Pourquoi la Terre pourrait un jour ressembler à Mars

Chaque minute, 200kg d'hydrogène et près de 3,5 kg d'hélium s'échappent de l'atmosphère de la Terre pour aller vers l'espace. L'astrophysicienne Anjali Tripathi étudie le phénomène d'échappement atmosphérique et, dans cette présentation fascinante et accessible, elle évoque comment ce processus pourrait, un jour (dans quelques milliards d'années), transformer notre planète bleue en planète rouge.

La nuit, quand vous regardez les étoiles,

ce que vous voyez
est extraordinaire, magnifique.

Ce que vous ne voyez pas
est encore plus extraordinaire

car nous savons aujourd'hui

qu'autour de toutes les étoiles
ou de presque toutes,

il y a une planète

ou probablement plusieurs.

Ce que cette image ne vous montre pas,

ce sont toutes les planètes
que nous connaissons dans l'espace.

Quand nous pensons à des planètes,
nous les imaginons lointaines

et très différentes de la nôtre.

Mais nous sommes sur une planète

et il y a tant de choses
extraordinaires à propos de la Terre

que nous cherchons partout
pour trouver de telles choses.

Et, ce faisant, nous trouvons
des choses extraordinaires.

Mais je veux vous parler
d'une chose extraordinaire sur Terre.

A chaque minute,

200 kg d'hydrogène

et près de 3,5 kg d'hélium

s'échappent de la Terre
et vont dans l'espace.

C'est du gaz qui s'en va
et ne revient jamais.

L'hydrogène, l'hélium
et beaucoup d'autres choses,

font partie de ce que l'on appelle
l'atmosphère de la Terre.

L'atmosphère, ce ne sont
que des gaz formant une fine ligne bleue

qui est vue ici depuis
la Station spatiale internationale,

une photo prise par des astronautes.

Ce revêtement ténu autour de notre planète

est ce qui permet la vie.

Il protège notre planète
des impacts trop nombreux,

des météorites et autres.

C'est un phénomène si extraordinaire

que le fait qu'il soit
en train de disparaître

devrait nous effrayer,
au moins un petit peu.

J'étudie ce processus,

appelé « échappement atmosphérique ».

L'échappement atmosphérique
n'est pas propre à la planète Terre.

Il est inhérent à la nature
des planètes, à mon avis,

car les planètes, pas uniquement sur Terre
mais à travers l'univers,

peuvent subir
un échappement atmosphérique.

Souvent, la façon dont cela se produit
nous informe sur les planètes.

Car, en pensant au système solaire,

vous pensez peut-être à cette image.

Et vous diriez qu'il y a
huit planètes, peut-être neuf.

Pour ceux d'entre vous
que cette image stresse,

je vais la compléter.

(Rires)

Avec l'autorisation de New Horizons,
nous incluons Pluton.

Le fait est que pour cette présentation
et en termes d'échappement atmosphérique,

Pluton est une planète pour moi

et les planètes que nous ne voyons pas
qui sont autour d'autres étoiles

sont aussi des planètes.

Les caractéristiques
fondamentales des planètes

incluent le fait que ce sont des corps

que la gravité maintient ensemble.

C'est beaucoup de matière
agrégée par cette force d'attraction.

Ces corps sont si gros
et ont tellement de gravité.

C'est pourquoi ils sont ronds.

Quand vous les regardez,

même Pluton,

ils sont ronds.

Vous voyez que la gravité
joue vraiment un rôle.

Mais une autre caractéristique
fondamentale des planètes

est ce que vous ne voyez pas,

c'est l'étoile, le Soleil,

autour duquel toutes les planètes
du système solaire orbitent.

Cela est à l'origine
de l'échappement atmosphérique.

La raison fondamentale pour laquelle

les étoiles créent un échappement
atmosphérique sur les planètes

est que les étoiles offrent aux planètes
particules, lumière et chaleur

pouvant faire s'échapper les atmosphères.

Si vous pensez à une montgolfière

ou regardez cette image de lanternes
lors d'un festival en Thaïlande,

vous voyez que l'air chaud
propulse les gaz vers le haut.

Si vous avez assez
d'énergie et de chaleur,

comme notre soleil,

ce gaz, qui est si léger
et seulement contraint par la gravité,

peut s'échapper dans l'espace.

Cela est la cause
de l'échappement atmosphérique

sur Terre et sur d'autres planètes --

cette interaction
entre la chaleur de l'étoile

et la compensation
de la force de gravité sur la planète.

