(Image: © Vadim Sadovski / Shutterstock)
La plupart des planètes peuvent exister pendant très, très longtemps, mais elles ne peuvent pas durer éternellement. Les étoiles affamées et les voisins planétaires violents peuvent détruire complètement un monde, tandis que les impacts et le volcanisme excessif peuvent rendre un monde habitable stérile en dépouillant la planète de son eau. Il existe également de nombreuses façons théoriques qui pourraient signifier la fin d'une planète, mais pas, à notre connaissance.
"Les planètes meurent tout le temps dans notre quartier galactique", écrit Sean Raymond, modeleur planétaire au Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux, à Bordeaux, en France, dans son série de blogs sur la mort des planètes. Raymond a étudié une myriade de façons dont les planètes pourraient atteindre leur fin. Bien que toutes les planètes ne meurent pas, la plupart finissent par se rendre à la morgue planétaire.
Catastrophe climatique
Le cycle climatique de la Terre joue un rôle important pour s'assurer que la planète n'est ni trop chaude ni trop froide pour soutenir la vie. Mais il ne faut pas grand-chose pour que le climat d'un monde rocheux comme la Terre soit éjecté, déclenchant des événements menant à une planète incroyablement chaude ou à un monde de boules de neige.
Sur Terre, la température est régulée par la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Dioxyde de carbone et autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère (comme l'eau, le méthane et le protoxyde d'azote) agissent comme une couverture, gardant la planète au chaud en ralentissant la quantité de rayonnement solaire qui s'échappe dans l'espace. Lorsque le dioxyde de carbone s'accumule dans l'atmosphère, il réchauffe la surface de la planète, le faisant pleuvoir plus. Les précipitations éliminent ensuite une partie du dioxyde de carbone de l'atmosphère et le déposent dans les roches carbonatées du fond marin, et la planète commence à se refroidir.
Si le dioxyde de carbone s'accumule dans l'atmosphère plus rapidement qu'il ne peut être réabsorbé dans les roches, en raison de quelque chose comme une activité volcanique accrue, par exemple, il peut déclencher un effet de serre incontrôlé. Les températures peuvent monter au-dessus du point d'ébullition de l'eau, ce qui peut être un problème pour maintenir la vie, car toute vie telle que nous la connaissons a besoin d'eau. La hausse des températures peut également permettre à l'atmosphère de s'échapper dans l'espace, supprimant le bouclier protecteur qui dévie le rayonnement du soleil et des autres étoiles d'une planète.
"Le chauffage à effet de serre est une réalité pour une atmosphère, et souhaitable dans une certaine mesure", a écrit Raymond. "Mais les choses peuvent devenir incontrôlables."
La chaleur n'est pas la seule façon dont le climat peut devenir mortel. Quand une planète devient suffisamment froide, ce corps se transforme en monde de boule de neige, un objet rocheux recouvert de glace. La glace et la neige sont brillantes et reflètent une grande partie de la chaleur d'une étoile dans l'espace, ce qui refroidit encore plus le monde. Dans un monde avec des volcans de surface, les éruptions peuvent rejeter du dioxyde de carbone et d'autres gaz dans l'atmosphère, réchauffant le monde. Mais si les conditions de boule de neige se produisent sur une planète qui manque de tectonique des plaques - et donc de volcans - le monde peut être définitivement enfermé dans un état de boule de neige.
Selon Raymond, toutes les planètes potentiellement porteuses de vie courent le risque de catastrophe climatique, ce qui peut rendre une planète inhabitable mais ne pas la détruire complètement.
Lave ou vie
Le remorqueur des mondes voisins peut tirer sur l'orbite d'une planète, ce qui exerce une pression sur l'intérieur de la planète et augmente la chaleur de la couche intermédiaire de la Terre, le manteau. Cette chaleur doit trouver un moyen de s'échapper, et la méthode la plus typique consiste à traverser un volcan.
L'activité volcanique peut affecter de manière significative l'environnement d'une planète. Selon le Corporation universitaire pour la recherche atmosphérique, les particules de gaz et de poussière projetées dans l'atmosphère par un volcan peuvent affecter l'atmosphère d'une planète, la refroidir et la protéger des rayonnements entrants. En 1815, l'éruption de Mont Tambora, la plus grande éruption de l'histoire de la Terre, a jeté tellement de cendres qu'elle a fait baisser les températures mondiales, faisant de 1816 la soi-disant «année sans été».
