près des bouches hydrothermales du fond océanique, où il y a de l'énergie géothermique. Europe est très loin du Soleil, donc même si la croûte de glace est suffisamment mince pour permettre à la lumière du soleil d'atteindre le sommet de l'océan, cette lumière du soleil sera capable de conduire très peu de photosynthèse. Existe-t-il des analogues européens des évents océaniques profonds que nous trouvons sur Terre ? Nous ne savons pas. Mais nous devrions le découvrir de notre vivant.

Une bonne ressource en ligne pour des informations et des images de Mars est la page Mars du Space Science Data Center de la NASA.

Mars fait environ la moitié du diamètre de la Terre. En conséquence, Mars a conservé sa chaleur interne beaucoup plus longtemps que la Lune et est restée géologiquement active pendant une grande partie de son histoire. Mais comme elle est tellement plus petite que la Terre, elle s'est refroidie beaucoup plus rapidement.

Mars a un certain nombre de similitudes avec la Terre. Sa période de rotation est de 24h 40m, presque la même que celle de la Terre. Sa période orbitale est de 1,88 an. Et son axe de rotation est incliné de 25 degrés par rapport à son plan orbital (contre 23,5 degrés pour la Terre). Ainsi, Mars a des saisons, tout comme la Terre.

Mars est un centre d'intérêt pour les sociétés humaines depuis la préhistoire. Il est très lumineux toutes les quelques années, et est ensuite haut dans le ciel nocturne. Sa couleur rougeâtre a conduit de nombreuses cultures à associer Mars à la guerre.

L'intérêt plus moderne pour Mars remonte à la fin des années 1800, lorsque l'astronome italien Schiaparelli a décrit les caractéristiques qu'il a vues à la surface de Mars comme des "canali". Cela se traduit littéralement par « canaux », mais a été immédiatement saisi par la presse et mal traduit par « canaux ». La science-fiction moderne est essentiellement née à ce moment-là.

Au milieu du 20e siècle, la communauté scientifique avait fondamentalement abandonné le morceau « canaux ». Mais la romance publique avec les Martiens a maintenu l'idée jusqu'à ce que les images de Mariner 4 montrent un terrain beaucoup plus semblable à la surface de la Lune qu'à un désert terrestre.


La Terre comme un analogue à la recherche de la vie

Alors que nous passons devant notre seul exemple de monde porteur de vie, nous pourrions prendre une page d'une ère antérieure d'exploration planétaire, avec l'aimable autorisation de Carl Sagan. L'astronome et auteur primé a également été un membre clé des équipes scientifiques de diverses missions d'exploration du système solaire de la NASA, y compris Galileo.

En 1990, alors que la sonde spatiale passait devant la Terre pour un coup gravitationnel qui la propulserait vers le système solaire extérieur, elle a tourné ses instruments vers la planète d'origine. Question de Sagan : Galilée pourrait-il détecter des signes de vie sur Terre ?

Et il l'a fait. Oxygène. Méthane. Un pic dans la partie infrarouge du spectre lumineux, appelé "bord coupé", est le signe révélateur d'une végétation réfléchissante à la surface. Galilée a même détecté ce que l'on pourrait appeler aujourd'hui une &ldquotechnosignature&rdquo &ndash un signe de vie intelligente. Dans ce cas, de puissantes ondes radio qui ne proviendraient probablement pas de sources naturelles.

"Il est essentiel de réfléchir à ce que notre propre planète ressemblerait à un extraterrestre", a déclaré Giada Arney, astronome et astrobiologiste au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. &ldquoIl&rsquo est important de réfléchir aux signes de vie qu'ils pourraient réellement voir depuis l'espace.&rdquo

Arney, qui dit qu'une grande partie de son travail consiste à "penser la Terre comme une exoplanète", se concentre sur les mondes enveloppés de brume. Alors que nous recherchons des signes de vie autour d'autres étoiles, elle nous rappelle que notre propre planète aurait été très différente à diverses époques dans un passé lointain.

