Des planètes ayant une forte inclinaison auraient des saisons extrêmes, soumettant toute forme de vie à des étés brûlants alternant avec des hivers glaciaux. Littéralement. Cela pourrait rendre le développement des formes de vies même les plus simples extrêmement compliqué.

Vous vous êtes souvent plaint(e) d’un été trop chaud, ou encore d’un hiver trop froid? Si cela peut vous consoler, dites vous qu’il y a très longtemps les saisons sur notre planète ont peut-être été beaucoup, beaucoup plus rudes. Cependant, l’arrivée de saisons plus douces aurait offert davantage que le confort, selon certains scientifiques. Ce climat plus calme pourrait être lié à l’émergence de la vie complexe sur Terre il y a environ 600 millions d’années. Sur d’autres planètes, des pics saisonniers extrêmes et d’énormes variations de température pourraient de la même façon déterminer si la vie abonde, s’en sort à peine, ou meurt.

Les saisons apparaissent lorsque l’axe de rotation d’une planète est incliné par rapport au plan de l’orbite de la planète. Des recherches récentes suggèrent qu’une perte d’inclinaison axiale et la saisonnalité associée, qui aide à modérer globalement les températures, pourrait condamner des créatures extraterrestres. Les scientifiques envisagent également le cas contraire: des mondes où les étés ardents et les hivers glaciaux rendent le développement de la vie complexe particulièrement difficile.

« L’inclinaison axiale, ou obliquité, est un paramètre crucial pour le climat et la potentielle habitabilité d’une planète, » a dit René Heller, postdoctorant associé de recherche à l’Institut Leibniz d’Astrophysique à Potsdam, en Allemagne. Heller a publié l’an dernier deux articles au sujet de la perte d’inclinaison due aux effets de marées sur les planètes habitables autour de naines rouges.

De nombreux phénomènes influencent l’obliquité d’une planète. Un exemple frappant (sans jeu de mots) est celui de l’impact météoritique, ou encore les interactions gravitationnelles avec d’autres planètes ou les étoiles hôtes. Pendant une année sur une planète inclinée, des quantités variables de lumière vont arriver aux hémisphères nord et sud.

A l’heure actuelle, la Terre a une obliquité d’environ 23.5 degrés: avec les rotations quotidiennes, cette obliquité modérée évite d’avoir de trop grandes différences de températures entre les régions polaires les plus froides et les déserts les plus chauds.

Contrairement à notre planète, un autre monde avec une faible inclinaison axiale ne connaîtrait quasiment aucune saisonnalité. Les pôles plus froids entraîneraient une zone habitable plus étroite, ajoutez un équateur trop chaud et vous avez une planète peu propice au développement d’une forme de vie complexe. Le scénario devient encore plus difficile pour les planètes à forte obliquité dans la zone habitable de leur étoile hôte (aussi appelée zone Goldilocks, c’est « l’anneau » autour d’une étoile dans lequel l’eau peut exister à l’état liquide à la surface d’une planète).

Imaginez une planète semblable à la Terre avec une obliquité comparable à celle d’Uranus, soit environ 90 degrés: le pôle nord de la planète ferait face à l’étoile 25% du temps, et lui serait opposé 25% du temps également. On se retrouve alors avec un pôle nord bouillant tandis que l’équateur recevrait peu de lumière. Pendant ce temps là, le pôle sud se trouverait dans une obscurité glaciale. Pour ne rien arranger, une demi-année plus tard, la situation s’inverse. « Les hémisphères sont stérilisés cycliquement, soit par une irradiation trop forte, soit par le gel, » dit Heller.

© NASA, ESA, M. Showalter (SETI Institute) and Z. Levay (STScI)

La vie, toujours résistante, pourrait malgré tout persister sur une planète qui tourne « sur le côté », comme Uranus. Des créatures migrantes pourraient suivre une zone climatique vivable en mouvement rapide alors que d’autres trouveraient refuge à l’équateur. Des organismes résistants pourraient aussi simplement surmonter les températures extrêmes. Il y a de nombreux exemples de telles créatures ici-même sur Terre, surtout des bactéries que l’on connaît sous le nom d’extrémophiles.

Une classe de ces organismes, appelée thermophiles, se développe dans les sources chaudes et les profondeurs océaniques dépourvues de lumière autour des monts hydrothermaux. L’espèce Methanopyrus kandleri peut se reproduire dans des eaux à forte pression et des températures supérieures à 120°C. A l’opposé, les psychrophiles évoluent dans des cavités d’eau saumâtre (avec une teneur en sel inférieure à celle de l’eau de mer) recouvertes de glace à des températures de -15°C.

