Par Stephen Battersby

DEPUIS des milliards d’années, la Terre effectue un périlleux voyage dans l’espace. Alors que notre planète tourne autour du soleil, tout le système solaire entreprend un voyage bien plus vaste, faisant le tour de notre univers insulaire tous les 200 millions d’années. En nous frayant un chemin à travers le disque de la Voie Lactée, nous avons dérivé à travers de brillants bras spiraux, bravé l’obscurité stygienne des nébuleuses denses et assisté à la mort spectaculaire d’étoiles géantes.

Beaucoup de ces merveilles pourraient bien avoir été mortelles, faisant pleuvoir des radiations mortelles sur la surface de la Terre ou lançant d’énormes missiles sur notre chemin. Certains ont peut-être anéanti des pans de vie, brisé des continents ou transformé la planète en glace. D’autres ont peut-être été plus bénins, semant peut-être même les graines de la vie.

Pour l’instant, ce sont des conjectures. Nous ne pouvons pas retracer notre chemin à travers la mêlée gravitationnelle de la galaxie, encore moins calculer quels incidents nous sont arrivés où et quand. La Terre elle-même, ses roches constamment recyclées par la tectonique des plaques et remodelées par l’érosion, est remarquablement oubliée des assauts passés de l’espace.

Mais un dépôt de nos mémoires cosmiques pourrait être à portée de main. Le sol et les rochers de la lune résistent intacts pendant des éons. Au fond de la surface lunaire, il pourrait y avoir des archives du voyage de notre planète. Ce que la Terre oublie, la lune s’en souvient.

Il y a longtemps, dans cette galaxie, mais loin, très loin… le ciel est rempli d’étoiles brillantes et de nébuleuses brillantes, bien plus denses que les cieux apprivoisés d’aujourd’hui. Mais cette scène ne doit pas durer. Une grande vague d’étoiles courbe ramasse le système solaire comme un morceau de flotsam, le balayant dans les franges galactiques vides, loin de sa patrie oubliée.

Aujourd’hui, le système solaire parcourt une trajectoire quasi circulaire autour de notre galaxie, maintenant une constante de 30 000 années-lumière entre nous et le noyau galactique bouillonnant. Nous avons supposé une fois que la plupart des étoiles sont restées sur des orbites aussi calmes toute leur vie. Notre balade a peut-être été plus excitante. Les bras spiraux caractéristiques d’une galaxie comme la Voie Lactée sont des ondes de densité plus élevée, des régions où les étoiles et le gaz sont un peu plus proches l’un de l’autre qu’ailleurs dans le disque de notre galaxie. Leur gravité supplémentaire est normalement trop faible pour modifier considérablement la trajectoire d’une étoile, mais si la vitesse orbitale de l’étoile correspond à la vitesse à laquelle le bras spiral tourne lui-même, la force supplémentaire a plus de temps pour prendre effet (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol 336, p 785). « C’est comme les surfeurs sur l’océan – s’ils pagayent trop lentement ou trop vite, ils n’arrivent nulle part. Ils doivent correspondre à la vitesse juste, puis ils sont poussés « , explique Rok Roskar de l’Université de Zurich, en Suisse.

Les simulations de Roskar montrent qu’une étoile chanceuse peut surfer sur la vague pendant 10 000 années-lumière ou plus. Notre soleil peut être un tel surfeur. Certaines mesures impliquent que le soleil est plus riche en éléments lourds que l’étoile moyenne de notre voisinage, ce qui suggère qu’il est né dans la zone centrale occupée de la galaxie, où les vents stellaires et les étoiles explosives enrichissent le brassage cosmique plus que dans les banlieues galactiques. L’agitation gravitationnelle reçue par le système solaire pourrait également expliquer pourquoi Sedna, une grande boule de glace aux extrémités du système solaire, voyage sur une orbite déroutante et extrêmement allongée (arxiv.org/abs/1108.1570 ).

Il s’agit de simples preuves circonstancielles. Mais nous pourrions trouver des traces plus directes d’incidents inquiétants d’un passé lointain

Le ciel s’épanouit avec de jeunes étoiles brillantes, bleu-blanc, certaines encore cocoonées dans une gaze du gaz à partir duquel elles se sont formées. Le plus brillant brille avec la lumière de 20 000 soleils, mais sa brillance est un signe d’avertissement. Bientôt, l’étoile explosera, bannissant la nuit pendant plusieurs semaines. Contrairement à la chaleur vivifiante du soleil, cette lumière apportera la mort.

Dans un bras spiral proche de la Voie Lactée, à plus de 1000 années-lumière de la position actuelle de notre système solaire, se trouve la nébuleuse d’Orion, berceau des étoiles géantes. Notre système solaire a dû parfois dériver beaucoup plus près de ces pépinières stellaires. Le faire, c’est flirter avec le désastre. Une étoile massive brûle rapidement son carburant et, en quelques millions d’années, son noyau peut s’effondrer, libérant la vaste énergie d’une supernova.