La Terre d'il y a des milliards d'années, à l'époque archéenne, n'était peut-être même pas un "point bleu de Sagan". Avant que l'atmosphère ne devienne riche en oxygène, la Terre pouvait parfois être un "point orange" de Sagan", dit Arney, sa brume orange créée chimie atmosphérique complexe impliquant le méthane généré par les microbes. Une brume similaire se retrouve aujourd'hui dans l'atmosphère de la lune de Saturne, Titan, bien que dans ce cas, non générée par la vie.

Pour trouver un analogue de notre propre planète parmi les étoiles, nous devons considérer « pas seulement la Terre moderne, mais la Terre à travers le temps », a-t-elle déclaré. &ldquoLes types de planètes qui pourraient être (considérées) comme la Terre peuvent être très différents de la Terre moderne.&rdquo


Y a-t-il de la vie dans l'océan souterrain d'Europe ?

Crédit d'image : Crédit : NASA/JPL

L'image ci-dessus montre la structure intérieure d'Europe, une lune majeure de la planète Jupiter, mais la plus petite de ses quatre lunes galiléennes. La bande bleue sur l'image représente une couche d'eau salée de 100 km d'épaisseur sous sa croûte de glace qui, selon de nombreux chercheurs, pourrait désormais contenir des formes de vie qui extraient l'énergie de la désintégration nucléaire de divers éléments.

On sait depuis longtemps que plusieurs lunes du système solaire abritent des océans liquides sous leurs croûtes glacées, mais malgré le manque total de données empiriques sur les conditions à l'interface eau/manteau sur la lune Europa de Jupiter, certains chercheurs pensent qu'Europe a un potentiel plus élevé pour héberger des formes de vie extraterrestres que d'autres lunes similaires.

Selon un rapport publié dans la revue Scientific Reports, une équipe d'enquêteurs de l'Université de São Paulo au Brésil a identifié des conditions dans une mine d'or sud-africaine qui semblent être analogues, voire similaires aux conditions qui pourraient exister dans l'océan/ interface de manteau sur Europa. De plus, les chercheurs ont identifié une souche de bactérie connue sous le nom de Desulforudis Audaxviator qui vit au moyen d'un processus appelé radiolyse de l'eau, qui est la dissociation des molécules d'eau par rayonnement ionisant. Fait intéressant, son nom dérive d'une citation qui apparaît dans le roman de Jules Verne Voyage au centre de la Terre (1864) dans lequel le héros de l'histoire, le professeur Lidenbrock, trouve un message secret en latin faisant référence au sommet de l'Islande. volcan Snæfellsjökull qui se lit comme suit : “Descende, audax viator, et terrestre centrum attinges” (Descendez, voyageur audacieux, et vous atteindrez le centre de la Terre).

Selon Douglas Galante, chercheur du Laboratoire national brésilien de lumière synchrotron (LNLS) et du Centre de recherche en astrobiologie (NAP-Astrobio) de l'Institut d'astronomie, de géophysique et de sciences atmosphériques de l'Université de São Paulo, l'organisation qui supervise la recherche, les conditions dans la mine sud-africaine sont causées par l'infiltration d'eau à travers des fissures dans les roches qui contiennent de l'uranium radioactif.

Essentiellement, les molécules d'eau sont brisées par l'uranium radioactif, qui crée des radicaux libres tels que H+, OH- et d'autres, qui à leur tour décomposent des roches comme le disulfure de fer (pyrite), dans un processus qui produit du sulfate. Le sulfate est ensuite utilisé par les bactéries pour synthétiser l'adénosine triphosphate (ATP), qui est le nucléotide qui régule le stockage d'énergie à l'intérieur des cellules vivantes, ce qui signifie que ces bactéries sont les premiers organismes terrestres connus pour vivre directement du by- produits de l'énergie nucléaire.

Cependant, alors qu'il est connu que l'intérieur d'Europe est relativement chaud en raison des puissantes interactions des marées avec Jupiter, l'eau chaude à elle seule ne suffit pas à maintenir même la vie bactérienne. Selon les chercheurs, les processus biologiques dépendent de l'existence de différences dans les quantités de molécules, d'électrons et d'ions dans différentes régions pour permettre aux processus, tels que la respiration cellulaire, la photosynthèse et la production d'ATP, de se produire.

