La recherche de la vie dans l Univers: 50 ans d exploration spatiale. Pierre Encrenaz Observatoire de Paris Académie des Sciences



Documents pareils
Chapitre 6 : les groupements d'étoiles et l'espace interstellaire

Panorama de l astronomie

Le satellite Gaia en mission d exploration

La vie des étoiles. La vie des étoiles. Mardi 7 août

Vie et mort des étoiles. Céline Reylé Observatoire de Besançon

Étude et modélisation des étoiles

Celestia. 1. Introduction à Celestia (2/7) 1. Introduction à Celestia (1/7) Université du Temps Libre - 08 avril 2008

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Rayonnements dans l univers

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Audioprothésiste / stage i-prépa intensif -

Panorama de l astronomie. 7. Spectroscopie et applications astrophysiques

Le nouveau programme en quelques mots :

Le Soleil. Structure, données astronomiques, insolation.

FORMATION DES PERSONNES-RESSOURCES EN SCIENCE ET TECHNOLOGIE LE CYCLE DU JOUR ET DE LA NUIT (CYCLE DIURNE)

Lumière zodiacale et nuage zodiacal

Comment dit-on qu'une étoile est plus vieille qu'une autre ou plus jeune qu'une autre?

Parcours Astronomie. Cher Terrien, bienvenue à la Cité des sciences et de l industrie! Voici tes missions :

TP 03 B : Mesure d une vitesse par effet Doppler

Seconde Sciences Physiques et Chimiques Activité ère Partie : L Univers Chapitre 1 Correction. Où sommes-nous?

LE SYSTÈME SOLAIRE EN ACTIVITÉ : UNE MALLETTE PÉDAGOGIQUE POUR LA PRIMAIRE ET LE COLLÈGE

Chapitre 6 La lumière des étoiles Physique

Activité 34 Du bateau à la fusée

C3. Produire de l électricité

Quelques liens entre. l'infiniment petit et l'infiniment grand

nucléaire 11 > L astrophysique w Science des étoiles et du cosmos

Gaz moléculaire et formation stellaire dans les galaxies proches : maintenant et à l'époque ALMA Jonathan Braine

Lycée français La Pérouse TS. L énergie nucléaire CH P6. Exos BAC

TD 9 Problème à deux corps

FORMATION ET FONCTIONNEMENT D'UNE ETOILE

Application à l astrophysique ACTIVITE

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

Notre galaxie, la Voie lactée

La gravitation universelle

NUAGES INTERSTELLAIRES ET NEBULEUSES

I. Introduction: L énergie consommée par les appareils de nos foyers est sous forme d énergie électrique, facilement transportable.

livret-guide des séances année scolaire

INTRODUCTION À LA SPECTROSCOPIE

4 ème PHYSIQUE-CHIMIE TRIMESTRE 1. Sylvie LAMY Agrégée de Mathématiques Diplômée de l École Polytechnique. PROGRAMME 2008 (v2.4)

Energie Nucléaire. Principes, Applications & Enjeux. 6 ème /2015

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Propulsion COLLÈGE. 1. Le moteur vulcain. > Expositions > Niveau 0 > CENTRE DE LANCEMENT

Travaux Pratiques. Sondage Radar de Vénus

Modèle de Climat de Titan

Energie nucléaire. Quelques éléments de physique

L ÉNERGIE C EST QUOI?

EXERCICE II. SYNTHÈSE D UN ANESTHÉSIQUE : LA BENZOCAÏNE (9 points)

Activité 1 : Rayonnements et absorption par l'atmosphère - Correction

La place de l homme dans l univers. par Trinh Xuan Thuan *

Ondes gravitationnelles de basses fréquences et relativité

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

Chapitre 9 : Applications des lois de Newton et Kepler à l'étude du mouvement des planètes et des satellites

Synthèse SYNTHESE DIRECTION GENERALE DE L ENERGIE ET DU CLIMAT. Service du climat et de l efficacité énergétique

SYSTEME DE PARTICULES. DYNAMIQUE DU SOLIDE (suite) Table des matières

Voyage autour (et a l inte rieur) d un trou noir

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

Le pâle écho lumineux du Big Bang vu par le satellite Planck

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif -

MOND avec ou sans matière noire

Si la source se rapproche alors v<0 Donc λ- λo <0. La longueur d onde perçue est donc plus petite que si la source était immobile

Chapitre 10 : Radioactivité et réactions nucléaires (chapitre 11 du livre)

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

Compétence 3-1 S EXPRIMER A L ECRIT Fiche professeur

a. La masse de Jeans b. Le support des nuages moléculaires -Séquence Principale (PMS)

La Mesure du Temps. et Temps Solaire Moyen H m.

