Vie et intelligence dans l'Univers

A la question "Existe-t-il d'autres civilisations intelligentes / technologiquement avancées dans l'Univers ?", on peut répondre qu'il y a d'innombrables étoiles, encore plus de planètes, et que si la vie et l'intelligence (la technologie) est apparue chez nous, cela a dû se passer ailleurs également, peut-être même en beaucoup d'endroits. Mais d'un autre côté, la vie terrestre pourrait avoir bénéficié d'un enchaînement rare de nombreux événements favorables.

• L'Homo Sapiens a longtemps été persuadé qu'il (et donc la Terre) était au centre du Monde. Jusqu'à la fin du vingtième siècle, il se disait qu'il était probable que le Soleil était la seule étoile entourée de planètes. Aujourd'hui, nous savons que le Soleil est une étoile moyenne, que la Terre une planète moyenne en terme de taille et de position, que les planètes sont probablement beaucoup plus nombreuses que les étoiles dans la Galaxie, et qu'un grand nombre ont une surfaces à température tempérée et de l'eau liquide..
• Un autre élément primordial dans cette réflexion : Les processus physico-chimiques à l'oeuvre dans l'Univers suivent les lois que nous connaissons. Il n'existe pas d'atome dans l'Univers qui ne soit pas dans le tableau des éléments de Mendeleiev. Toutes les exoplanètes obéissent aux lois de la gravitation établies pour les planètes du système solaire par Newton et Einstein.

• L'équation de Drake

Equation de Drake

Crédit : Observatoire de Paris / UFE

L'équation de Drake correspond à l'approche scientifique d'un astronome américain Frank Drake en 1961. Drake a exprimé sous forme d'une équation simple le calcul du nombre de civilisations avec lesquelles nous pourrions communiquer (N_civ) :

N_civ = F_ét x P_pla x N_pla x P_vie x P_int x P_com x T

F_ét est le taux de formation des étoiles dans la Galaxie.
P_... est la probabilité ou fraction des étoiles satisfaisant à une condition particulière (de 0 à 100%, c.à.d. de 0 à 1)
P_pla est la probabilité qu'une étoile possède des planètes
N_pla est le nombre moyen de planètes habitables par étoile.
P_vie est la probabilité que la vie apparaisse sur une planète habitable
P_int est la probabilité que l'intelligence apparaisse sur une planète où la vie est apparue
P_com est la probabilité qu'une forme de vie intelligente développe des moyens de communiquer avec d'autres mondes
T est la durée pendant laquelle une telle communication peut être détectée. C'est donc la durée de vie d'une civilisation communicante.

Cet énoncé décompose les facteurs requis, et permet donc de les étudier, mais il ne donne pas la réponse. L'équation de Drake est en fait un moyen de mesurer notre ignorance … et nos progrès.

• Bilan des connaissances actuelles

le sol du satellite Europa

Le sol de Europe ressemble à des morceaux de puzzle qui auraient glissé les uns par rapport aux autres. Une explication possible est que le sol de glace recouvre un océan d'eau liquide. Crédit : NASA / GFSC

