Dans mon dernier billet, j'ai soulevé quelques questions à propos des liens qui unissent la recherche de vie extraterrestre intelligente dans notre galaxie et son développement sur notre planète. En effet, plusieurs des paramètres de la forme dite "classique" de l'équation de Drake sont si mal connus que la seule façon de les estimer est de prendre la Terre comme point de référence. Cette approche, curieusement géocentrique, s'appuie sur quelques principes de base que l'on espère fondamentaux et universels. On identifie trois principes de base. Quels sont-ils et jusqu'à quel point sont-ils valables ?

Le premier postulat est connu sous le nom de principe d'uniformité. Il exprime le fait que les lois de la physique (et donc de la chimie, de la biochimie, etc.) sont les mêmes partout dans l'Univers. Selon le principe d'uniformité, les quatre grandes forces qui régissent l'Univers, la force gravitationnelle, la force électromagnétique, et les forces nucléaires forte et faible, se comportent de la même manière peu importe où l'on se trouve dans l'Univers. Il en va donc de même avec la nature et le comportement des éléments chimiques. Ainsi, à titre d'exemple, le carbone et l'oxygène forment les mêmes molécules ici sur Terre ou ailleurs dans l'Univers et les propriétés de ces molécules sont partout les mêmes.

Le principe d'uniformité est à la base de la cosmologie moderne. Alors qu'initialement ce principe était une vue de l'esprit, il a, depuis près de 400 ans, été testé et démontré de plusieurs manières différentes. Ainsi, l'observation des systèmes binaires d'étoiles, des géantes rouges, des naines blanches, des molécules interstellaires, etc. montrent hors de tout doute possible que les quatres forces fondamentales, décrites ci-haut, se comportent de la même manière tant dans nos laboratoires terrestres qu'ailleurs dans l'Univers.

Le deuxième postulat de base est plus subtil et de nature plus philosophique. Il s'agit du principe de plénitude. Selon ce principe, toute situation pouvant potentiellement être réalisée sera réalisée. En d'autres termes, si toutes les conditions nécessaires à un événement sont réunies, cet événement se produira assurément. De manière vague, le principe de plénitude fait appel au concept de temps et d'écoulement du temps. Le principe de plénitude est donc en quelque sorte relié à celui de l'expansion de l'Univers. Puisque l'Univers est en expansion et que selon les observations actuelles, cette expansion ne s'arrêtera pas, le temps aussi s'écoule de manière continue jusqu'à l'infini permettant ainsi à une situation potentielle de se concrétiser. De plus, comme j'en ai déjà discuté dans un billet précédent (voir "Je pense donc ...l'Univers est en expansion"), l'expansion de l'Univers nous assure que des structures complexes peuvent se former quelque part dans celui-ci. Autrement dit, l'expansion de l'Univers est une condition nécessaire à l'apparition de la vie.

Le troisième et dernier postulat est connu sous le nom de principe copernicien ou principe de médiocrité (au sens du terme latin mediocris qui signifie "est au milieu, moyen, ordinaire"). Selon ce principe, la Terre, le Soleil, et notre système solaire n'ont rien d'exceptionnel, en conséquence l’évolution du vivant sur notre planète (biologique, culturelle et technologique) ainsi que l’environnement dans lequel cette vie est apparue n’ont rien d’exceptionnel. C'est surtout sur ce dernier principe que s'appuie la plupart des spécialistes pour estimer la valeur des paramètres moins bien connus de l'équation de Drake.

En soi, le principe de médiocrité a plutôt bien servi l'astronomie et la science en général. Ainsi, depuis Copernic, nous avons découvert que la Terre est une planète comme les autres dans le système solaire; elle n'occupe pas une place privilégiée au centre. De même, le Soleil n'est pas au centre de la Voie lactée, et cette dernière n'est pas au centre de l'Univers. De plus, il existe des milliards de galaxies semblables à la notre, et des milliards (voir des centaines de milliards) d'étoiles similaires au Soleil. Il doit donc exister des milliards et des milliards de planètes comme la Terre dans la Voie lactée et dans l'Univers.