Les rayons X d’une supernova située à quelques dizaines d’années-lumière pourraient épuiser ou détruire la couche d’ozone terrestre, laissant entrer les rayons ultraviolets nocifs du soleil. Les protons à haute énergie, ou rayons cosmiques, continueraient de bombarder la Terre pendant des décennies, appauvrissant l’ozone, endommageant les tissus vivants et éventuellement ensemencant des nuages pour déclencher le changement climatique. De telles convulsions auraient pu déclencher certaines des extinctions de masse qui ponctuent si cruellement l’histoire de la vie sur Terre – peut-être même précipitant la disparition des dinosaures il y a 65 millions d’années, selon une théorie formulée dans les années 1990.

Les preuves de supernovae passées sont minces au sol, bien qu’en 1999 des chercheurs allemands aient trouvé des traces de fer-60 dans les sédiments du Pacifique Sud (Physical Review Letters, vol 83, p 18). Cet isotope, d’une demi-vie de 2,6 millions d’années, n’est fabriqué en quantités significatives par aucun processus sur Terre, mais est expulsé par des supernovae. L’interprétation est contestée, mais si iron-60 est l’empreinte sale d’une supernova, cela suggère qu’une étoile a explosé il y a seulement quelques millions d’années à environ 100 années-lumière de nous.

Le scientifique planétaire Ian Crawford de Birkbeck, Université de Londres, suggère que nous pouvons nous tourner vers la lune pour trouver des preuves claires de telles astro-catastrophes. ”La lune est une éponge géante qui absorbe tout ce qui lui est jeté alors que nous faisons le tour de la galaxie », dit-il. Les rayons cosmiques d’une supernova pénétreront dans la lune, laissant des traces de dommages dans les minéraux de surface qui seront visibles au microscope et frappant les atomes pour créer des isotopes exotiques tels que le krypton-83 et le xénon-126.

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Bien que le sol lunaire soit durable, pendant des milliards d’années, une pluie constante de rayons cosmiques obscurcirait les enregistrements d’événements uniques, même ceux aussi extrêmes qu’une supernova voisine. Crawford, avec Katherine Joy du Lunar and Planetary Institute de Houston, au Texas, et ses collègues, pense que l’astuce sera de rechercher ces sites relativement rares avec une séquence de coulées de lave. Lorsque la roche fondue suinte à la surface et se refroidit, elle commence à recueillir des traces de rayons cosmiques; s’il est ensuite recouvert, il conserve un enregistrement vierge de l’époque à laquelle il a été exposé. Les coulées de lave peuvent être datées avec précision en mesurant les produits de désintégration des éléments radioactifs qu’elles contiennent (Terre, Lune et Planètes, vol 107, p 75).

Les vaisseaux spatiaux ont déjà repéré de nombreuses coulées de lave lunaire tentantes. Jusqu’à présent, ils remontent tous à plus d’un milliard d’années, à une époque où la lune était plus chaude et donc plus active volcaniquement. Crawford espère trouver des piles de lave plus petites et plus récentes, ou des couches de roche fondues par de grands impacts. Des enregistrements de supernovae peuvent être enfouis à l’intérieur, que nous pouvons comparer avec les fossiles de la Terre pour voir s’ils correspondent à une extinction de masse. Des roches beaucoup plus anciennes pourraient nous dire si les supernovae voisines étaient plus fréquentes dans le passé – peut-être un signe que nous avons déjà traversé les confins plus denses et plus mouvementés de la galaxie.

Et la lune peut contenir d’autres souvenirs

L’obscurité arrive. Il commence avec juste une petite tache de noir sans étoile, mais grandit lentement jusqu’à ce qu’il efface le ciel. Pendant un demi-million d’années, le soleil est la seule étoile visible. Alors que la poussière et le gaz extraterrestres pleuvent et envahissent notre atmosphère, la Terre est enveloppée de nuages blancs et saisie de glace; un pâle miroir de la sombre banque de nuages cosmiques au-dessus.

Le gaz interstellaire imprègne la Voie lactée, mais pas uniformément. Il se trouve maintenant que le système solaire habite une parcelle d’espace inhabituellement vide, la bulle locale, avec seulement un atome d’hydrogène par cinq centimètres cubes d’espace. Dans le passé, nous avons dû dériver à travers des nuages de gaz beaucoup plus denses, y compris certains de plus de 100 années-lumière dans lesquels l’hydrogène se forme en molécules à l’intérieur froid et sombre.

Dans de telles nébuleuses, la Terre a peut-être attrapé un rhume. Habituellement, l’intérieur du système solaire est protégé des radiations interstellaires sévères par le vent solaire, un flux de particules chargées qui s’écoule profondément dans l’espace, formant un énorme bouclier électromagnétique appelé héliosphère. Lorsque le gaz interstellaire devient plus dense, le vent solaire ne peut pas pousser aussi loin et l’héliosphère se rétrécit. Au-dessus d’une densité d’environ 1000 molécules par centimètre cube, il se contractera à l’intérieur de l’orbite terrestre. Cela pourrait arriver tous les quelques centaines de millions d’années.