Bien que l'on ne sache actuellement rien sur les conditions réelles à l'intérieur d'Europe, les chercheurs espèrent que des émanations hydrothermales (volcans sous-marins) sont présentes sur Europe pour fournir des sources d'hydrogène moléculaire [H2], de sulfure d'hydrogène [H2S], d'acide sulfurique [H2SO4], de méthane [CH4], et d'autres pour créer des déséquilibres chimiques qui peuvent être transformés en quantités significatives d'énergie biologique.

Néanmoins, malgré les résultats prometteurs de cette étude, de nombreuses questions restent sans réponse, et le resteront probablement jusqu'en 2025 au moins, date à laquelle une mission dédiée, nommée « Europa Clipper », sera lancée par la NASA pour étudier les conditions réelles sur Europa. Aucun vaisseau spatial n'a atterri sur Europa à ce jour, bien que l'Europa Clipper devrait effectuer 45 survols rapprochés de la lune glacée et utiliser un certain nombre d'instruments pour déterminer si ses conditions sont propices à la vie, notamment des caméras, des spectromètres, un magnétomètre, un thermique instrument et un radar à pénétration de glace.


Astronomie 115-1 - Exemples de réponses à mi-parcours

1. L'un des problèmes les plus sérieux pour l'étude de l'astrobiologie est de définir ce que nous entendons par « vie » d'une manière utile, mais pas trop restrictive. Une conséquence de ceci est que nous utilisons souvent la nature de la vie sur Terre comme modèle. Un aspect fondamental de la vie terrestre est que notre biochimie fonctionne en solution aqueuse. Discutez des raisons pour lesquelles nous considérons souvent que cela est universel et présentez des alternatives possibles.

Toute vie terrestre est basée sur des réactions chimiques en solution aqueuse. L'eau est un solvant unique pour la biochimie pour les raisons suivantes :

1) Il existe en phase liquide dans une gamme de température large et modérée. Ainsi, les fluctuations de la température ambiante doivent être assez importantes pour provoquer le gel ou la vaporisation de l'eau liquide. De plus, l'eau est un liquide dans une plage de températures suffisamment élevée pour favoriser des taux de réaction chimique relativement rapides et suffisamment basse pour permettre l'existence de composés chimiques complexes.

2) L'eau est un liquide polaire et permet ainsi la construction de choses comme des membranes cellulaires composées de composés à base de lipides qui forment des amas naturels dans une solution aqueuse.

3) Lorsque l'eau gèle, le solide résultant est moins dense que l'eau liquide à des températures juste au-dessus du point de congélation. Cela signifie que la glace flotte et fournit ainsi une isolation thermique pour permettre la persistance de l'eau liquide sous les couches de glace.

Un certain nombre d'autres composés volatils pourraient, potentiellement, également être utilisés comme solvants liquides pour la biochimie. Les plus courants sont l'ammoniac, le méthane et l'éthane. Ce sont tous des liquides sur des plages de température beaucoup plus petites et à des températures beaucoup plus basses que l'eau. Ainsi, ils ne sont pas aussi bons du point de vue de la stabilité thermique, et toute biochimie se produisant dans de telles solutions aurait des vitesses de réaction très lentes. De plus, aucun de ceux-ci n'est un liquide polaire. Ainsi, la nature de la chimie structurale de toute vie dans, disons, une solution d'ammoniac, devrait être très différente de celle de la chimie structurale utilisée pour la vie terrestre. Enfin, les glaces de ces composés sont toutes plus denses que les liquides correspondants. Ainsi, si les conditions sont suffisamment fraîches pour permettre le gel, le résultat final est un environnement entièrement gelé, car aucune couche d'isolation de surface ne peut se former.

2. Que sont les formes de vie lithophiles ? Quel endroit, autre que la Terre, est un endroit potentiellement intéressant pour rechercher une telle vie, et pourquoi cet endroit est-il un bon candidat pour qu'une telle vie existe ?