Or, c'est justement ce dernier point que certains chercheurs remettent en question depuis quelques années (voir l'ouvrage de Peter Ward et Donald Brownlee intitulé Rare Earth). Alors qu'il est relativement facile de démontrer que notre galaxie ou notre Soleil existent à des milliards de copies, il en va tout autrement de la Terre et de l'évolution de la vie sur celle-ci. Comme je le mentionnais dans le deuxième billet de cette série, les performances actuelles des meilleurs télescopes ne permettent pas encore la détection de planètes similaires à la Terre. Pour l'instant, dans l'état actuel de nos connaissances, notre planète est donc unique...! Cette affirmation est évidemment téméraire et prématurée puisque, selon toutes les observations accumulées à ce jour, il est fort probable que d'ici quelques années la prochaine génération de télescopes nous révéle l'existence de planètes semblables à la Terre autour d'autres étoiles semblables au Soleil.

Cependant, qu'en est-il de l'apparition de la vie et de son évolution vers des formes très complexes menant à l'apparition de l'intelligence, de la culture et de la technologie ? Quels sont les facteurs qui favorisent (ou défavorisent) la vie, la complexité, l'intelligence ? La forme classique de l'équation Drake est plutôt muette à ce sujet puisqu'elle ne fait intervenir que deux paramètres, Fv, la fraction des planètes sur lesquelles la vie apparaît, et Fi, celles sur lesquelles l'intelligence se développe. Ce nombre restreint de paramètres reflète surtout notre ignorance des mécanismes qui permettent à la vie d'apparaître et de se développer!

Les partisans de l'hypothèse "Rare Earth" supposent que notre planète n'est pas aussi médiocre qu'on le pense. Selon eux, l'apparition de la vie et son évolution vers l'intelligence requièrent une longue combinaison d'événements auparavant négligés par les autres chercheurs. Ainsi, même s'il existait des milliards de copies de la Terre ailleurs dans notre galaxie et dans l'Univers, notre planète jouirait d'un ensemble de facteurs, critiques, favorables à la vie et au développement de la complexité, qui la rendrait beaucoup plus unique qu'on l'imagine. Parmi ces facteurs, on retrouve:

1) La présence d'un gros satellite naturel, la Lune, qui stabilise l'axe de rotation de la Terre. Dans notre système solaire, la Terre est la seule planète qui possède un gros satellite naturel par rapport à sa taille et à sa masse. Or sans cette grosse lune, l'inclinaison de l'axe de rotation de notre planète varierait de plusieurs dizaines de degrés en quelques millions d'années, comme c'est le cas pour la planète Mars. Le cycle des saisons serait alors beaucoup moins stable ce qui fragiliserait la survie et surtout l'évolution à long terme des organismes les plus complexes.

2) La présence de grosses planètes, telles Jupiter et Saturne, sur des orbites stables et modérément éloignées de celle de la Terre. Dans notre système solaire ces grosses planètes jouent le rôle de bouclier pour les petites planètes plus près du Soleil (Vénus, la Terre, Mars) en attirant et déviant la plupart des comètes et des astéroïdes. Sans ces planètes, la surface de la Terre aurait probablement subit davantage de bombardements en provenance de l'espace. Certains calculs indiquent que le taux de collisions, semblables à celui qui a mis un terme au règne des dinosaures il y a 65 milions d'années, serait jusqu'à 10 fois plus élevé sans la présence de Jupiter. S'il y avait eu davantage d'impacts violents, la fréquence des extinctions massives aurait été plus élevée et l'évolution des formes plus complexes de vie aurait été ralentie ou stoppée.

3) Le mouvement des plaques tectoniques qui régule la concentration du dioxyde de carbone dans l'atmosphère de notre planète. Encore ici, la Terre se distingue dans le système solaire; elle est la seule connue qui montre ce type particulier d'activité géologique. Nous avons découvert des volcans sur Mars et Vénus, mais pas de mouvement de la croûte sous forme d'immenses plaques. On comprend bien la dynamique du processus des plaques, mais on ignore ce qui déclenche ce processus. Faut-il que la masse de la planète soit au-dessus d'une certaine valeur ? Faut-il qu'un impact très violent, comme celui entre la jeune Terre et ce qui allait devenir la Lune, fracture la croûte en plusieurs plaques ? Faut-il un certain volume d'eau sous forme d'océans ? Etc. ? L'effet net du mouvement des plaques tectoniques est de maintenir la concentration du gaz carbonique à un niveau tel que l'effet de serre ne s'emballe pas, comme sur Vénus, et transforme la Terre en enfer, ou ne diminue pas suffisamment longtemps, comme sur Mars, et que la Terre gèle à jamais. Le mouvement des plaques tectoniques est donc un ingrédient essentiel dans la régulation du cycle long (inorganique) du carbone sur notre planète.