• Le nombre d'étoiles dans la Galaxie se situe entre 100 et 200 milliards. L'âge de la Galaxie est de l'ordre de 10 milliards d'années. On estime donc le taux de formation des étoiles F_ét à 10 par an. Il est quasi-constant depuis environ 5 milliards d'années. Ce taux de formation des étoiles était le seul terme de l'équation assez bien connu jusqu'en 1995.
• La découverte d'exoplanètes en particulier avec le satellite Kepler, a montré que la probabilité qu'une étoile possède des planètes, P_pla, est très grande, proche de 100%, du moins dans le disque galactique. Il s'agit là d'un résultat majeur de la découverte des exoplanètes. Les étoiles loin du plan galactique, anciennes et pauvres en métaux, pourraient avoir beaucoup moins de planètes.
• Le facteur temps n'apparaît pas dans l'équation de Drake mais il est important en particulier parce que les étoiles ont des durées de vie variables en fonction de leur masse. Les plus massives deviennent très brillantes mais ne vivent pas longtemps. Les moins massives ne sont pas très chaudes ni lumineuses, et peuvent en plus avoir une forte activité éruptive. Les étoiles de type solaire, stables, représentent environ 1% du total, mais on peut élargir la gamme d'étoiles acceptables (ni trop massives, ni trop peu) à environ 10%.
• Les contraintes sur les planètes (masse et distance à l'étoile) dépendent des conditions requises pour l'apparition de la vie, et donc de la définition du concept de "vie". On peut cependant limiter la masse ainsi : les planètes les plus massives sont des géantes gazeuses et n'ont pas de surface (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune), alors que Mercure et les planètes naines comme Pluton n'ont pas d'atmosphère (elles ne sont pas assez massives pour retenir une atmosphère). On peut noter que la vie pourrait aussi apparaître sur des satellites de planètes géantes : même s'il ne s'agit pas de "planètes", on devrait inclure ces possibilités dans le terme N_pla. Dans le système solaire, on pense notamment à Europe (satellite de Jupiter, qui pourrait avoir de l'eau liquide sous la glace).
  La distance de la planète à l'étoile est contrainte par ce qu'on appelle la zone habitable, où la présence d'eau liquide est possible. Dans notre système solaire, la gamme de distances adéquates représente environ 2% de la gamme des distances des planètes au Soleil. On conçoit au maximum une distance de 0.5 - 2.5 UA soit 4%.
  Le nombre de planètes habitables par étoile commence à être connu grâce aux observations de Kepler. 20% des étoiles de type solaire auraient une planète de type terrestre dans la zone habitable.
• La probabilité que la vie apparaisse est inconnue. Selon un point de vue optimiste, la vie pourrait apparaître dès que les conditions physico-chimiques sont "bonnes" à la surface d'une planète. Plusieurs indices font penser aux astronomes que la vie peut se former facilement sur une planète :

- La présence de molécules pré-biotiques est détectée dans les comètes et dans le milieu interstellaire. Ces molécules sont les éléments de base qui, sur Terre ont formé les premières cellules vivantes.

- Les premiers temps de la planète Terre ont été très agités : la Terre, comme les autres planètes était bombardée en permanence par des planétésimaux, dont les descendants sont les comètes. Quand ce bombardement incessant a pris fin, il y a 3,6 milliards d'année, la température a baissé à la surface de la Terre et, presque immédiatement, les premières cellules vivantes sont apparues. Les planètes voisines de la Terre, Mars et Vénus, ont connu les mêmes conditions. Il est possible que ce processus se soit aussi produit sur ces planètes.
Mais il peut aussi y avoir besoin de conditions exceptionnelles : par exemple, il semble que Jupiter ait joué le rôle de bouclier gravitationnel par rapport à la Terre, empêchant nombre de comètes de tomber sur Terre. Sans ce bouclier, la Terre aurait pu avoir une surface couverte d'eau, et aurait été moins favorable à la vie. D'autre part, la Lune (qui a la particularité d'être relativement massive par rapport à la Terre) stabilise l'axe de rotation terrestre, donc le climat à long terme. La Lune produit aussi des marées importantes, intensifiant les échanges liquide / solide.

• L'estimation de P_int est  encore plus difficile à analyser, à commencer par la définition de l'intelligence.
• Il est est de même de  Pcom. Une civilisation développée pourrait ne pas chercher à communiquer.
• Pour finir, T est une totale inconnue ! Notre civilisation technologique (capable de communiquer via les ondes radio) a environ 100 ans (bien que l'homo erectus soit apparu il y a un million d'années). Durerons-nous encore des millions d'années, ou disparaîtrons-nous dans quelques siècles suite à une catastrophe naturelle, la destruction de l'écosystème par la pollution, ou encore une guerre nucléaire ? 

Résultat

Un calcul optimiste donne N_civ = 10 x 1 x 3 x 0.02 x 1 x 1/4 x 10⁸ = 1.5 10⁷.

Un calcul pessimiste donne N_civ = 10 x 1 x 3 x 0.01 x 0.02 x 1/10 x 200 ₌ 0.12. En réalité N_civ vaudrait 1 puisque nous sommes là, mais alors nous serions seuls dans la Galaxie. Il y a donc encore une grande marge de possibilités.

Vous pouvez essayer diverses valeurs des paramètres avec l'applet Equation de Drake