Les formes de vie lithophiles sont des organismes unicellulaires qui vivent sous la surface de la Terre. Ils habitent des filons dans les roches et ont été identifiés jusqu'à plusieurs kilomètres sous la surface. Ils obtiennent de l'eau à partir de l'eau qui s'infiltre à travers la croûte terrestre et du carbone à partir du CO2 dissous dans l'eau et des minéraux contenant du carbone. Ils obtiennent l'énergie nécessaire à leur métabolisme grâce à la décomposition de composés inorganiques simples dans les roches dans lesquelles ils vivent.

Il est possible que la vie lithophile persiste sous la surface de Mars. Bien que les conditions à la surface de Mars soient désormais très hostiles, le sous-sol martien est susceptible d'être très similaire au sous-sol terrestre. En particulier, nous savons qu'il y a une quantité importante d'eau dans la croûte de Mars. Cette eau est principalement sous forme de pergélisol, bien que nous ayons récemment trouvé au moins un grand réservoir d'eau liquide sous la surface de Mars. Comme l'atmosphère de Mars est principalement constituée de CO2, l'eau de l'intérieur contient probablement du CO2 dissous. Ainsi, les ressources nécessaires au fonctionnement d'un écosystème lithophile semblent être disponibles sur Mars.

Alors que la surface actuelle de Mars est très inhospitalière, les conditions sur Mars il y a 3,5 Gyr étaient probablement très similaires aux conditions sur Terre à cette époque. Comme nous avons des preuves fossiles claires de la vie sur Terre à cette époque, il n'est pas déraisonnable de supposer que la vie aurait également pu être présente à la surface de Mars à cette époque. Si tel était le cas, une telle vie aurait pu migrer dans le sous-sol martien comme elle l'a fait sur Terre, et pourrait persister jusqu'à nos jours.

3. La vie à la surface de la Terre tire son énergie du Soleil. Il existe plusieurs satellites dans le système solaire externe qui peuvent avoir des conditions propices à la vie, mais pour lesquels la lumière du soleil n'est pas une source substantielle d'énergie. La plus prometteuse d'entre elles est la lune jovienne Europa. Décrivez le mécanisme qui est la principale source d'énergie pour la vie potentielle sur Europe.

La principale source d'énergie sur Europe est d'origine gravitationnelle. Europe est sur une orbite à verrouillage de phase autour de Jupiter, avec sa période d'orbite égale à sa période de rotation. Mais l'orbite est elliptique, donc la distance entre Europe et Jupiter varie sur l'orbite. Also, although the orbit and rotational periods are equal, the orbital velocity is not constant. Europa orbits faster than average when close to Jupiter and slower than average when farther away.

The variation in Europa's distance from Jupiter means that it is subject to a variation in tidal stretching, with the greatest stretching when it is closest to Jupiter. The variation in orbital velocity adds an additional stretching back and forth as Europa orbits Jupiter. The combination of these two effects lead to the cracking of Europa's ice crust, and also to the frictional heating of its interior. This frictional heating is the energy source that allows for the existence of the subsurface liquid water ocean on Europa.

The energy from this gravitational friction should also heat Europa's deep interior. That could create structures on the Europa ocean bottom that are similar to the hydrothermal sea vents that we find on the Earth's ocean bottom. These are places where mineral-rich superheated water emerges from the crust to form the energy basis for rich colonies of life. If such features do exist at the bottom of the Europan ocean, they may provide the basis for similiar ecosystems there.

4. We now know of at least 3000 planets orbiting other stars. What method was used to discover the majority of these planets, and how does it let us determine the properties of those planets?

Most known extrasolar planets have been discovered using the transit method. If a planet passes directly in front of a star the planet will block a small fraction of the light from the star. Thus, if we monitor the brightness of a star and look for periodic events in which the star becomes slightly dimmer, we can detect the presence of the orbiting planet. This method will only work if the planetary orbit plane is edge-on to our line of sight, so we expect only a few percent of stars with planets to show evidence of transits.

