30.1 : Le contexte cosmique de la vie
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Décrire les conditions chimiques et environnementales qui rendent la Terre accueillante pour la vie
- Discutez de l'hypothèse qui sous-tend le principe de Copernic et décrivez ses implications pour les astronomes modernes
- Comprendre les questions qui sous-tendent le paradoxe de Fermi
Nous avons vu que l'univers est né lors du Big Bang il y a environ 14 milliards d'années. Après que la boule de feu chaude et dense initiale ait été suffisamment refroidie pour que les atomes puissent exister, toute la matière était composée d'hydrogène et d'hélium (avec une très petite quantité de lithium). À mesure que l'univers vieillit, les processus au sein des étoiles ont créé les autres éléments, y compris ceux qui constituent la Terre (tels que le fer, le silicium, le magnésium et l'oxygène) et ceux nécessaires à la vie telle que nous la connaissons, tels que le carbone, l'oxygène et l'azote. Ces éléments et d'autres se sont combinés dans l'espace pour produire une grande variété de composés qui constituent la base de la vie sur Terre. En particulier, la vie sur Terre repose sur la présence d'une unité clé appelée molécule organique, une molécule qui contient du carbone. Les hydrocarbures, composés chimiques entièrement composés d'hydrogène et de carbone, qui servent de base à notre chimie biologique, ou biochimie, sont particulièrement importants. Bien que nous ne comprenions pas en détail comment la vie sur Terre a commencé, il est clair que pour que des créatures comme nous soient possibles, des événements comme ceux que nous avons décrits doivent se produire, entraînant ce que l'on appelle l'évolution chimique de l'univers.
Qu'est-ce qui a rendu la Terre accueillante à la vie ?
Il y a environ 5 milliards d'années, un nuage de gaz et de poussière dans ce quartier cosmique a commencé à s'effondrer sous son propre poids. De ce nuage se sont formés le Soleil et ses planètes, ainsi que tous les corps plus petits, tels que les comètes, qui orbitent également autour du Soleil (Figure\(\PageIndex{1}\)). La troisième planète après le Soleil, en se refroidissant, a finalement permis la formation de grandes quantités d'eau liquide à sa surface.
La diversité chimique et les conditions modérées de la Terre ont finalement conduit à la formation de molécules capables de se copier (se reproduire), ce qui est essentiel au début de la vie. Au cours des milliards d'années de l'histoire de la Terre, la vie a évolué et est devenue plus complexe. Le cours de l'évolution a été ponctué par des changements occasionnels à l'échelle de la planète causés par des collisions avec certains des plus petits corps qui n'ont pas atteint le Soleil ou l'un des mondes qui l'accompagnent. Comme nous l'avons vu dans le chapitre sur la Terre en tant que planète, les mammifères doivent peut-être leur domination à la surface de la Terre à une collision de ce type survenue il y a 65 millions d'années, qui a entraîné l'extinction des dinosaures (ainsi que de la majorité des autres êtres vivants). Les détails de ces extinctions massives suscitent actuellement un grand intérêt scientifique.
À travers de nombreux rebondissements, le cours de l'évolution de la Terre a produit une créature consciente de soi, capable de se poser des questions sur ses propres origines et sa place dans le cosmos (Figure\(\PageIndex{2}\)). Comme la majeure partie de la Terre, cette créature est composée d'atomes qui ont été forgés dans les générations précédentes d'étoiles, dans ce cas, assemblés à la fois dans son corps et son cerveau. On pourrait dire qu'à travers les pensées des êtres humains, la matière de l'univers peut prendre conscience d'elle-même.
Pense à ces atomes de ton corps pendant une minute. Ils vous sont simplement prêtés par la bibliothèque d'atomes qui constituent notre coin local de l'univers. Des atomes de toutes sortes circulent dans votre corps puis le quittent, à chaque respiration que vous inspirez et expirez et à chaque nourriture que vous consommez et excrétez. Même les atomes qui s'installent de façon plus permanente dans vos tissus ne feront pas partie de vous bien plus longtemps que vous ne le serez en vie. En fin de compte, vous retournerez vos atomes dans le vaste réservoir de la Terre, où ils seront incorporés à d'autres structures et même à d'autres êtres vivants dans les millénaires à venir.
Cette image de l'évolution cosmique, de notre descente des étoiles, a été obtenue grâce aux efforts de scientifiques dans de nombreux domaines pendant de nombreuses décennies. Certains de ses détails sont encore provisoires et incomplets, mais nous sommes assez confiants dans ses grandes lignes. Il est remarquable de voir tout ce que nous avons pu apprendre pendant le peu de temps que nous avons eu les instruments nécessaires pour sonder la nature physique de l'univers.
Le principe copernicien
Notre étude de l'astronomie nous a appris que nous nous sommes toujours trompés par le passé chaque fois que nous affirmions que la Terre est unique. Galilée, utilisant la technologie nouvellement inventée du télescope, nous a montré que la Terre n'est pas le centre du système solaire, mais simplement l'un des nombreux objets orbitant autour du Soleil. Notre étude des étoiles a démontré que le Soleil lui-même est une étoile assez peu distinguée, à mi-chemin de sa longue phase de séquence principale, comme tant d'autres milliards d'autres. Il n'y a rien de spécial non plus dans notre position dans la Voie lactée, et rien d'étonnant dans la position de notre galaxie dans son propre groupe ou dans son superamas.