Une application de méthodes inverses en astrophysique : l'analyse de l'histoire de la formation d'étoiles dans les galaxies

Comment observer le ciel avec le Galiléoscope

La révolution des satellites de Jupiter

La magnitude des étoiles

L ENERGIE CORRECTION

PROGRAMME DE PHYSIQUE - CHIMIE EN CLASSE DE SECONDE GÉNÉRALE ET TECHNOLOGIQUE

DM n o 8 TS Physique 10 (satellites) + Chimie 12 (catalyse) Exercice 1 Lancement d un satellite météorologique

TS Physique Satellite à la recherche de sa planète Exercice résolu

FUSION PAR CONFINEMENT MAGNÉTIQUE

DIFFRACTion des ondes

Jeunes en Apprentissage pour la réalisation de Nanosatellites au sein des Universités et des écoles de l enseignement Supérieur

3 - Description et orbite d'un satellite d'observation

5 >L énergie nucléaire: fusion et fission

SPOT4 (Take 5) : Sentinel-2 avec deux ans d avance

Chapitre n 6 MASSE ET ÉNERGIE DES NOYAUX

Production mondiale d énergie

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

- Le LPC2E et les Bases de Données Spatiales - Valorisation des bases de données ondes

AA-SO5 KIDA/GSOV/VAMDC

Qu est-ce qui cause ces taches à la surface du Soleil?

a. Fusion et énergie de liaison des noyaux b. La barrière Coulombienne c. Effet tunnel & pic de Gamov

Le monde fascinant des galaxies

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

GAIA Dossier d information. Arpenteur de la Galaxie

Les moyens d observations en astronomie & astrophysique

TP N 3 La composition chimique du vivant

U-31 CHIMIE-PHYSIQUE INDUSTRIELLES

2015

La physique nucléaire et ses applications

Les rayons cosmiques primaires chargés

Baccalauréat ES Amérique du Nord 4 juin 2008

L ENERGIE NUCLEAIRE A T ELLE UN AVENIR? Une réponse dans l espace?

1 an Ce document appartient à

Lycée Galilée Gennevilliers. chap. 6. JALLU Laurent. I. Introduction... 2 La source d énergie nucléaire... 2

THEME 3. L UNIVERS CHAP 2. LES SPECTRES MESSAGES DE LA LUMIERE DES ETOILES.

Transcription:

La recherche de la vie dans l Univers: 50 ans d exploration spatiale Pierre Encrenaz Observatoire de Paris Académie des Sciences

De nombreuses questions Comment les éléments chimiques se sont-ils formés? Comment le Système solaire s est-il formé? Quelles sont les conditions nécessaires à la vie? Peut-on espérer trouver une vie extraterrestre dans le système solaire? et ailleurs autour d autres étoiles? > La révolution des exoplanètes: Comment peut-on les découvrir? Comment connaître leur atmosphère? Où et comment rechercher des traces possibles de vie?

L origine des éléments: un peu d histoire Premiers éléments de réponse: l étude du Soleil (début XXème siècle) > L hydrogène est l élément prépondérant > Plus un atome est lourd, moins il est abondant 1939 (H. Bethe): Analyse des réactions de fusion H > He, puis fusion CNO 1957 (A. Cameron, Burbidgeet al.): Cette fusion se produit au centre des étoiles (nucléosynthèse stellaire)

Comment l Univers est-il né? La théorie du Big Bang: L Univers est né il y a environ 13 milliards d années, suite à une «explosion» primordiale (T= 5 milliards de degrés) suivie d une expansion qui se poursuit encore de nos jours -> Les galaxies s éloignent les unes des autres -> Les éléments les plus légers (H, He) sont formés au moment du Big Bang (nucléosynthèse primordiale)

Explosion d une supernova (étoile en fin de vie): Expulsion des atomes lourds dans le milieu interstellaire, puis incorporation dans de nouvelles étoiles

Les abondances cosmiques des éléments chimiques H Log 10 Abondance C,N,O Fe Masse atomique des éléments

Comment le système solaire est-il né? Les observations fondamentales Des orbites quasi-coplanaires, circulaires et concentriques, qui tournent dans le sens direct, celui de la rotation du Soleil Le système solaire: Notre système solaire est un laboratoire naturel, sur une grande échelle, dans lequel nous cherchons à percer les mystères de l'univers. Selectionnez un astre pour en apprendre plus. Suggèrent fortement la formation des planètes au sein d un disque, produit de l effondrement gravitationnel d une nébuleuse en rotation (Hypothèse de Kant et Laplace)