As the transits are periodic, they yield the period of the orbit directly. The amount of the star's light that is blocked tells us the ratio of the size of the planet to the size of the star (the bigger the planet the more light it blocks). If we also know the size of the star, we can use this to determine the size of the planet. An edge-on orbit also allows us to measure the radial velocity variation of the host star accurately. We also know the orbit period, as noted above. If we also know the mass of the star, then we can determine the mass of the planet from the orbit characteristics. Knowing both the size and the mass of the planet allows us to determine its density as well. As rocky planets and gas planets have very different densities, we can use the density to tell us what the nature of the planet is.


Life in the Solar System

You can summarize this lesson with the common phrase, "Are we alone?" You may associate this question with TV shows, movies, or sci-fi novels, but it is a valid question that researchers have considered alongside topics you might consider more traditional, like, "Why does the sun shine?" There is a growing field of study that is investigating all of the scientific questions associated with the search for life in the Universe, and it is referred to as astrobiology. It is part of our everyday experience that life is prevalent on Earth. But what we do not know for certain is how prevalent life may be in the Solar System, the Milky Way, and the Universe in general.

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What is astrobiology? We will be discussing many areas of astrobiology during this lesson, but if you want to start with some pre-reading before you begin, I would recommend the NASA Astrobiology website.

The first task to address in the study of life in the Universe is to define what we are looking for. That is, how do you know that something is living when you find it? It is surprisingly difficult to do this, and so there is no single, universally accepted definition of life. If we compare and contrast living and nonliving things on Earth, we can come up with a set of properties that appear to be common among all living things. These are:

  • Living things grow and reproduce
  • They evolve and adapt to their environment
  • They require liquid water
  • They require energy

We can make this list more detailed, but the difficulty with this type of exercise is that you can find examples of nonliving things (for example, fire is often cited) that exhibit some of the properties of life, and you can cite examples (e.g., viruses) that do not fit all of the properties you expect living things to exhibit. While this question continues to be researched, one option that can be pursued in the meantime is for scientists to look for evidence of life elsewhere that shares properties of lifeforms known on Earth. Clearly, this is an assumption (and one that may be wrong), but for the most part, scientists are looking for evidence that simple, microbial life may be present now, or may have been present in the past on other worlds in our Solar System.

The locations considered most likely to harbor life are:

  1. Mars
  2. Europa and Ganymede, two of the Galilean moons of Jupiter
  3. Titan, a moon of Saturn

The reason these locations are considered more likely than, say, Mercury or our Moon, is because there is evidence that each of these worlds either had some liquid on its surface in the past or has subsurface liquid (water in the case of Mars, Europa, and Ganymede, and liquid hydrocarbons in the case of Titan) or on the surface now. This property is considered by many scientists as the single most important requirement for life to exist.

On Mars, we see evidence that liquid water was likely present in the past. Below is an example where scientists believe that the light-colored deposits indicate a brief flow of liquid water that occurred sometime very recently.

The Mars Phoenix Lander saw water ice in a trench it dug as it was studying the Martian soil.

You can find a large number of images and studies of the Martian surface by landers (for example, the Spirit and Opportunity rovers, the Phoenix lander) or orbiters (Mars Global Surveyor, Mars Reconnaissance Orbiter) that suggest that Mars was once a wet world. Given this evidence, NASA has been investing a great deal of time and effort in the study of Mars in a search for life. At the Mars Exploration website, you can find a list of all of the past, present, and future missions to Mars.

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The education and outreach group for the Phoenix Mars Mission has put together an excellent resource that compares images of Mars and images of Earth that builds the case that Mars must have been wet in the past.

It was the NASA Galileo mission that gave us the evidence for what may be a subsurface ocean on Europa. And the NASA Cassini mission gave us the evidence for riverbeds and lakes on Titan. A major focus of NASA missions that are currently under consideration is to study these worlds in more detail to see if there is some way that we may verify the presence of life.


Why is Mars So Dry?

Crédit image : NASA/JPL
The MER rovers Spirit and Opportunity, now traveling on the surface of Mars, are exploring a geography drier than the driest desert on Earth. Despite the polar ice caps and suspected pockets of liquid water beneath the martian surface, the amount of water on Mars is but a teaspoon compared to the vast watery reserves of Earth. Why is Mars so dry?

