Les supertempêtes solaires du jeune Soleil ont pu rendre la Terre habitable

Certaines tempêtes solaires peuvent être dévastatrices. Pourtant, selon une étude de la Nasa, celles beaucoup plus puissantes que le Soleil, encore jeune (alors 30 % moins lumineux), produisait il y a 4 milliards d’années ont pu être salvatrices en favorisant le réchauffement de la Terre. Elles l’auraient peut-être même « fécondée »…

Comment la Terre, cette merveilleuse petite « bille bleue » (« blue marble ») colonisée par une multitude de formes de vie à sa surface – et jusqu’en des milieux extrêmes et insoupçonnés -, est-elle devenue habitable ? Cette aventure pleine de rebondissements que les chercheurs issus de plusieurs disciplines tentent de reconstituer a vraisemblablement commencé il y a quelque 4 milliards d’années.

C’est cependant assez surprenant car à cette période, notre monde ne figurait pas dans la zone habitable du Soleil. En effet, comme l’indiquent les modèles d’évolution stellaire corroborés par l’observation directe des alter ego de notre étoile éparpillés dans la Galaxie, la luminosité du jeune soleil était environ 30 % inférieure à ce qu’elle est aujourd’hui. Aussi, dans cet environnement plus froid, on peut imaginer qu’il n’y avait pas d’eau liquide à la surface, ce devait être une boule de glace… Et bien pas du tout. Comme le montrent les enregistrements géologiques de cette période, l’eau était liquide et abondante, c’était une planète rocheuse potentiellement habitable. Cette énigme s’appelle « le paradoxe du jeune Soleil faible » (Faint Young Sun Paradox). Alors, comment expliquer les conditions plus clémentes qui régnaient sur Terre ?

Les scientifiques répondent que seul un puissant effet de serre pouvait compenser le déficit d’énergie solaire. Depuis plusieurs décennies, de nombreux géophysiens, géochimistes, paléoclimatologues tentent de décrire sa mise en œuvre à travers des modèles climatiques de plus en plus complexes, étayés par les connaissances croissantes du début de l’Archéen. En ce qui les concerne, des chercheurs de la Nasa emmenés par Vladimir Airapetian, du Goddard Space Flight Center, pensent que « les tempêtes solaires ont pu être au centre du réchauffement de la Terre » et même une « clé pour la vie sur Terre ». Leur étude vient de paraître dans la revue Nature Geoscience.

Il y a 4 milliards d’années, les « supertempêtes » du jeune Soleil bousculaient la magnétosphère terrestre jusqu’à 10 fois par jour — Crédit : M. Weiss, CfA

Il y a 4 milliards d’années, les « supertempêtes » du jeune Soleil bousculaient la magnétosphère terrestre jusqu’à 10 fois par jour — Crédit : M. Weiss, CfA

Un réchauffement global salutaire

Comme le démontrent les études avec le télescope spatial Kepler de cas similaires à notre Soleil, bien que moins brillantes, ces étoiles sont dans leur jeunesse, autrement plus turbulentes qu’à l’âge adulte (rappelons qu’actuellement, le Soleil, âgé de 4,5 milliards d’années, est au milieu de sa vie). Les éruptions solaires auxquelles nous assistons aujourd’hui, aussi impressionnantes soient-elles, au gré des cycles d’activité de l’astre, sont en réalité bien plus faibles que dans ce lointain passé (10 à 50 millions de fois moins énergétiques). Même les plus puissantes accompagnées de bouffées de particules (éjection de masse coronale) sont encore inférieures à celles générées il y a 4 milliards d’années. Les chercheurs parlent d’ailleurs de « supertempêtes » 50 fois plus fortes que les actuelles. Elles se produisaient environ 10 fois… par jour ! Oui, par jour. En comparaison, le Soleil est bien plus calme aujourd’hui puisque les plus puissantes se manifestant en moyenne une fois par siècle.

« Nos calculs montrent que l’on pourrait voir régulièrement des aurores jusqu’à la Caroline du Sud [32° de latitude nord, NDLR] » déclare l’auteur principal de ces recherches. « Et comme les particules voyageaient le long des lignes du champ magnétique, elles ont pu éclater les molécules d’azote abondantes dans l’atmosphère. Il s’avère que cette modification de la chimie de l’atmosphère a pu faire toute la différence pour la vie sur Terre. »

En ce temps-là, le champ magnétique terrestre était plus faible et l’enveloppe atmosphérique était composée à 90 % d’azote moléculaire. L’assaut violent et répété du vent solaire a donc pu briser ces molécules. Séparés, les atomes d’azote auraient à leur tour cassé le dioxyde de carbone présent, en monoxyde de carbone et oxygène. Enfin, en se combinant, l’azote et l’oxygène ont alors pu former du protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre 300 fois plus puissant que le CO2.

Environ 30 % moins lumineux qu’aujourd’hui, le Soleil produisait de fréquentes éruptions dans sa jeunesse, capables de dévaster l’atmosphère de la Terre primitive. Le bouclier magnétique a cependant bien résisté à la violence du vent solaire. Cela a pu même contribuer à réchauffer la planète alors située en dehors de la zone habitable du Système solaire — Crédit : NASA, GSFC, CIL

Environ 30 % moins lumineux qu’aujourd’hui, le Soleil produisait de fréquentes éruptions dans sa jeunesse, capables de dévaster l’atmosphère de la Terre primitive. Le bouclier magnétique a cependant bien résisté à la violence du vent solaire. Cela a pu même contribuer à réchauffer la planète alors située en dehors de la zone habitable du Système solaire — Crédit : NASA, GSFC, CIL

Un fragile équilibre

Pour les chercheurs, cet afflux de particules solaires n’aurait pas seulement initié le réchauffement de la Terre en modifiant la composition chimique de l’atmosphère, il aurait aussi apporté l’énergie suffisante pour élaborer des molécules prébiotiques complexes comme l’ARN et l’ADN, à la base de la vie.

Cela peut surprendre, mais peut-être que sans ces redoutables éruptions du jeune et turbulent soleil, la troisième planète la plus proche de lui serait demeurée stérile. (La question se pose aussi avec le Grand bombardement tardif car lui aussi a pu participer à l’éclosion de la vie, sur Terre et sur Mars… Et qu’en serait-il si la Lune n’était pas là ? Sans tectonique des plaques… ?)

L’équipe d’Airapetian rappelle aussi que ces bourrasques incessantes de vent solaire auraient pu faire voler en éclats l’atmosphère terrestre (c’est ce qui a fini par arriver à Mars), or celle-ci fut suffisamment forte pour résister et en même temps suffisamment poreuse pour que les particules solaires s’immiscent et interagissent avec elle.

A l’ère où nous recherchons d’autres terres en orbite autour d’étoiles plus ou moins aussi chaudes et brillantes que notre Soleil, ces travaux sont très utiles pour débusquer des mondes habitables et habités, ou en devenir…

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