Je vous ai dit que cela se produisait

à une vitesse de 200 kg
par minute pour l'hydrogène

et près de 3,5 kg pour l'hélium.

A quoi cela ressemble-t-il ?

Même dans les années 80,

nous avons pris des photos de la Terre

en ultraviolet

grâce au satellite
Dynamics Explorer de la NASA.

Ces deux photos de la Terre

vous montrent à quoi ressemble
cette lueur d'hydrogène qui s'échappe,

elle apparaît en rouge.

Vous voyez aussi d'autres éléments
comme l'oxygène et l'azote

dans cette lueur blanche

dans le cercle vous montrant les aurores

et aussi des volutes vers les tropiques.

Ces photos montrent définitivement

que notre atmosphère n'est pas
seulement liée à la Terre

mais qu'elle s'efforce d'atteindre
d'autres endroits de l'espace

à une vitesse alarmante.

Mais la Terre n'est pas la seule
à subir un échappement atmosphérique.

Mars, notre voisine la plus proche,
est bien plus petite que la Terre

et a donc bien moins de gravité
pour préserver son atmosphère.

Bien que Mars ait une atmosphère,

nous voyons qu'elle est
plus fine que sur Terre.

Regardez la surface.

Vous voyez des cratères indiquant
qu'aucune atmosphère

n'était là pour empêcher ses impacts.

Nous voyons que c'est « la planète rouge »

et l'échappement
atmosphérique joue un rôle

quant à la couleur de Mars.

Nous pensons que cela est dû au fait
que Mars avait plus d'eau auparavant

et quand l'eau avait assez d'énergie,
elle s'est séparée en hydrogène et oxygène

et l'hydrogène est si léger
qu'il s'est échappé vers l'espace

et l'oxygène restant

s'est oxydé ou a fait rouiller le sol,

créant cette couleur rouge rouille
qui nous est familière.

C'est bien de regarder des photos de Mars

et de dire qu'il y a eu
un échappement atmosphérique

mais la NASA a actuellement
une sonde sur Mars, le satellite MAVEN,

et sa mission d'étudier
l'échappement atmosphérique.

C'est le satellite de l'atmosphère
de Mars et de l'évolution volatile.

Ses résultats ont déjà montré
des images très similaires

à ce que vous voyez sur Terre.

Nous savions que Mars
perdait son atmosphère

mais nous avons des photos spectaculaires.

Ici, par exemple, dans le cercle rouge,

c'est la taille de Mars

et dans le bleu, c'est l'hydrogène
qui s'échappe de la planète.

Il atteint une distance
de 10 fois la taille de la planète,

assez loin pour ne plus être
lié à cette planète.

Il s'échappe dans l'espace.

Cela aide à confirmer certaines idées

telles que le fait que Mars soit rouge
à cause de cette perte d'hydrogène.

Mais l'hydrogène
n'est pas le seul gaz perdu.

J'ai mentionné l'hélium sur Terre,
l'oxygène, l'azote ;

depuis MAVEN nous voyons aussi
de l'oxygène s'échappant de Mars.

Vous voyez que,
parce que l'oxygène est plus lourd,

il ne va pas aussi loin que l'hydrogène

mais il s'échappe
quand même de la planète.

Vous ne le voyez pas confiné
à ce cercle rouge.

Le fait que l'échappement atmosphérique
n'existe pas que sur notre planète

et que nous puissions l'étudier ailleurs
en envoyant un satellite

nous permet d'en apprendre plus
sur le passé des planètes

mais aussi sur les planètes en général

et sur l'avenir de la Terre.

Une façon d'en apprendre plus sur le futur

est grâce à des planètes
si lointaines qu'on ne les voit pas.

Je devrais faire remarquer,
avant de continuer,

que je ne vais pas vous montrer
des images de Pluton,

ce qui peut vous décevoir,

mais nous n'en avons pas encore.

La mission de New Horizons
est d'étudier l'échappement atmosphérique

qui est perdu par la planète.

Restez à l'écoute sur le sujet.

Mais les planètes dont je voulais parler

sont appelées « exoplanètes en transit ».

Toute planète orbitant autour d'une étoile
qui n'est pas notre soleil

est appelée « exoplanète »
ou « planète extrasolaire ».

Ces planètes dites « en transit »

ont une caractéristique :

si vous regardez cette étoile, au milieu,

vous verrez qu'elle clignote.

