L'apparition de la vie serait-elle due aux

colères du jeune Soleil ?

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

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 semblait pas situé 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 pourrait imaginer qu’il n’y avait pas d’eau liquide à la surface de la planète, qui devait ressembler à une boule de glace… Eh bien pas du tout. Comme le montrent les registres géologiques, l’eau était liquide et abondante, la Terre 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 et paléoclimatologues tentent de l'expliquer par des modèles climatiques de plus en plus complexes, étayés par les connaissances croissantes sur le début de l’Archéen. Des chercheurs de la Nasa, emmenés par Vladimir Airapetian, du Goddard Space Flight Center, pensent, eux, 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.

Un réchauffement global salutaire

Comme le démontrent les observations du télescope spatial Kepler, une étoile comme la nôtre est dans sa jeunesse autrement plus turbulente qu’à l’âge adulte (rappelons qu’actuellement, le Soleil, âgé de 4,57 milliards d’années, est au milieu de sa vie). Les éruptions solaires auxquelles nous assistons aujourd’hui, aussi impressionnantes soient-elles, sont 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 (des éjections de masse coronale) sont encore inférieures à celles générées il y a 4 milliards d’années. Les chercheurs parlent d’ailleurs de « super tempêtes », avec des vents solaires 50 fois plus forts qu'aujourd'hui. Elles se produisaient environ 10 fois… par jour ! En comparaison, le Soleil est bien plus calme aujourd’hui puisque les plus puissantes se manifestent en moyenne une fois par siècle.

« Nos calculs montrent que l’on pouvait voir régulièrement des aurores jusqu’à la Caroline du Sud [32° de latitude nord, soit à peu près celle de Marrakech, au Maroc, 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. »

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. © Nasa, GSFC, CIL

Un effet de serre et une chimie prébiotique

En ce temps-là, le champ magnétique terrestre était plus faible et l’enveloppe atmosphérique était composée à 90 % d’azote moléculaire (N₂). Ce gaz est neutre et très peu réactif. Mais l’assaut violent et répété du vent solaire a pu briser ces molécules et produire des atomes d'azote isolés. Bien plus réactifs, ils auraient réagi sur le dioxyde de carbone (CO₂) ou le méthane (CH₄), pour former notamment du monoxyde de carbone (CO) et du protoxyde d’azote (N₂O), un gaz à effet de serre 300 fois plus puissant que le CO₂. Selon les auteurs, même si sa concentration dans l'atmosphère était faible, ce protoxyde d'azote aurait suffi à la réchauffer suffisamment pour que l'eau reste liquide à la surface de la Terre.

Les chercheurs vont plus loin et avancent que cette modification de la composition chimique de l’atmosphère aurait aussi pu initier une chimie prébiotique, grâce à l'apparition du cyanure d'hydrogène (HCN). Ce composé, très réactif, peut en effet conduire à des composés azotés, comme les acides aminés. Ensemble, cinq molécules de HCN peuvent aussi former de l'adénine (qui se trouve dans la molécule d'ATP et dans les acides nucléiques). De plus, l'énergie quotidiennement apportée par le vent solaire pourrait être celle qui a permis à la chimie prébiotique d'aller jusqu'aux grandes molécules, comme l’ARN.

Cette explication n'est pour l'instant qu'une hypothèse mais elle a le mérite de l'originalité, faisant des colères du jeune Soleil une source de vie pour la Terre... (La question, il est vrai, 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 ? Et si la tectonique des plaques ne s'était enclenchée… ?)

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.

À l’heure 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, voire habités ou en devenir…