Un peu de philosophie :
La notion de vie est fondamentalement subjective : nous déclarons vivant un "objet" (comme on dit "objet d'attention" ou "objet d'amour") avec lequel nous pouvons avoir des relations riches et intéressantes. Parmi ces relations, il y a le fait de pouvoir projeter sur lui des comportements qui nous sont propres comme l'autonomie. Il n'y a donc strictement parlant pas d'organisme vivant mais seulement des relations vivantes à des organismes.
Cela dit, c'est une constatation empirique que tout objet avec lequel nous entretenons une relation vivante a une architecture physico-chimique complexe (molécules, cellules, organes, ...). Aucune théorie philosophique, psychologique ou biochimique n'a jamais expliqué cette corrélation, on ne peut que la constater. Elle permet de faire le chemin inverse et d'attribuer, à titre d'hypothèse méthodologique, le caractère de biologiquement vivant à un objet dont l'architecture physico-chimique est complexe et présente des caractéristiques analogues à celles des organismes terriens. C'est la démarche suivie par les astronomes qui cherchent "la vie" en dehors de la Terre (exobiologie). Dans cette démarche, il s'agit alors de savoir quelles sont les caractéristiques que l'on va retenir. Ce choix est partiellement arbitraire.
Une fois admise la démarche biochimique décrite précédemment, elle permet de préciser dans quel type de planète on peut s'attendre à rencontrer une vie biologique. Pour que cette dernière puisse prospérer, un certain nombre de conditions sont requises. Ces conditions sont généralement admises par les astronomes, mais ils restent ouverts à des écarts et des variantes.
La condition principale est qu'il faut un milieu liquide car il favorise énormément le transport des matériaux nécessaires à une activité biochimique.
L'eau est un liquide à priori prometteur car c'est l'un des plus abondants de l'univers (les autres étant par exemple l'alcool ou le méthane et l'ammoniaque qui peuvent également être liquides, quoique à des températures beaucoup plus basses). De plus elle a l'avantage d'être un des meilleurs solvants ce qui favorise les réactions et échanges biochimiques.
On est ainsi conduit à favoriser les circonstances permettant la présence d'eau liquide.
Une autre condition universelle est qu'il faut, dans le cadre des concepts thermodynamiques traditionnels, une source d'énergie "noble" (c'est-à-dire sous forme non thermique) à entropie très basse. Elle doit par ailleurs être permanente car son interruption conduirait à la destruction des organismes. La meilleure source d'énergie permanente, abondante et de basse entropie connue à ce jour est le rayonnement des étoiles.
Distance de la zone habitable à l'étoile, en fonction du type stellaire.
Crédit :
NASA
Le meilleur endroit identifié à ce jour où on trouve à la fois de l'eau liquide et une source permanente et intense de lumière est une planète située à une distance de son étoile telle que sa température est d'environ 300 K. De plus elle doit être suffisamment massive pour empêcher l'eau de s'échapper de la planète, mais pas trop sinon l'eau est confinée dans des couches profondes et sans lumière d'une atmosphère d'hydrogène (ce dernier point est toutefois sujet à discussion). On est ainsi conduit à chercher en priorité une vie biologique sur une planète de 1 à quelques masses terrestres située à une distance de 0,2 UA (pour les étoiles de type M) à 1,5 UA (pour les étoiles de type F) de son étoile (bien que des satellites de planètes géantes riches en eau et chauffés par effet de marée comme Europe, satellite de Jupiter, soient envisageables). Cette distance critique, dépendant du type d'étoile, définit ce qu'on appelle la zone d'habitabilité de l'étoile.
Alors que dans le système solaire on peut envoyer des missions qui feront de l'analyse in situ voire du retour d'échantillons pour analyser la structure biochimique d'échantillons, dans le cas des exoplanètes on en est réduit à faire de la télédétection. Celle-ci peut a priori prendre plusieurs formes :
- analyse de "signaux" radio ou optiques : c'est la démarche des programmes "SETI" (Search for ExtraTerrestrial Intelligence) que nous ne commentons pas davantage ici
- analyse polarimétrique des exoplanètes. Cette voie n'est pour l'instant pas explorée
- analyse spectrale des exoplanètes. C'est l'approche la plus élaborée, qui est développée ci-dessous.
Il y a deux approches pour détecter une activité biologique dans le spectre d'une planète : l'analyse spectrale de sa surface et celle de son atmosphère.
Pouvoir réflecteur de la végétation en fonction de la longueur d'onde. On voit que les plantes réfléchissent essentiellement dans l'infrarouge, et 7 fois moins dans le visible (du bleu au rouge).
Crédit :
"Spectroscopy of Rocks and Minerals, and Principles of Spectroscopy" par Roger N. Clark. cf http://speclab.cr.usgs.gov/PAPERS.refl-mrs/refl4.html#section4.3
Végétation
Une approche directe consiste à chercher et à détecter directement des organismes sur la surface de la planète grâce à leurs propriétés spectrales. Un exemple est de chercher un analogue des caractéristiques spectrales d'une végétation qui révèlent un pouvoir réflecteur très renforcé au-dessus de 725 nm (ce qui fait que les plantes réfléchissent 60 fois plus de lumière dans l'infrarouge que dans le vert).
Oxygène-ozone
Au lieu de détecter directement le spectre de la lumière réfléchie par des organismes comme des plantes, on peut chercher à détecter des sous-produits non biologiques d'une activité biochimique. C'est le cas par exemple des gaz rejetés dans l'atmosphère comme l'oxygène (sous-produit de la photosynthèse) ou du méthane (sous-produit de la décomposition des organismes). D'ailleurs l'oxygène lui-même a comme sous-produit l'ozone que l'on peut également chercher à détecter.