Un scénario confirmé par l observation d étoiles voisines HH30 Observation au sol et dans l espace d étoiles jeunes ou en formation Mise en évidence de disques et d émission de jets bipolaires Observation de phases d activité intense (phase T-Tauri) chez lez étoiles jeunes ->La formation stellaire suite à l effondrement d un disque semble un phénomène courant dans l Univers

Les grandes lignes du modèle d effondrement Contraction d un nuage protosolaire en rotation rapide Effondrement en un disque perpendiculaire à l axe de rotation Apparition d inhomogénéités au sein du disque turbulent Agrégation de particules solides Croissance des agrégats par le jeu des collisions Croissance des plus gros corps par gravité Balayage des débris par le vent solaire intense (phase T-Tauri)

Planètes telluriques et planètes géantes Planètes telluriques Forte densité: 3-5 g/cm 3 Atmosphère peu massive Peu ou pas de satellites Planètes géantes Grand diamètre, faible densité (0.7-1.7 g/cm 3 ) Atmosphère massive, dominée par H 2 et He Anneaux et nombreux satellites réguliers

Pourquoi deux classes de planètes? Dans le disque, T décroît quand la distance au Soleil augmente Les éléments les plus abondants sont H, He, C, N, O, les éléments les plus lourds sont les moins abondants Près du Soleil (>200 K environ) seuls les silicates et les métaux sont sous forme solide -> faible masse solide disponible -> planètes telluriques Loin du Soleil, les éléments H 2 O, CH 4, NH 3 sont sous forme de glace -> disponibles pour former de gros noyaux -> effondrement du gaz protosolaire environnant (H, He) dès que M N >10-15 M T -> planètes géantes Entre telluriques et géantes, la condensation de l eau marque la ligne des glaces

Pourquoi deux classes de planètes géantes? Jupiter et Saturne: (5-10 UA) Grande masse disponible (juste au-delà de la ligne des glaces) -> 100-300 M T Croissance rapide (quelques Ma) Effondrement d une grande masse de gaz -> géantes gazeuses Uranus et Neptune: ( > 10 UA) - Moins de matière dans le disque -> croissance plus lente - Accrétion du noyau de 10 M T après le balayage du gaz par le vent solaire -> 14 17 M T -> Moins de gaz disponible pour l accrétion-> géantes glacées

La recherche de la vie dans l Univers: Une quête aussi vieille que l humanité Antiquité: Epicure (341-270 av. JC) croyait en une infinité de mondes L ère de Copernic: G. Bruno, Galilée, Huygens évoquent l existence possible de systèmes stellaires et plus récemment : Fontenelle, Kant, Laplace, Flammarion soutiennent le concept de la pluralité des mondes

La vie dans l Univers: L approche scientifique Le concept d une chimie prébiotique: Oparine (1920), Miller & Urey (1952) > synthèse en laboratoire d acides aminés Une définition du vivant: autoreproduction, autorégulation, évolution par mutation http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/54/ L apparition de la vie sur Terre: une question ouverte - apport externe de molécules prébiotiques? - apparition au fond des océans? Eléments nécessaires: eau liquide, carbone, source d énergie

Dans quels environnements rechercher une vie extraterrestre? Glace Liquide Vapeur Où rechercher l eau liquide? -Atmosphères des planètes rocheuses -Intérieurs des satellites extérieurs

La vie dans le système solaire? Le cas de Mars Une question ancienne En 1879, Schiaparelli croit détecter sur Mars des «canaux», signes d une vie intelligente (hypothèse démentie par les observations d Antoniadi en 1930) Une exploration spatiale soutenue depuis les années 1970: Mariner 9, Viking (NASA) Les canaux de Schiaparelli et les images d Antoniadi

Dès les années 1970, des indices de la présence passée d eau liquide sur Mars Viking (1976): réseaux de vallées ramifiés Mars Odyssey (2000): Présence d atomes d hydrogène sous les calottes polaires -> Présence de glace H 2 O/pergélisol

Comment rechercher la vie sur Mars? 2006: Le spectromètre OMEGA/Mars Express détecte des argiles dans les terrains anciens -> l eau a coulé en abondance dans le passé - La vie a-t-elle pu apparaître et se développer? - Si oui, avons-nous une chance de trouver des traces fossiles?

