Environ 70% de la surface de notre planète Terre est recouverte d’eau. Nous sommes nichés dans notre système solaire à la bonne distance du Soleil pour que cette eau liquide puisse exister. Si nous étions plus loin, cette eau serait gelée dans la glace. Si nous nous rapprochions davantage, les températures seraient trop élevées et nous risquerions de subir un effet de serre excessif semblable à celui qui se produit sur la surface brûlante de Vénus. Notre position ni trop froide, ni trop chaude dans ce qu’on appelle la « zone Boucles d’or » est plutôt une bonne chose car, bien sûr, l’eau est nécessaire à la vie.
Mais comment cette eau est-elle arrivée ici ? L’eau est une caractéristique essentielle de notre planète et elle joue un rôle si important dans notre vie quotidienne. Comprendre comment l’eau est arrivée sur Terre est un élément clé pour comprendre comment et quand la vie a évolué ici aussi. Mais nous ne savons même pas d’où elle vient. Les scientifiques recherchent encore activement comment notre planète est devenue si humide en premier lieu.
La Terre primitive
Notre image actuelle de la formation des planètes commence par un disque protoplanétaire – c’est-à-dire un grand disque de gaz et de poussière tourbillonnant autour de notre Soleil nouvellement formé. Au fur et à mesure que les grains de poussière et de glace du disque interagissent entre eux, ces grains commencent à former des amas de plus en plus gros. Finalement, ces amas forment ce que nous appelons des planétésimaux, les blocs de construction des planètes rocheuses et géantes.
Mais dans la première période de formation de notre système solaire, ce disque était beaucoup plus chaud à la position où se trouve actuellement notre Terre. Ainsi, même s’il y avait très probablement des molécules d’eau présentes dans le fouillis de débris qui composait le disque, il faisait trop chaud pour que l’eau se condense en liquide, ce qui a provoqué son évaporation à la place. De plus, la Terre primitive n’avait pas encore d’atmosphère, ce qui facilitait l’expulsion des gouttelettes d’eau liquide dans l’espace. Cela nous laisse avec une sorte d’énigme. Si la Terre n’a pas pu se former à partir du disque avec ses océans déjà intacts, comment sont-ils arrivés ici ?
Comètes contre astéroïdes
Si l’eau de la Terre ne s’est pas formée en même temps que la Terre, alors, les scientifiques planétaires le soupçonnent, elle a dû être livrée plus tard par un messager extraterrestre. Les astéroïdes et les comètes visitent la Terre et sont connus pour abriter de la glace. (Vous n’êtes pas sûr de la différence entre un astéroïde et une comète ? Consultez mon épisode précédent). En fait, les modèles de composition des astéroïdes et des comètes suggèrent qu’ils abritent même suffisamment de glace pour avoir livré une quantité d’eau égale aux océans de la Terre.
Alors, problème résolu ? Pas tout à fait. Est-ce une comète ou un astéroïde qui a apporté l’eau de la Terre ? S’agissait-il d’un seul événement, ou de plusieurs ? Et il y a combien de temps que cela s’est produit ?
Une façon de déterminer si c’est un astéroïde ou une comète qui nous a apporté nos océans est de regarder la composition chimique de ces objets cosmiques et de comparer cette composition à celle de la Terre pour voir lesquelles sont les plus semblables. Par exemple, une molécule d’eau possède toujours 10 protons (8 provenant de sa molécule d’oxygène et un de chacune de ses molécules d’hydrogène) et habituellement 8 neutrons (provenant uniquement de la molécule d’oxygène). Mais différents isotopes de l’eau peuvent avoir des neutrons supplémentaires. L’eau lourde, par exemple, est ce que nous appelons l’eau faite d’oxygène et de deutérium, qui est un isotope de l’hydrogène, ou simplement de l’hydrogène avec un neutron supplémentaire.
Une étude publiée dans la revue Science en 2014 a examiné les quantités relatives de différents isotopes de l’eau – des molécules d’eau avec un nombre variable de neutrons – sur des météorites censées être tombées sur Terre depuis l’ancien astéroïde Vesta. Vesta est le deuxième plus grand objet de la ceinture d’astéroïdes et sa surface fortement cratérisée suggère un passé violent rempli de collisions.
Les échantillons de roche de Vesta présentaient la même distribution d’isotopes que celle observée sur Terre. Maintenant, cela ne signifie pas que Vesta était nécessairement la source de notre eau mais qu’un ou des objets similaires à Vesta en âge et en composition pourraient être responsables.
Mais la dispute est encore loin d’être réglée. Pendant un temps, les études sur les comètes semblaient conforter l’idée que l’eau de la Terre provenait d’astéroïdes. La récente sonde Rosetta a été la première à se mettre en orbite autour d’une comète, puis également la première à envoyer un atterrisseur (appelé Philae) à la surface de la comète. Grâce à Rosetta et Philae, les scientifiques ont découvert que le rapport entre l’eau lourde (eau fabriquée à partir de deutérium) et l’eau « ordinaire » (fabriquée à partir d’un bon vieil hydrogène) sur les comètes était différent de celui de la Terre, ce qui suggère que, tout au plus, 10 % de l’eau de la Terre pourrait provenir d’une comète.
Cependant, en 2018, un passage proche de la comète 46P/Wirtanen a permis aux scientifiques planétaires d’examiner plus en détail sa composition isotopique à l’aide de SOFIA, un gros porteur avec un télescope à bord – très cool. Ils ont constaté que la comète présentait des rapports de deutérium et d’hydrogène similaires à ceux que l’on trouve sur Terre. Alors, qu’est-ce qui rend cette comète différente de celle étudiée par Rosetta et Philae ?
Eh bien, la comète 46P/Wirtanen fait partie d’une classe de comètes dites « hyperactives », ce qui signifie qu’elles libèrent plus d’eau en se rapprochant du Soleil qu’une comète ordinaire. Comment cela se produit-il ? Lorsqu’une comète standard s’approche de la chaleur du Soleil, les particules de glace de son noyau se subliment ou passent directement de la glace solide à un gaz, qui peut ensuite se condenser en eau liquide s’il devait, par exemple, arriver à la surface d’une planète. Mais une comète hyperactive perd non seulement la glace de son noyau, mais aussi les particules riches en glace de son atmosphère qui ont été précédemment chauffées et libérées par le noyau mais qui sont toujours là. Ces particules glacées sont peut-être ce qui fait que les comètes hyperactives ont des rapports isotopiques plus similaires à ceux de la Terre.
Donc, même si les comètes hyperactives sont plus rares, le fait qu’elles aient des budgets isotopiques similaires à ceux observés sur Terre les a remises dans la course pour être le porteur d’eau cosmique de la Terre.
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