L’accumulation d’hydrogène dans la haute atmosphère terrestre modifierait sa chimie, créant une couche nuageuse réfléchissante, tandis que la poussière pourrait imiter l’effet d’ombrage des aérosols sulfatés des éruptions volcaniques. Alex Pavlov de l’Université du Colorado, Boulder, dit que la poussière seule pourrait déclencher une ère glaciaire mondiale, ou « terre boule de neige » (Geophysical Research Letters, vol 32, p L03705).

Nous savons que la Terre a subi de tels épisodes, y compris de grands frissons il y a environ 650 et 700 millions d’années. Leur cause reste obscure. Cela aurait pu être l’altération des montagnes qui a extrait le dioxyde de carbone de l’air, ou des éruptions volcaniques, ou des changements dans l’orbite de la Terre autour du soleil – ou un nuage noir dans l’espace.

Là encore, les nuages ont peut-être eu une influence plus heureuse sur la Terre. William Napier de l’Université de Buckingham au Royaume-Uni a suggéré qu’ils pourraient être des relais de vie, abritant des micro-organismes des rayons cosmiques et les saupoudrant sur n’importe quelle planète réceptive lors de son passage (International Journal of Astrobiology, vol 6, p 223).

La lune pourrait à nouveau nous raconter l’histoire de la Terre. Là-haut, la poussière extraterrestre se serait installée pour se mélanger au sol lunaire. Il aurait une signature chimique distinctive, avec des niveaux élevés d’uranium 235 et d’autres isotopes générés dans les supernovas et dispersés dans l’espace. Idéalement, la poussière serait ensevelie sous une coulée de lave pratique.

S’y rendre ne sera pas facile. ”Nous devrons peut-être couler un forage dans une zone connue pour avoir beaucoup de coulées de lave », explique Joy. La mise en place d’une plate-forme de forage sur la lune dépasse nos capacités actuelles, mais Joy souligne que des couches de lave sont exposées dans certaines parois de cratère d’impact et de longues rainures sur la surface lunaire appelées rilles. Une sonde robotique pourrait descendre en rappel un mur de cratère et extraire le sol piégé entre les coulées de lave, suggère Crawford.

Ce sol pourrait également contenir des fragments minéraux qui relatent un autre chapitre de l’odyssée de la Terre – une histoire de roches et d’épaves.

La faible étoile rouge semble inoffensive au premier abord, une tache à peine perceptible éclipsée par 10 000 autres points de lumière. Mais ça grandit. En seulement quelques milliers d’années, elle devient l’étoile la plus brillante du ciel. Dans le nuage d’Oort, bien au-delà de Pluton, des boules géantes de glace et de roche commencent à dévier de leurs orbites délicatement équilibrées et à se rapprocher du soleil. Bientôt, les cieux grouillent de comètes – de mauvais présages pour la Terre.

La surface dénoyautée de la lune enregistre des éons de bombardement. Les astronautes d’Apollo ont trouvé de nombreux échantillons d’ancienne roche fondue, révélant qu’il y a environ 4 milliards d’années, le système solaire interne était bombardé de corps massifs.

Ce « bombardement lourd tardif » aurait été causé par les mouvements des planètes externes Uranus et Neptune perturbant les astéroïdes de la ceinture de Kuiper, où réside Pluton. Les incidents de notre odyssée galactique auraient déclenché d’autres tempêtes de comètes et d’astéroïdes. Le passage d’étoiles ou de nuages de poussière pourrait avoir déclenché un pic ponctuel dans le bombardement. Un modèle plus régulier de formation de nouveaux cratères pourrait refléter une rencontre répétée sur notre chemin autour de la galaxie – en passant par un bras spiral particulièrement dense et immuable, par exemple.

Pour le savoir, nous devrions visiter une variété de surfaces, prélever de petits échantillons de roches pour déterminer leur âge, puis faire un recensement minutieux des cratères pour voir comment le taux d’impact a fluctué. Les sols enterrés pourraient aider, dit Joy. « Nous pourrions trouver des fragments qui nous diraient quel type d’astéroïdes ou de comètes frappaient la lune. »

Pour le moment, on ne peut que regarder le visage escarpé de notre ancien compagnon et se demander quelles histoires il a à raconter. Si les agences spatiales mondiales s’en tiennent à leurs plans actuels, décrits dans la Feuille de route de l’exploration mondiale de 2011, « il devrait être possible de commencer à accéder aux gisements anciens d’ici quelques décennies”, explique Crawford. Alors, peut-être, nous pourrons commencer à écrire la version définitive de l’odyssée épique de la Terre.

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