L’activité tumultueuse d’un jeune Soleil aurait été l’initiatrice de la vie sur Terre

Une nouvelle étude suggère que la vie sur Terre peut devoir son existence à des tempêtes incroyablement puissantes qui ont éclaté sur le soleil il y a fort longtemps.

De puissantes et fréquentes éruptions solaires pourraient ainsi avoir assez réchauffé la planète pour que la vie y prenne racine et elles ont également fourni l’énergie vitale nécessaire pour transformer des molécules simples en élément complexe de la vie, comme l’ADN.

Les premiers organismes ont évolué sur Terre il y a environ 4 milliards d’années. Ce fait a longtemps intrigué les scientifiques parce que, à cette période, le soleil était seulement environ 70 % aussi brillant qu’il l’est aujourd’hui.

Selon l’auteur principal de l’étude, Vladimir Airapetian, un scientifique au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland :

Cela signifie que la Terre aurait dû être une boule de glace. Au lieu de cela, des preuves géologiques indiquent qu’elle était un globe chaud avec de l’eau liquide. Nous appelons cela le Paradoxe d’un Soleil jeune et faible (Faint Young Sun Paradox).

Airapetian et ses collègues pourraient avoir une explication à ce paradoxe. Les scientifiques ont analysé les observations faites par le télescope spatial Kepler de la NASA, qui traque les exoplanètes en recherchant les baisses de luminosité que ces mondes provoquent quand ils traversent la face de leurs étoiles hôtes (transit).

Kepler a observé quelques étoiles qui sont semblables au soleil, mais beaucoup plus jeunes, âgée de seulement quelques millions d’années, par rapport aux 4,6 milliards d’années du soleil. Les données de Kepler suggèrent que ces jeunes étoiles ont tendance à être extrêmement actives, produisant des éruptions solaires (rafales de rayonnement) et des éjections de masse coronale (EMC, qui sont des nuages de plasma surchauffé) beaucoup plus souvent que leurs homologues plus âgés.

Image d’entête : représentation artistique d’une “super éruption solaire” (NASA Goddard Space Flight Center/ Genna Duberstein)

Par exemple, le soleil présente actuellement des « superflares », des éruptions solaires jusqu’à dix mille fois plus puissantes que les éruptions solaires habituelles, peut-être une fois tous les 100 ans. Mais les jeunes étoiles que Kepler a observées en produisent jusqu’à 10 fois par jour.

Pour les chercheurs, si le soleil était aussi actif dans sa jeunesse, les effets sur la Terre primitive auraient été violents.

Notre nouvelle recherche montre que les tempêtes solaires auraient été au centre du réchauffement de la Terre.

La majeure partie de cet effet de réchauffement aurait été indirecte, par l’intermédiaire de changements dans la chimie atmosphérique. Il y a quatre milliards d’années, l’atmosphère terrestre était composée d’environ 90 % d’azote moléculaire (ou diazote, deux atomes d’azote liés entre eux). Aujourd’hui, l’azote moléculaire représente environ 78 % de l’air de la Terre.

Des particules chargées au déplacement rapide, propulsées par les tempêtes solaires, auraient pénétré profondément dans l’atmosphère à l’époque, parce que le champ magnétique de la planète, qui dévie la plupart de ces particules aujourd’hui, était significativement plus faible. Ces particules auraient brisé la plupart des molécules à double azote en atomes d’azote simples, qui, à leur tour, auraient divisé les molécules de dioxyde de carbone dans l’atmosphère  en monoxyde de carbone et en oxygène atomique.

Représentation artistique représentant des particules énergétiques de superflares pleuvant sur la Terre primitive. (Vladimir Airapetian)

Une grande partie de l’azote et de l’oxygène se serait alors combinés en protoxyde d’azote, un gaz à effet de serre 300 fois plus puissant que le dioxyde de carbone.

Selon Airapetian :

Changer la chimie de l’atmosphère se révèle avoir fait toute la différence pour la vie sur Terre.

Les éjections de masse coronale qui ont frappé directement la Terre peuvent déclencher de puissantes tempêtes géomagnétiques qui ont la capacité de perturber les réseaux électriques et la navigation par satellite, ainsi que de produire de magnifiques aurores boréales.

Aujourd’hui, les aurores boréales sont généralement confinées à des latitudes élevées, parce que le champ magnétique de la Terre entraine les particules chargées du Soleil vers les pôles. Mais les spectacles de lumière auraient été plus intenses et généralisée au début de l’histoire de la planète, en raison des tempêtes solaires plus puissantes et du champ magnétique plus faible selon les chercheurs.

Toujours selon eux, les particules solaires pourraient aussi avoir été la source de l’énergie nécessaire pour transformer des molécules simples (qui étaient abondantes sur la Terre primitive) en des composés organiques complexes tels que l’ADN et l’ARN.

Mais tout cela ne veut pas dire que les tempêtes solaires ne sont que propices à la vie. Une surabondance de mégas-EMC, par exemple, pourrait arracher l’atmosphère d’une planète, surtout si ce monde n’a pas un fort champ magnétique.

Selon le coauteur de l’étude, William Danchi :

Nous voulons rassembler toutes ces informations, la proximité d’une planète de son l’étoile, l’énergie de cette dernière, la force de la magnétosphère de la planète, afin d’aider à la recherche de planètes habitables autour d’étoiles proches de nous et dans toute la galaxie.

Ce travail comprend des scientifiques de nombreux domaines : ceux qui étudient le soleil, les étoiles, les planètes, la chimie et la biologie. En travaillant ensemble, nous pouvons créer une description robuste de ce à quoi ressemblaient les premiers jours de notre planète et où la vie pourrait exister ailleurs.

La nouvelle étude a été publiée cette semaine dans la revue Nature Geoscience : Prebiotic chemistry and atmospheric warming of early Earth by an active young Sun.