The inner planets of our solar system – Mars, Earth, Venus and Mercury – formed by the accumulation of small rocks and dust that swirled around the sun in its earliest years. If the Earth and Mars are made of the same stardust, they should have been born with about the same ratio of water.

Many scientists think Mars once was very watery, but lost its oceans due to the low mass of the planet. This, combined with a thin atmosphere, allowed most of the water on Mars to evaporate out into space.

But according to a study by Jonathan Lunine of the Lunar and Planetary Laboratory at the University of Arizona, the Red Planet was dry from the very beginning.

Lunine, writing in the journal Icarus in 2003 with colleagues John Chambers, Alessandro Morbidelli, and Laurie Leshin, says that Mars was originally a planetary embryo. In essence, a planetary embryo is a very large asteroid that can be as massive as Mercury or Mars. This pre-Mars embryo existed in the asteroid belt, which at the time was more widely dispersed in the solar system, spread out between 0.5 to 4 AU from the sun. Today the main asteroid belt is roughly at 2 to 4 AU, located between Mars (1.5 AU) and Jupiter (5.2 AU).

Lunine says that Mars grew to its present size from accumulations of smaller asteroids and comets. He says that the more massive Earth, in comparison, mostly formed from large planetary embryos colliding into each other.

“By chance Mars was not struck by giant asteroids while Earth was – the lucky versus unlucky pedestrian,” says Lunine. “But Mars was struck by much smaller bodies because these are so numerous.”

The Earth currently orbits the sun at 1 AU. Lunine says that planetary embryos in this orbit would not have had much water. Early in the sun’s evolution, during planetary formation, the dusty disk that surrounded the young star was very hot. Water-bearing compounds would not have been able to form in this disk at 1 AU.

Since Mars is further away from the sun than Earth, and closer to the cooler, “moist” regions of the asteroid belt, it would seem logical that Mars would have been born with more water. Yet Lunine says that Mars probably acquired only 6 to 27 percent of an Earth’s ocean (1 Earth ocean =1.5 ?1021 kg).

That’s because some of the planetary embryos that eventually constituted the Earth were saturated with water. While 90 percent of the embryos that formed the Earth were from the 1 AU region, and therefore dry, 10 percent were from 2.5 AU and beyond. Embryos coming from this distance would’ve had large supplies of water. Smaller asteroids coming from this distance would’ve contributed to the Earth’s water supply as well. At most, Lunine says that only 15 percent of Earth’s water came from comets.

Mars, meanwhile, had the bad luck to be born as a single dry rock. Mars eventually received some water late in the formation game, after its core had already formed and it had nearly reached its present mass. According to Lunine’s scenario, Jupiter also gained its present day mass around this time. Jupiter’s gravity then either sucked in nearby asteroids or caused them to scatter outwards. The proto-Mars somehow escaped being shifted by Jupiter’s gravity, but was bombarded by the outward-bound asteroids.

“The impacts of small asteroids and comets constituted a “late veneer” which added water to Mars, in contrast to the picture for Earth where water was added through collisions with Mercury-sized embryos throughout a growth period of some tens of millions of years,” the scientists write.

Although Mars doesn’t form in their computer model, the scientists think that may reflect the chaotic nature of planetary formation, where the directions of planetary embryos and asteroids are unpredictable and many outcomes are possible.

“There is a fair amount of randomness involved in building the terrestrial planets, so ending up with a Mars that did not happen to accrete many water-rich planetesimals is a possible occurrence,” says Alan Boss of the Carnegie Institution of Washington. “This may well help explain the paucity of water on modern-day Mars.”

Such differences in planetary formation also could occur among the inner planets of other solar systems. So far, astronomers know of 104 stars that have planets orbiting them. All of the extrasolar planets found so far are gas giants, but it seems likely that terrestrial planets like Mars and the Earth also could orbit distant stars, even though we do not yet have the technology to detect them.

If some inner terrestrial planets are formed by collisions of several planetary embryos, while others are embryos that only gather up moist comets and asteroids, then planets around these other stars could have very different amounts of water. Lunine suggests that the timing and formation of the gas giant planets in each solar system will play an important role in this process, just as Jupiter has influenced the character of our own solar system.