La découverte de planètes autour d'autres étoiles confirme notre idée selon laquelle la formation des planètes est une conséquence naturelle de la formation des étoiles. Nous avons identifié des milliers d'exoplanètes : des planètes orbitant autour d'autres étoiles, des planètes géantes orbitant près de leurs étoiles (appelées informellement « Jupiter chauds ») aux planètes plus petites que la Terre. Un flot constant de découvertes d'exoplanètes permet de conclure que les planètes semblables à la Terre sont fréquentes, suffisamment pour qu'il y ait probablement plusieurs milliards d' « exo-terres » dans notre seule galaxie de la Voie lactée. Du point de vue planétaire, les petites planètes ne sont pas uniques.
Les philosophes des sciences appellent parfois l'idée qu'il n'y a rien de spécial dans notre place dans l'univers le principe copernicien. Compte tenu de tout ce qui précède, la plupart des scientifiques seraient surpris que la vie soit limitée à notre planète et n'ait commencé nulle part ailleurs. Il y a des milliards d'étoiles dans notre Galaxie assez vieilles pour que la vie se soit développée sur la planète qui les entoure, et il existe également des milliards d'autres galaxies. Les astronomes et les biologistes ont longtemps émis l'hypothèse qu'une série d'événements similaires à ceux survenus aux débuts de la Terre a probablement conduit à la création d'organismes vivants sur de nombreuses planètes autour d'autres étoiles, et peut-être même sur d'autres planètes de notre système solaire, comme Mars.
La véritable question scientifique (à laquelle nous ne connaissons pas la réponse actuellement) est de savoir si la biochimie organique est probable ou improbable dans l'univers au sens large. Sommes-nous une issue heureuse et extrêmement rare de l'évolution chimique, ou la biochimie organique fait-elle partie intégrante de l'évolution chimique du cosmos ? Nous ne connaissons pas encore la réponse à cette question, mais des données, même infimes (comme la découverte de systèmes vivants « indépendants de nous » dans un monde comme l'Europe), nous aideront à y parvenir.
Alors, où sont-ils ?
Si le principe copernicien est appliqué à la vie, la biologie peut être assez courante sur les planètes. Poussé à sa limite logique, le principe copernicien suggère également qu'une vie intelligente comme nous pourrait être courante. L'intelligence comme la nôtre possède des propriétés très spéciales, notamment la capacité de progresser grâce à l'application de la technologie. La vie organique autour d'autres étoiles (plus anciennes) a peut-être commencé un milliard d'années plus tôt que nous ne l'avons fait sur Terre. Elles ont donc peut-être eu beaucoup plus de temps pour développer des technologies de pointe telles que l'envoi d'informations, de sondes ou même de formes de vie entre les étoiles.
Face à cette perspective, le physicien Enrico Fermi s'est posé il y a plusieurs décennies une question que l'on appelle aujourd'hui le paradoxe de Fermi : où sont-ils ? Si la vie et l'intelligence sont communes et possèdent une telle capacité de croissance, pourquoi n'existe-t-il pas un réseau de civilisations galactiques dont la présence s'étend même à un système planétaire « tardif » comme le nôtre ?
Plusieurs solutions ont été proposées au paradoxe de Fermi. La vie est peut-être courante, mais l'intelligence (ou du moins la civilisation technologique) est rare. Peut-être qu'un tel réseau verra le jour à l'avenir, mais il n'a pas encore eu le temps de se développer. Il se peut que des flux de données invisibles circulent devant nous tout le temps et que nous ne sommes pas suffisamment avancés ou sensibles pour être détectés. Peut-être que les espèces avancées ont pour habitude de ne pas interférer avec une conscience immature et en développement, comme la nôtre. Ou peut-être des civilisations qui atteignent un certain niveau de technologie puis s'autodétruisent, ce qui signifie qu'aucune autre civilisation n'existe actuellement dans notre Galaxie. Nous ne savons pas encore s'il existe une vie avancée et, si c'est le cas, pourquoi nous n'en sommes pas conscients. Néanmoins, vous voudrez peut-être garder ces problèmes à l'esprit lorsque vous lirez le reste de ce chapitre.
Existe-t-il un réseau de civilisations galactiques au-delà de notre système solaire ? Si c'est le cas, pourquoi ne pouvons-nous pas les voir ? Explorez les possibilités du dessin animé « The Fermi Paradox—Where Are All the Aliens ? » https://youtu.be/sNhhvQGsMEc
Résumé
La vie sur Terre repose sur la présence d'une unité clé appelée molécule organique, une molécule qui contient du carbone, en particulier des hydrocarbures complexes. Notre système solaire s'est formé il y a environ 5 milliards d'années à partir d'un nuage de gaz et de poussière enrichi par plusieurs générations de production d'éléments plus lourds dans les étoiles. La vie est constituée de combinaisons chimiques de ces éléments produites par les étoiles. Le principe copernicien, qui suggère que notre place dans l'univers n'a rien de spécial, implique que si la vie peut se développer sur Terre, elle devrait également pouvoir se développer ailleurs. Le paradoxe de Fermi demande pourquoi, si la vie est courante, des formes de vie plus avancées ne nous ont pas contactés.
Lexique
- molécule organique
- une combinaison de carbone et d'autres atomes, principalement de l'hydrogène, de l'oxygène, de l'azote, du phosphore et du soufre, dont certains servent de base à notre biochimie