Quand les conditions deviennent trop chaudes ou trop froides, les bactéries sporulantes pourraient entrer en stase, s’enfermant dans de solides structures appelées endospores. Ces micro-organismes peuvent rester « dormants » dans la glace pendant des centaines d’années avant de dégeler et se répliquer à nouveau.

Pour des formes de vies plus élaborées, de telles prouesses de durabilité seraient très probablement beaucoup plus problématiques sur des planètes avec une obliquité plus grande que la Terre, mais beaucoup moins grande qu’Uranus.

Ce type de climat précisément pourrait avoir différé l’évolution de créatures de tailles diverses et variées sur notre planète, suggère George Williams, un géologue de l’Université d’Adélaïde en Australie. Il y a plus de 580 millions d’années, les scientifiques pensent  que la plus grande partie des organismes vivants sur Terre consistait en des algues microscopiques et des bactéries. Des animaux complexes comme les méduses ou les vers sont arrivés ensuite. Plus tard, il y a environ 540 millions d’années, durant l’explosion du Cambrien, la vie a connu de grands changements. Toutes sortes de créatures avec des épines, des coquilles, des yeux, des jambes et autres ont commencé à apparaître soudainement parmi les fossiles.

Se pourrait-il que la Terre ait un jour eu une forte obliquité? Les modèles disent que oui. L’impact cataclysmique avec un corps de la taille de Mars il y a 4.5 milliards d’années, supposé être à l’origine de la formation de la Lune, pourrait avoir déplacé l’axe de rotation de la Terre hors du plan de son orbite. Curieusement, certaines données géologiques sont cohérentes avec la Terre ayant une forte obliquité, jusqu’à il y a environ 600 millions d’années.

A ce sujet, les glaciers fournissent de précieuses informations. Il a été montré par de nombreux géophysiciens menés par Phil Schmidt, du Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation en Australie, que les glaciers avaient pour habitude de se former à des latitudes anciennement plus basses (par exemple, une obliquité supérieure à 54 degrés rend l’équateur plus froid que les pôles, en moyenne). Les directions magnétiques fixées dans des dépôts de glace ont révélé cette ancienne activité. Des structures faites de sable associées à ces dépôts, comme celles que l’on trouve dans les régions polaires aujourd’hui, suggèrent de grandes variations saisonnières de température de plus de 35°C. Si cela devait se produire aujourd’hui, la forêt Amazonienne se trouverait sous des tempêtes de neige.

Les marqueurs géologiques d’une grande obliquité faiblissent aux alentours de la limite du Précambrien-Phanérozoïque. Ensuite, des glaciations importantes se sont produites uniquement aux hautes latitudes et la vie a pu se développer.

« Il semblerait qu’il y ait eu une très grande amélioration dans l’habitabilité de la Terre à la limite du Précambrien-Phanérozoïque, » dit Williams. « J’ai suggéré que la réduction de l’obliquité de la Terre en était la cause principale. » Différents modèles climatiques semblent aller dans le même sens.

Evidemment, de nombreuses autres explications sont possibles, mais elles ont toues leurs défauts. Quelques possibilités indiquent une plus grande concentration d’oxygène atmosphérique ou encore de calcium ou de phosphore dans l’eau de mer, ou même l’évolution des yeux favorisant la biodiversité.

L’hypothèse de Williams elle-même possède sa zone d’ombre: un mécanisme qui aurait pu diminuer l’inclinaison de la planète d’environ 30 degrés en 100 millions d’années avant la première glaciation circumpolaire confirmée. Des recherches dans l’histoire des processus tectoniques de la Terre et les interactions gravitationnelles avec la Lune pourraient apporter des éléments de réponse.

Au point où en est la recherche exoplanétaire, on ne connaît que très peu de caractéristiques de la plupart des mondes extraterrestres au delà de leur taille, leur masse et leur période orbitale. Identifier les inclinaisons axiales et leur effet sur l’habitabilité d’une planète sera un aspect important de la recherche de formes de vies extraterrestres dans les décennies à venir.

Il pourrait s’avérer que l’obliquité de la Terre, tout comme sa distance au Soleil, soit un important paramètre d’habitabilité et propice à l’émergence de formes de vie complexes.

« L’obliquité des planètes de notre système solaire a été étudiée abondamment, » indique Heller. « Mais avec les exoplanètes, nous entrons en Terre inconnue. »

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