D'autres facteurs peuvent s'ajouter à cette liste, la position du Soleil dans notre galaxie (ni au trop au centre, ni trop en périphérie), le volume d'eau reçu par la Terre pour former les océans, le nombre d'épisodes d'extinction de masse, etc. Selon les partisans de l'hypothèse "Rare Earth", tous ces facteurs peuvent jouer un rôle dans le développement des formes complexes de vie et donc, ultimement, dans l'apparition de l'intelligence, de la culture et de la technologie. Pour estimer plus correctement "le nombre de civilisations extraterrestres technologiquement avancées dans notre galaxie" il faut donc inclure de nouveaux paramètres dans l'équation de Drake. Une version "améliorée" de l'équation pourrait avoir la forme suivante:

Nc = Né * Fs * Fp * Nt * Fv * Fl * Fj * Fg * Fem * Fi * Tc/10,000,000,000

Nc est ce que l'on cherche, soit le nombre de civilisations extraterrestres technologiquement

avancées dans notre galaxie,

est le nombre d'étoiles dans notre galaxie,

Fs est la fraction de ces étoiles semblables au Soleil,

Fp est la fraction des ces étoiles accompagnées de planètes

Nt est le nombre de planètes semblables à la Terre dans un système planétaire donné,

Fv est la fraction de ces planètes où la vie apparaît,

Fl est la fraction des planètes accompagnée d'un gros satellite naturel,

Fj est la fraction des systèmes planétaires avec une géante gazeuse à bonne distance comme Jupiter,

Fg est la fraction des planètes sur lesquelles des plaques tectoniques sont géologiquement actives,

Fem est la fraction des planètes sur lesquelles le nombre d'extinction de masse n'est ni trop grand ni trop faible

Fi est la fraction sur lesquelles l'intelligence se développe,

Tc est la durée de vie en années d'une civilisation technologiquement avancée comparée à

l'âge de notre galaxie (environ 10 milliards d'années).

Les avis sont partagés sur le nombre de paramètres qui devraient être inclus dans l'équation de Drake. Doit-on en ajouter ou en retrancher quelques-uns ? Quelles valeurs doit-on leur assigner ? D'un point de vue mathématique, l'équation est suite de termes multipliés les uns à la suite des autres; il suffit que la valeur d'un seul de ces termes soit presque nulle pour que le résultat Nc soit proche de zéro.

De manière générale, le point commun des nouveaux paramètres est qu'ils sont tous reliés non pas à l'apparition de la vie mais, plutôt, au développement des formes complexes de la vie (donc des animaux, des humains, de l'intelligence, ...). En d'autres termes, ces nouveaux paramètres ne diminuent pas la probabilité que la vie apparaisse sur une planète, mais contraignent davantage son évolution vers des organismes complexes. Donc la vie microbienne est probablement commune dans l'Univers mais la vie complexe et intelligente est beaucoup plus rare. Ces nouveaux paramètres reflètent ainsi beaucoup mieux l'histoire de la vie sur notre planète, où la vie microbienne a dominé pendant près de 3 milliards d'années, alors que les organismes complexes n'occupent que les derniers 500 à 600 millions d'années.

À ce stade, estimer le nombre de civilisations extraterrestres technologiquement avancées et capables de communications sur de longues distances demeure un exercice extrêmement périlleux. L'équation de Drake, malgré son vernis scientifique, paramétrise davantage notre ignorance qu'autre chose. Tant que nous n'aurons pas bien compris les mécanismes menant à l'apparition et à l'évolution de la vie sur notre planète, la question "Combien existe-t-il de civilisations extraterrestres ?" restera malheureusement sans réponse.

Je vous laisse à vos réflexions pour quelques semaines, le temps de prendre des vacances. Je vous retrouve en septembre prochain. À bientôt.