Mars: les questions ouvertes Où est passée l eau de Mars? (sous la surface, sous les calottes? Quel volume?) Mars a-t-elle connu un climat plus chaud et humide dans le passé? D après Mars Express, l eau liquide a coulé en abondance autrefois sur les terrains anciens. Si oui, la vie a t-elle pu y apparaître? Si oui, existe-t-il des traces de vie fossile? Comment faire pour détecter ces traces avec les missions spatiales futures? Les projets en cours et à venir: MSL/Curiosity, MAVEN, ExoMars, Retour d échantillons)

Le Rover MSL/Curiosity sur Mars (Août 2012 ->) Recherche de molécules organiques et de conditions favorables à une vie passée

La vie dans le système solaire? Le cas des satellites extérieurs Europe (satellite de Jupiter), recouvert de glace d eau: un océan probable sous la surface(sondes NASA Voyager, Galileo) + peut-être un lac en subsurface

La prochaine étape: la mission européenne JUICE (Jupiter and Icy Moons Explorer) Objectif: Exploration de l environnement de Jupiter et des satellites galiléens (Jupiter, Europa, Ganymède, Callisto Lancement: 2022 Opération: 2030 ->

Le système de Saturne La surface de Titan (descente de la sonde Huygens le 14 Janvier 2005): Des galets de glace d eau sur un dépôt d hydrocarbures -> Titan: Atmosphère de N 2 Ps = 1.5 bar Mais des lacs d hydrocarbures ont aussi été detectés par le radar de Cassini (2007)

Encelade (satellite de Saturne): petit satellite glacé dénué d atmosphère un cryo-volcanisme actif (H2O, ) -> peut-être de l eau liquide sous la surface

Les comètes: Les témoins des premiers âges du système solaire - Des fragments de glace (< 10 km) qui voyagent du plus loin au plus près -Des vestiges des premiers âges du système solaire -Sources possibles de l eau terrestre P/Halley, 1986 (sonde Giotto) Hale-Bopp, 1997

La mission Rosetta (ESA) - Lancement 2003 - Survol de deux astéroïdes (2008, 2010) - Survol d une comète en novembre 2014 - Pose d un module en surface -> analyse in situ de la composition du noyau - Recherche de molécules prébiotiques (acides aminés?)

La matière extraterrestre Les météorites Origine: astéroïdes (+Mars, Lune) Murchison: chondrite carbonée (plus de 70 acides aminés, dont ceux présents dans les organismes vivants) Les météorites martiennes: silicates hydratés > datation Les micro-météorites - Origine: comètes - Composition: primitive (carbonées) - A l origine de l atmosphère et de l eau terrestre? Les échantillons cométaires - Mission Stardust (NASA) - survol P/Wild2 (2002), retour 2006 - découverte d un acide aminé

Où rechercher la vie hors du système solaire? La révolution des exoplanètes Pourquoi est-ce si difficile de les découvrir? En lumière visible, une planète comme Jupiter est 10-7 fois plus faible que son étoile hôte Une bougie à côté d un phare Même dans le cas des étoiles proches, la lumière de la planète est noyée dans la lumière stellaire > Les astronomes ont utilisé des méthodes indirectes Astrométrie -> échec (précision insuffisante des instruments) Vélocimétrie -> succès (détection de 51 Peg b suivie de nombreuses autres exoplanètes géantes)

Années 1990: Premières découvertes XXème siècle: recherches vaines par astrométrie 1992: première détection autour d un pulsar 1995: première détection d une planète autour d une étoile de type solaire 2013: env. 900 détections La méthode de vélocimétrie: La vitesse relative de l étoile est mesurée par rapport au centre de gravité du système étoile-planète Détection d une planète autour de l étoile 51 Peg À l Observatoire de Haute- Provence (Mayor et Queloz, 1995)

Une surprise: les exoplanètes géantes sont très proches de leur étoile! - 1 M J l l Hot Kepler results Jupiters (1 AU) 0.05 AU - 1 M T Early results 10-3 1 10 4 AU Le modèle de formation des exoplanètes est différent de celui du système solaire

Une découverte pour les astronomes Le scénario de formation du système solaire n est pas universel! Dans le système solaire, les planètes géantes se forment à l extérieur (plus de masse solide disponible -> noyaux de glace de > 10 M T -> Capture du gaz Le système solaire: Notre système solaire est un Une explication possible: la migration Dans les systèmes planétaires, les planètes géantes peuvent se former à l extérieur et migrer à l intérieur par interaction avec le disque