Les volcans peuvent également provoquer l'effet inverse - le réchauffement climatique - car ils libèrent des gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Des éruptions volcaniques fréquentes et importantes pourraient déclencher un effet de serre incontrôlé qui transformerait un monde habitable comme la Terre en quelque chose plus comme Vénus.
Nous n'avons pas à chercher loin pour un exemple réel d'un monde volcanique. Lune de Jupiter Io est le corps le plus volcaniquement actif du système solaire, avec des centaines de volcans en éruption continue. Si la Terre était tirée autant que Io est tirée par la force gravitationnelle de Jupiter, la Terre aurait 10 fois plus d'activité volcanique que Io, selon Raymond.
Calamité de la comète
Les astéroïdes rocheux et les comètes glacées sont des "miettes" planétaires qui peuvent causer des problèmes importants à leurs mondes voisins, surtout lorsqu'elles sont projetées par des glaces et des gaz géants.
Alors que les planètes s'installent dans leurs orbites finales, leurs remorqueurs gravitationnels peuvent déplacer des astéroïdes et des comètes. Certains peuvent être poussés à la périphérie du système planétaire, tandis que d'autres sont projetés vers l'intérieur, finissant par entrer en collision avec des mondes rocheux, où la vie peut essayer d'évoluer.
Dans notre système solaire externe, les derniers mouvements de Neptune alors qu'il s'installait sur son orbite permanente ont poussé plusieurs comètes vers l'intérieur, les passant de planète en planète jusqu'à ce qu'elles atteignent Jupiter. Jupiter a lancé certains de ces corps glacés vers l'extérieur, mais d'autres ont été projetés vers la Terre pendant une période connue sous le nom de Bombardement lourd tardif.
Aujourd'hui, la Terre accumule constamment environ 100 tonnes (90 tonnes métriques) de matériel interplanétaire sous forme de poussière. Selon la NASA, des objets de plus de 100 pieds (100 mètres) ne tombent à la surface qu'une fois tous les 10000 ans, tandis que des corps de plus de deux tiers de mile (1 kilomètre) ne s'écroulent qu'une fois tous les 100000 ans Centre d'études des objets géocroiseurs.
Lorsque des planètes géantes lancent ces miettes destructrices vers le soleil, les collisions augmentent et les impacts se produisent plus souvent. Les objets de taille moyenne peuvent projeter de la poussière et des débris dans l'atmosphère, ce qui peut interférer avec les processus atmosphériques. Les impacts géants peuvent causer des effets encore plus désastreux, non seulement à cause de la dévastation au sol zéro, mais aussi parce qu'ils peuvent jeter suffisamment de débris pour provoquer un impact hiver, plongeant la planète dans une mini ère glaciaire. Avec suffisamment d'impacts déclenchés d'affilée, les effets climatiques pourraient s'appuyer les uns sur les autres jusqu'à ce qu'ils rendent le monde inhabitable.
Sur la base des observations des restes planétaires trouvés autour d'autres étoiles, Raymond a calculé qu'environ 1 milliard de planètes semblables à la Terre dans la galaxie seraient finalement détruites par un bombardement d'astéroïdes.
Un mauvais grand frère
En tant qu'objet le plus massif du système solaire après le soleil, Jupiter agit comme un grand frère protecteur, protégeant les petites planètes rocheuses des débris, et les géants des autres mondes jouent probablement le même rôle. Mais si une géante gazeuse comme Jupiter devenait instable, cela pourrait avoir un effet dévastateur sur les petits mondes qui l'entourent.
Après la formation des étoiles, disque de matière restante donne naissance à des planètes. Les remorqueurs gravitationnels du gaz et de la poussière dans le disque exercent une force sur les planètes et peuvent maintenir les géantes gazeuses en ligne pendant les premiers millions d'années. Une fois qu'elle est partie, cependant, les planètes peuvent changer plus facilement d'orbite. Parce que les planètes géantes sont beaucoup plus petites que leurs frères et sœurs rocheux, leurs poussées gravitationnelles peuvent faire une différence significative dans le déplacement des orbites des petites planètes. Mais les grands mondes ne sont pas à l'abri; deux planètes géantes peuvent se tirer l'une contre l'autre et peuvent même passer extrêmement près l'une de l'autre. Selon Raymond, ces géants entrent rarement en collision, se fournissant plutôt des coups de pied gravitationnels les uns aux autres. Finalement, certains mondes pourraient être expulsé d'orbite complètement et devenir consigné à flotter dans l'espace sans attaches à aucune étoile.
