Alors que les planètes en orbite autour d'étoiles jumelles sont un aliment de base de la science-fiction, une autre consiste à faire vivre des humains sur des planètes en orbite autour d'étoiles géantes rouges. La majorité de l'histoire de Planète des singes se déroule sur une planète autour de Bételgeuse. Les planètes autour d'Arcturus dans la cité d'Isaac Asimov Fondation Les séries constituent le capital de son secteur Sirius. La planète natale de Superman était en orbite autour d'un géant rouge fictif, Rao. Les races sur ces planètes sont souvent décrites comme étant vieilles et sages car leurs étoiles sont âgées et approchent de la fin de leur vie. Mais est-il vraiment plausible d'avoir de telles planètes?
Les étoiles ne durent pas éternellement. Notre propre Soleil a une date d'expiration d'environ 5 milliards d'années. À ce moment-là, la quantité d'hydrogène carburant dans le cœur du Soleil sera épuisée. Actuellement, la fusion de cet hydrogène en hélium crée une pression qui empêche l'étoile de s'effondrer sur elle-même à cause de la gravité. Mais, lorsqu'il sera épuisé, ce mécanisme de soutien aura disparu et le Soleil commencera à se rétrécir. Ce rétrécissement fait que l'étoile se réchauffe à nouveau, augmentant la température jusqu'à ce qu'une enveloppe d'hydrogène autour du noyau maintenant épuisé devienne suffisamment chaude pour reprendre le travail du noyau et commencer à fusionner l'hydrogène et l'hélium. Cette nouvelle source d'énergie repousse les couches externes de l'étoile, la faisant gonfler des milliers de fois sa taille précédente. Pendant ce temps, la température plus élevée pour allumer cette forme de fusion signifie que l'étoile dégagera 1000 à 10000 fois plus de lumière dans l'ensemble, mais comme cette énergie est répartie sur une si grande surface, l'étoile apparaîtra rouge, d'où la Nom.
Voici donc une géante rouge: une étoile mourante gonflée et très brillante.
Maintenant, jetons un œil à l'autre moitié de l'équation, à savoir ce qui détermine l'habitabilité d'une planète? Étant donné que ces histoires de science-fiction ont inévitablement des humains qui se promènent à la surface, il y a des critères assez stricts que cela devra suivre.
Tout d'abord, la température ne doit pas être trop chaude ni trop froide. En d'autres termes, la planète doit être dans la zone Habitable également connue sous le nom de «zone Boucle d'or». Il s'agit généralement d'une bande d'assez bonne taille de l'immobilier céleste. Dans notre propre système solaire, il s'étend à peu près de l'orbite de Vénus à l'orbite de Mars. Mais ce qui rend Mars et Vénus inhospitalières et la Terre relativement confortable, c'est notre atmosphère. Contrairement à Mars, il est assez épais pour garder une grande partie de la chaleur que nous recevons du soleil, mais pas trop comme Vénus.
L'atmosphère est également cruciale à d'autres égards. C'est évidemment ce que les explorateurs intrépides vont respirer. S'il y a trop de CO2, cela va non seulement piéger trop de chaleur, mais aussi rendre la respiration difficile. Aussi, CO2 ne bloque pas la lumière UV du soleil et les taux de cancer augmenteraient. Nous avons donc besoin d'une atmosphère riche en oxygène, mais pas trop riche en oxygène ou il n'y aura pas assez de gaz à effet de serre pour garder la planète au chaud.
Le problème ici est que les atmosphères riches en oxygène n'existent tout simplement pas sans aide. L'oxygène est en fait très réactif. Il aime former des liens, ce qui le rend indisponible pour être libre dans l'atmosphère comme nous le voulons. Il forme des choses comme H2O, CO2, oxydes, etc… C'est pourquoi Mars et Vénus n'ont pratiquement pas d'oxygène libre dans leurs atmosphères. Le peu qu'ils font provient de la lumière UV qui frappe l'atmosphère et provoque la dissociation des formes liées, libérant temporairement l'oxygène.
La Terre n'a autant d'oxygène libre qu'à cause de la photosynthèse. Cela nous donne un autre critère dont nous aurons besoin pour déterminer l'habitabilité: la capacité de produire de la photosynthèse.
Commençons donc à rassembler tout cela.