Une autre méthode de détection: les transits planétaires Quand une planète passe devant son étoile, le flux stellaire décroît (Jupiter: 1%; Earth: 0.01%) -> Les exoplanètes géantes peuvent être détectées depuis le sol,mais la détection des exoplanètes terrestres nécessite des observations spatiales Detection of exoplanet HD209458B

Les missions spatiales CoRoT et Kepler Principe: Observation de champs stellaires par photométrie de longue durée Objectif: Recherche des exoplanètes par transit + oscillations stellaires CoRoT: Lancement 2006 (CNES) Kepler: Lancement 2009 (NASA) Premiers résultats: découverte de près d une centaine d exoplanètes confirmées + des milliers de candidats (Kepler), à confirmer par vélocimétrie

Quelques objets exotiques CoRoT-7b -> HD209458b (first transit) R = 1.7 R E M = 0.7 M P < 1 day J R = 1.3 R J -> d = 0.4 g/cm 3 2M 1207 (1ère détection directe) Naine brune, 0.025 M S M = 5 M J, D = 55 AU

Spectroscopie d une exoplanète par transit ->Etude de leur atmosphère Transit primaire -> Spectre en transmission (terminateur) Transit secondaire -> Spectre d émission (côté jour) -> Détection de H 2 O, CH 4, CO 2, CO, NH 3, H 2. I I Transit Transit primaire secondaire (P devant *) (P derrière *)

HD189733b, terminator Swain, Vasisht, Tinetti, Nature, 2008 Transit primaire

Où rechercher la vie dans les exoplanètes? La zone habitable: celle où l eau peut être liquide 100% vapour Liquid water 100% ice La zone habitable est la région où la température est comprise entre environ 0 C et 100 C -Pour le Soleil, la ZH est à environ 1 UA -Pour une étoile plus massive, elle est plus loin -Pour une étoile moins massive (la plupart), elle est plus près

La zone habitable (Kasting et al. 1993, Forget and Pierrehumbert 1997)

Comment rechercher la vie dans les exoplanètes? Recherche des atmosphères à oxygène Biomarqueurs moléculaires (spectroscopie visible et IR) O 3 (plus facile à identifier que O 2 ) CO 2 + CH 4 Signature de la chlorophylle Etape ultérieure: imagerie directe Continents, structure nuageuse CO 2 Venus Terre O 3 H 2 O Mars

Le futur de l exploration des exoplanètes: les méthodes de détection Objectif: détecter des exoplanètes «terrestres» dans la zone habitable Vélocimétrie: vers la limite de 1 M E (v< 1m/s) Télescopes sol: HARPS (3.6m La Silla) -> VLT -> ELT Astrométrie: GAIA (2013) Imagerie directe: VLT, ELT Détection par transit: CoRoT, Kepler, Plato

Le futur de l exploration des exoplanètes: l étude des atmosphères Spectroscopie directe: VLT, ELT Spectroscopie par transit: Télescopes sol: VLT, ELT HST -> JWST -> Missions spatiales dédiées (ESA, NASA)

Bilan: Avancées et Perspectives De nombreuses questions ouvertes Comment la vie est-elle apparue sur la Terre? Une recherche soutenue au sein du système solaire Mars (missions ExoMars, MSL-20, retour d échantillon) Satellites extérieurs: Europe, Encelade (mission JUICE) De nouvelles perspectives liées aux exoplanètes Recherche des exoplanètes rocheuses tempérées Analyse de l atmosphère par spectroscopie des transits Une recherche en pleine explosion!

En conclusion Une scène courante dans l Univers? Eau liquide + Roches + Rayonnement stellaire

Un essai de communication avec les extraterrestres CTA 102 SETI( Search for Extraterretrial Intelligence)

Quelques videos de Titan, Steins ( astéroide),itokawa

Références: Le systeme solaire, T.Encrenaz et al, EdP Sciences Les molécules interstellaires, P.Encrenaz, Delachaux et Niestlé Les Nouveaux Mondes, F.Casoli et T. Encrenaz, Springer Sittler, Tucson Conference on Titan, 2013 ESA Conference on Herschel, 2013

Remerciements: *Le Comité Scientifique du colloque, Eric Postaire et toute l équipe de l Académie *Thérèse Encrenaz, Athéna Cousténis Les Comités Scientifiques des satellites Odin, Herschel, Cassini, Rosetta Lennart Nordth, Goran Pilbratt, Steve Wall,Samuel Gulkis et leurs équipes scientifiques Le CNES, l ESA, le JPL (NASA),le CNRS et l Observatoire de Paris pour un soutien sans faille pendant 40 ans!