Raymond a calculé qu'environ 5 milliards de mondes rocheux ont été détruits par les géants du gaz. La plupart des destructions se sont probablement produites peu de temps après la formation des planètes. Cependant, une poignée s'est probablement produite plus tard dans la vie du système, après que la vie eut eu le temps d'évoluer. Si seulement 1% des géants gazeux sont devenus instables plus tard au cours de leur vie planétaire, il est possible que 50 millions de systèmes planétaires aient détruit des mondes habités en les jetant dans leur étoile.
Collation stellaire
Comme les planètes, les étoiles peuvent prendre fin et leur transformation peut avoir des effets drastiques sur les planètes qui les orbitent.
Étoiles naines rouges, par exemple, peut prendre plus de 100 millions d'années pour atteindre leur luminosité à long terme, dix fois plus longue que notre soleil. Les planètes en orbite autour d'une naine rouge peuvent se trouver dans la zone habitable pendant quelques millions d'années, mais à mesure que l'étoile s'éclaircit, toute eau vitale peut s'évaporer sous les températures plus élevées.
Mais les planètes en orbite autour d'une naine rouge et chaude pourraient encore soutenir la vie. "Nous ne savons pas si ce processus dessèche complètement les planètes ou s'il enlève simplement quelques couches extérieures de l'océan", a écrit Raymond. "Si une planète a suffisamment d'eau piégée à l'intérieur (on pense que la Terre a quelques fois son eau de surface dans le manteau), alors elle pourrait résister à perdre ses océans en dégazant plus tard de nouveaux océans. C'est une interaction complexe entre la géologie et l'astronomie et le résultat est inconnu - pour l'instant. " Raymond estime que 100 milliards de planètes ont peut-être été asséchées par leur naine rouge.
Les étoiles semblables au soleil donnent aux planètes habitables plus de temps pour s'accrocher à l'eau, donnant une chance à la vie. Mais la température du soleil change également, s'éclaircissant lentement sur des milliards d'années. Dans un milliard d'années, a déclaré Raymond, la planète ne sera plus dans la zone habitable; l'eau ne restera plus liquide à la surface de la Terre. Au lieu de cela, la planète subira un effet de serre rapide et finira par ressembler à Vénus.
Lorsqu'une étoile semblable au soleil atteint 10 milliards d'années, elle manquera d'hydrogène et se développera entre 100 et 200 fois sa taille actuelle. (Notre soleil a 4,5 milliards d'années, nous avons donc un peu de temps avant que cela ne se produise.) Dans le système solaire, Vénus et Mercure seront avalé par l'étoile, tandis que la gravité changeante du soleil poussera Mars et les planètes extérieures plus loin. La Terre est au bord du gouffre et peut subir l'un ou l'autre destin. Environ 4 milliards de mondes rocheux sont probablement consommés par une étoile qui s'éclaircit lentement.
Les étoiles les plus massives explosent supernova ardente après une durée de vie relativement courte de quelques millions d'années. Aucune planète n'a été trouvée autour de ces étoiles massives, mais cela pourrait être dû au fait qu'il y a si peu d'étoiles massives à rechercher et que les exoplanètes sont toujours difficiles à trouver, a écrit Raymond. Quoi qu'il en soit, toutes les planètes autour de ces étoiles géantes seront probablement détruites par la mort explosive de l'étoile.
Cet article est inspiré de la série de l'astronome Sean Raymond sur Comment les planètes meurent.
Ressources additionnelles:
- En savoir plus sur l'évolution planétaire sur Blog PlanetPlanet de Sean Raymond.
- En savoir plus sur le "miettes" planétaires qui atteignent la Terre, du Centre for Near Earth Objects.
- En savoir plus sur les différences entre différents types d'étoiles.