Lunine currently has a paper in Icarus, with Tom Quinn and Sean Raymond of the University of Washington, on the possible variation in water abundance for terrestrial planets around other stars. In addition, he is carefully watching the data collected by the MER rovers Spirit and Opportunity, as well as the satellites currently orbiting Mars.

“Odyssey, MER, and Mars Express will determine how much water exists at present, hopefully, and provide better constraints on past water abundance,” says Lunine. “I am particularly interested in the MARSIS radar results, and those of its successor – SHARAD.”

MARSIS is a radar device on the Mars Express satellite that can look through the top five kilometers of martian crust to search for layers of water and ice. The Italian space agency is planning to fly a shallow subsurface radar, called SHARAD, on NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter to see if water ice is present at depths greater than one meter. While MARSIS has a higher penetration capability, it has much lower resolution than SHARAD will have.


Are all the aliens hanging out in some eldritch realm deep underwater?

As we wonder where all the aliens could be crawling around, maybe it's worth considering that they might not creep and crawl at all. They might be swimming in a subsurface ocean, where they have no idea the universe above even exists.

It sounds almost Lovecraftian, but planetary scientist Alan Stern believes that our best chance of finding extraterrestrial life is beneath layers of rock and ice in the subsurface oceans of bodies like Europa or Enceladus. Because there are a number of these types of worlds in our solar system, they might be common in other star systems. Worlds with surface oceans, like Earth, need to be closer to their stars to be habitable — but life could potentially survive in the depths of frozen orbs that are much further from their stars.

More Alien Life

“Because these oceans can be very far away from their parent star, it vastly expands our concept of ‘habitable’,” said Stern, who recently presented a paper that might forever change your mind about aliens at the 52nd annual Lunar and Planetary Science Conference.

Think about it. Earth got lucky. In 4.5 billion years, our planet has survived almost every existential threat except a supernova. It supposedly took a beating from another protoplanet when it was a protoplanet itself (and still has the remnants of that collision deep in its mantle). Through all the cosmic trauma it experienced, from its violent birth to asteroids throwing lethal punches that wiped out more than just the dinosaurs, Earth has held up. Not to mention that the Sun is a middle-aged star, which hasn’t gone red giant and swallowed us up. At least we have another 7 to 8 million years before it opens its fiery jaws and comes for us.

Stern argues that planets like Earth must be rare. Bodies with surface oceans face constant threats from space, and if Mars could speak, it would vouch for that. It is much more likely that life on a cryo-world with liquid oceans beneath miles of ice and rock would survive coronal mass ejections and passing through molecular clouds that bring on a deep freeze. Rogue planets could potentially host life. Anything living so far beneath the skin of a moon or planet would be unfazed by phenomena on the outside, meaning that the surface temperature could plummet to absolute zero and it would still be lurking at the bottom of the ocean like nothing happened.

“Planetary scientists expect to be surprised because we find ourselves constantly taken aback by the planetary types not expressed in our own solar system,” Stern said. “We can expect to find many other kinds of biology out there. Our kind is used to our particular situation, which is why many believe it might exist somewhere else, but we should just keep our eyes open and expect the unexpected.”

There is also the question of what these strange hypothetical worlds would be like beneath the literal and proverbial surface. Stern prefers the analogy of knowing nothing but a desert island and being blown away from all the flora and fauna you would discover if you just got around the rest of Earth for a while, never mind the universe. Now imagine alien beings that might not even grasp the concept of air. They may or may not have subsurface civilizations like Lovecraft’s dreadful and blasphemous R’lyeh, but say these life-forms are more than microbes and actually have a brain.

Spaceflight would be unfathomable for creatures that need to carry so much water with them to stay alive. It would also be highly unlikely that intelligent alien things from the deep would try to reach out to other planets by sending messages, because they would be unaware that any existed. It would not be possible for any technological signals to escape the ice. Because organisms like this would evolve to breathe underwater, they would stay there with no knowledge of anything beyond, so breaking the surface would be a shock. What would they even think if they saw stars?