Et elle clignote

car il y a des planètes qui passent
devant elle en permanence.

Elle a une orientation particulière

qui fait que les planètes
bloquent la lumière de l'étoile,

ce qui nous permet
de voir l'étoile clignoter.

En surveillant les étoiles dans le ciel
et en cherchant ce clignotement,

nous pouvons trouver des planètes.

Nous sommes ainsi capables
de détecter plus de 5 000 planètes

dans la Voie lactée

et, comme je l'ai dit,
nous savons qu'il y en a bien plus.

Nous regardons la lumière de ces étoiles

et, comme je l'ai dit,
nous ne voyons pas la planète en elle-même

mais une diminution de la lumière

que nous constatons au fil du temps.

La lumière baisse alors que la planète
ralentit devant l'étoile

et cela donne le clignotement
vu auparavant.

Nous détectons les planètes

et nous observons cette lumière
à différentes longueurs d'onde.

J'ai parlé de regarder la Terre
et Mars à la lumière ultraviolette.

En observant les exoplanètes en transit
avec le télescope spatial Hubble,

sous la lumière ultraviolette,

le clignotement est plus important,
il y a moins de lumière venant de l'étoile

quand la planète passe devant.

A notre avis, c'est parce qu'il y a
une atmosphère étendue d'hydrogène

tout autour de la planète

qui la rend plus grosse

et donc bloque plus de lumière
que ce que vous voyez.

En utilisant cette technique,
nous avons pu découvrir

quelques exoplanètes en transit
subissant un échappement atmosphérique.

Ces planètes peuvent être appelées
« Jupiter chaudes »,

en tout cas pour certaines.

Cela car, comme Jupiter,
ce sont des planètes gazeuses

mais elles sont si proches de leur étoile,

environ 100 fois plus proches que Jupiter.

Et parce qu'il a tout ce gaz léger
qui est prêt à s'échapper

et toute cette chaleur de l'étoile,

il y a des taux catastrophiques
d'échappement atmosphérique.

Contrairement à nos 200 kg d'hydrogène
perdus chaque minute sur Terre,

ces planètes perdent 0,7 milliard
de kilogrammes d'hydrogène par minute.

Vous pourriez penser : « De ce fait,
la planète arrête-t-elle d'exister ? »

C'est une question que les gens se posent

en regardant notre système solaire

car les planètes proches
du soleil sont rocheuses

et celles plus lointaines
sont plus grosses et gazeuses.

Peut-on avoir commencé
avec une chose comme Jupiter

qui était proche du soleil,

et s'être débarrassé de tout le gaz ?

A notre avis, commencer avec une planète
aussi chaude que Jupiter

fait que vous ne pouvez pas
finir comme Mercure ou la Terre.

Mais en commençant
avec une planète plus petite,

il est possible qu'assez de gaz
se soit échappé

pour que cela ait un impact significatif

et que vous ayez une chose
complètement différente de celle du début.

Tout cela semble assez général

et nous pensons au système solaire,

mais qu'est-ce que cela a à voir
avec nous, sur Terre ?

Dans un avenir lointain,

le soleil deviendra plus brillant.

Quand cela se produira,

la chaleur que nous recevons du soleil
deviendra très intense.

De la même façon que le gaz
s'échappe de la planète chaude Jupiter,

le gaz va s'échapper de la Terre.

Nous pouvons nous attendre,

ou au moins nous préparer,

au fait que dans un futur lointain,

la Terre ressemblera plus à Mars.

Notre hydrogène, de l'eau
qui s'est décomposée,

va s'échapper
plus rapidement vers l'espace

et il nous restera une planète
aussi sèche et rouge.

N'ayez crainte, nous avons
quelques milliards d'années

et donc le temps de nous préparer.

(Rires)

Mais je voulais que vous soyez
conscients de ce qui arrive,

pas seulement à l'avenir,

car l'échappement atmosphérique
se produit en ce moment même.

Vous entendez parler de beaucoup
de science extraordinaire dans l'espace

et sur des planètes lointaines,

nous étudions ces planètes
pour en apprendre plus sur ces mondes.

Mais en en apprenant plus sur Mars
ou les Jupiters chaudes,

nous découvrons des choses
comme l'échappement atmosphérique

qui nous en disent beaucoup plus
sur notre planète, la Terre.

Pensez à cela la prochaine fois
que vous pensez que l'espace est lointain.

Merci.

(Applaudissements)