Premièrement, l'évolution de l'étoile lorsqu'elle quitte la séquence principale, gonflant à mesure qu'elle devient une géante rouge et devenant plus lumineuse et plus chaude signifiera que la «zone Boucle d'or» sera balayée vers l'extérieur. Les planètes qui étaient auparavant habitables comme la Terre seront rôties si elles ne sont pas entièrement avalées par le Soleil pendant sa croissance. Au lieu de cela, la zone habitable sera plus éloignée, plus là où Jupiter est maintenant.
Cependant, même si une planète se trouvait dans cette nouvelle zone habitable, cela ne signifie pas qu'elle est habitable à condition qu'elle ait également une atmosphère riche en oxygène. Pour cela, nous devons convertir l'atmosphère d'une atmosphère pauvre en oxygène en une atmosphère riche en oxygène via la photosynthèse.
La question est donc de savoir à quelle vitesse cela peut-il se produire? Trop lent et la zone habitable peut avoir déjà balayé ou l'étoile peut avoir manqué d'hydrogène dans la coquille et a recommencé à se contracter uniquement pour enflammer la fusion d'hélium dans le noyau, gelant à nouveau la planète.
Le seul exemple que nous avons jusqu'à présent est sur notre propre planète. Pendant les trois premiers milliards d'années de la vie, il y avait peu d'oxygène libre jusqu'à ce que des organismes photosynthétiques apparaissent et commencent à le convertir à des niveaux proches de ceux d'aujourd'hui. Cependant, ce processus a pris plusieurs centaines de millions d'années. Bien que cela puisse probablement être augmenté d'un ordre de grandeur à des dizaines de millions d'années avec des bactéries génétiquement modifiées semées sur la planète, nous devons encore nous assurer que les délais fonctionneront.
Il s'avère que les échelles de temps seront différentes pour différentes masses d'étoiles. Des étoiles plus massives brûlent plus rapidement dans leur carburant et seront donc plus courtes. Pour les étoiles comme le Soleil, la phase géante rouge peut durer environ 1,5 milliard d'années, soit environ 100 fois plus longtemps que nécessaire pour développer une atmosphère riche en oxygène. Pour les étoiles deux fois plus massives que le Soleil, cette échelle de temps tombe à seulement 40 millions d'années, approchant la limite inférieure de ce dont nous aurons besoin. Des étoiles plus massives évolueront encore plus rapidement. Donc, pour que cela soit plausible, nous aurons besoin d'étoiles de masse inférieure qui évoluent plus lentement. Une limite supérieure approximative ici serait une étoile à deux masses solaires.
Cependant, nous devons nous préoccuper d'un autre effet: pouvons-nous avoir suffisamment de CO2 dans l'atmosphère pour avoir même la photosynthèse? Bien qu'il ne soit pas aussi réactif que l'oxygène, le dioxyde de carbone est également susceptible d'être éliminé de l'atmosphère. Cela est dû à des effets tels que l'altération des silicates tels que le CO2 + CaSiO3 -> CaCO3 + SiO2. Bien que ces effets soient lents, ils s'accumulent avec des échelles de temps géologiques. Cela signifie que nous ne pouvons pas avoir de vieilles planètes car elles auraient eu tout leur CO libre2 enfermé dans la surface. Cet équilibre a été exploré dans un article publié en 2009 et a déterminé que, pour une planète de masse terrestre, le CO libre2 serait épuisé bien avant que l'étoile mère n'atteigne la phase géante rouge!
Nous devons donc avoir des étoiles de faible masse qui évoluent lentement pour avoir assez de temps pour développer la bonne atmosphère, mais si elles évoluent si lentement, alors il n'y a pas assez de CO2 gauche pour obtenir l'atmosphère de toute façon! Nous sommes coincés avec un vrai Catch 22. La seule façon de rendre cela encore possible est de trouver un moyen d'introduire des quantités suffisantes de nouveaux CO2 dans l'atmosphère au moment où la zone habitable commence à déferler.
Heureusement, il existe de très gros dépôts de CO2 juste voler! Les comètes sont composées principalement de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone gelés. En écraser quelques-uns sur une planète introduirait suffisamment de CO2 pour démarrer potentiellement la photosynthèse (une fois la poussière retombée). Faites cela quelques centaines de milliers d'années avant que la planète n'entre dans la zone habitable, attendez dix millions d'années, puis la planète pourrait potentiellement être habitable jusqu'à un milliard d'années supplémentaires.
En fin de compte, ce scénario serait plausible, mais pas exactement un bon investissement personnel, car vous seriez mort bien avant de pouvoir en récolter les bénéfices. Une stratégie à long terme pour la survie d'une espèce spatiale, peut-être, mais pas une solution rapide pour renverser les colonies et les avant-postes.