“If the universe at all follows the pattern in our solar system, with most worlds having oceans on the inside, those oceans are probably more stable environments to life,” said Stern. “Most of the life that would evolve [would] be in those oceans and completely sequestered from knowing there’s a universe.”

Water vapor plumes on Europa could mean there are hydrothermal vents deep beneath the icy crust. Crédit : NASA

To find out what lies beneath, what we need is evidence. Plumes of water vapor from Europa and Enceladus could be signs of hydrothermal vents in their darkest depths. Stern, who is involved in the ultraviolet spectrometer team for NASA’s upcoming Europa Clipper mission, believes that we need autonomous remote sensing spacecraft built to withstand perilous waters. Europa Clipper takes off in 2024. He is anxious to see if anything is waiting to be found without actually knowing someone from a faraway planet is trying to find it.

“I really wish I could be around for another 300 years,” he said. “I have a feeling there must be something.”


Astronomy Without A Telescope – So Why Not Exo-Oceans?

Well, not only may up to 25% of Sun-like stars have Earth-like planets – but if they are in the right temperature zone, apparently they are almost certain to have oceans. Current thinking is that Earth’s oceans formed from the accreted material that built the planet, rather than being delivered by comets at a later time. From this understanding, we can start to model the likelihood of a similar outcome occurring on rocky exoplanets around other stars.

Assuming terrestrial-like planets are indeed common – with a silicate mantle surrounding a metallic core – then we can expect that water may be exuded onto their surface during the final stages of magma cooling – or otherwise out-gassed as steam which then cools to fall back to the surface as rain. From there, if the planet is big enough to gravitationally retain a thick atmosphere and is in the temperature zone where water can remain fluid, then you’ve got yourself an exo-ocean.

We can assume that the dust cloud that became the Solar System had lots of water in it, given how much persists in the left-over ingredients of comets, asteroids and the like. When the Sun ignited some of this water may have been photodissociated – or otherwise blown out of the inner solar system. However, cool rocky materials seem to have a strong propensity to hold water – and in this manner, could have kept water available for planet formation.

Meteorites from differentiated objects (i.e. planets or smaller bodies that have differentiated such that, while in a molten state, their heavy elements have sunk to a core displacing lighter elements upwards) have around 3% water content – while some undifferentiated objects (like carbonaceous asteroids) may have more than 20% water content.

Mush these materials together in a planet formation scenario and materials compressed at the centre become hot, causing outgassing of volatiles like carbon dioxide and water. In the early stages of planet formation much of this outgassing may have been lost to space – but as the object approaches planet size, its gravity can hold the outgassed material in place as an atmosphere. And despite the outgassing, hot magma can still retain water content – only exuding it in the final stages of cooling and solidification to form a planet’s crust.

Mathematical modelling suggests that if planets accrete from materials with 1 to 3% water content, liquid water probably exudes onto their surface in the final stages of planet formation – having progressively moved upwards as the planet’s crust solidified from the bottom up.

Otherwise, and even starting with a water content as low as 0.01%, Earth-like planets would still generate an outgassed steam atmosphere that would later rain down as fluid water upon cooling.

As the Earth formed, water contained in rocky materials either 'outgassed' or just exuded onto the surface - as magma solidified, from the bottom up, to form the Earth's crust. And OK, this is just a nice image of a deep sea volcanic vent - but you get the idea. Credit: Woods Hole Oceanographic Institution.

If this ocean formation model is correct, it can be expected that rocky exoplanets from 0.5 to 5 Earth masses, which form from a roughly equivalent set of ingredients, would be likely to form oceans within 100 millions years of primary accretion.

This model fits well with the finding of zircon crystals in Western Australia – which are dated at 4.4 billion years and are suggestive that liquid water was present that long ago – although this preceded the Late Heavy Bombardment (4.1 to 3.8 billion years ago) which may have sent all that water back into a steam atmosphere again.


Voir la vidéo: POURQUOI ny a-t-il pas de IN-N-OUT près de chez vous? (Janvier 2022).