Page pour l`impression - Observatoire de Paris

Introduction
A la question " Existe-t-il d'autres civilisations
intelligentes / technologiquement avancées
dans l'Univers ? ", on peut répondre intuitivement
qu'il y a d'innombrables étoiles, donc probablement
beaucoup de planètes, et si la vie (et l'intelligence,
et la technologie) est apparue chez nous, cela a dû
se passer ailleurs également (peut-être même en
beaucoup d'endroits).
On appelle cette idée, qui suppose que nous ne
sommes en rien exceptionnels, le principe de
médiocrité. Mais ce n'est pas une réponse
scientifique. Que peut répondre la science à cette
question ?
Vue d'artiste d'une forme de vie extraterrestre.
Crédit : Observatoire de Paris / UFE
L'équation de Drake
L'équation de Drake correspond à une position
scientifique du problème, posée par l'astronome
américain Frank Drake en 1961.
Equation de Drake
Hypothèse
On se limite à notre Galaxie, car même à la vitesse
de la lumière (300000 km/s) il n'est pas envisageable
de se rendre dans une autre galaxie ni même de
communiquer (par radio) avec ses "habitants"
éventuels. Les galaxies les plus proches sont à des
centaines de milliers d'années-lumière de distance !
Dans notre Galaxie, Drake a exprimé sous forme
d'une équation simple la manière de calculer le
nombre de civilisations avec lesquelles nous pourrions
communiquer aujourd'hui (N civ). L'équation donnée
en 1961 par Frank Drake est :
Crédit : Observatoire de Paris / UFE
N civ = Fét x P pla x N pla x P vie x P int x P com x T
Fét est le taux de formation des étoiles dans la Galaxie. Il est égal au nombre d'étoiles dans la Galaxie
divisé par l'âge de la Galaxie, sachant que le nombre actuel d'étoiles correspond à peu près au nombre total
d'étoiles ayant existé.
P ... est la probabilité ou fraction des étoiles satisfaisant à une condition particulière (de 0 à 100%, c.à.d. de
0 à 1)
P pla est la probabilité qu'une étoile possède des planètes
N pla est le nombre moyen de planètes habitables par étoile. Cela suppose que l'étoile ait de "bonnes"
caractéristiques, que la masse de la planète soit "correcte", et que la distance de la planète à l'étoile soit
"correcte".
P vie est la probabilité que la vie apparaisse sur une planète habitable
P int est la probabilité que l'intelligence apparaisse sur une planète où la vie est apparue
P com est la probabilité qu'une forme de vie intelligente développe des moyens de communiquer avec
d'autres mondes
T est la durée pendant laquelle une telle communication peut être détectée. C'est donc la durée de vie
d'une civilisation communicante.
Il est important de remarquer que cet énoncé scientifique décompose les facteurs requis, et permet donc
de les étudier, mais il ne donne pas la réponse. Nous connaissons très mal la plupart des termes. L'équation
de Drake est en fait un excellent moyen de mesurer notre ignorance … et nos progrès.
Bilan des connaissances actuelles
Le nombre d'étoiles dans la Galaxie se situe
entre 100 et 200 milliards. L'âge de la Galaxie
est de l'ordre de 10 milliards d'années. On
estime donc le taux de formation des étoiles
Fét à 10-20 par an (les estimations récentes
donnent moins de 10). Il est quasi-constant
depuis environ 5 milliards d'années. Ce taux de
formation des étoiles était le seul terme de
le sol du satellite Europa
l'équation assez bien connu jusqu'en
1995 .
La probabilité qu'une étoile possède des
planètes, P pla , commence à être bien estimé,
avec les observations récentes de planètes
extrasolaires. De plus, 15% seulement des
étoiles sont isolées (c'est-à-dire
n'appartiennent pas à un système multiple,
défavorable à la stabilité d'orbites planétaires).
On a observé que certaines étoiles isolées
n'avaient pas de planète. On obtient
finalement
pour des étoiles de la
Le sol de Europe ressemble à des morceaux de puzzle qui
auraient glissé les uns par rapport aux autres. Une
explication possible est que le sol de glace recouvre un
océan d'eau liquide.
Crédit : NASA / GFSC
"séquence principale" (qui sont dans une phase stable de leur vie). Il s'agit là d'un résultat récent
majeur de la découverte des exoplanètes . Malheureusement, Fét et P pla sont les deux seuls
termes de l'équation qui sont assez bien connus.
Les étoiles peuvent se répartir en fonction de leur masse. Les plus massives deviennent très
brillantes mais ne vivent pas longtemps. Les moins massives ne sont pas très chaudes ni lumineuses,
et peuvent en plus avoir une forte activité éruptive. Les étoiles de type solaire représentent environ
1% du total, mais on peut élargir la gamme d'étoiles acceptables (ni trop massives, ni trop peu) à
environ 10%.
Les contraintes sur les planètes (masse et distance à l'étoile) dépendent des conditions requises pour
l'apparition de la vie, et donc de la définition du concept de "vie". On peut cependant limiter la
masse ainsi : les planètes les plus massives sont des géantes gazeuses et n'ont pas de surface
(Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune), alors que Mercure et les planètes naines comme Pluton n'ont
pas d'atmosphère (elles ne sont pas assez massives pour retenir une atmosphère). Dans notre système
solaire, la probabilité que la masse de la planète soit correcte est donc de 1/3.
La distance de la planète à l'étoile est contrainte par ce qu'on appelle la zone habitable, où la
présence d'eau liquide est possible. Dans notre système solaire, la gamme de distances adéquates
représente environ 2% de la gamme des distances des planètes au Soleil. On conçoit au maximum une
distance de 0.5 - 2.5 UA soit 4%. Au niveau des observations, rares sont les planètes que l'on a
découvertes dans la zone habitable de leur étoile, et la moitié d'entre elles ont des orbites très
elliptiques, défavorables car causant de grandes variations annuelles de température.
Globalement, on manque encore de données (en particulier sur les planètes peu massives) pour
pouvoir donner une bonne estimation du nombre de planètes habitables par étoile. Mais il ne faut
pas oublier que la vie pourrait aussi apparaître sur des satellites de planètes géantes : même s'il ne
s'agit pas de "planètes", on devrait inclure ces possibilités dans le terme N pla (peut-être que Frank
Drake n'avait pas pensé à cette possibilité en écrivant l'équation). Dans le système solaire, on pense
notamment à Europe (satellite de Jupiter, qui pourrait avoir de l'eau liquide sous la glace).
Les probabilités que la vie et l'intelligence apparaissent sont beaucoup moins bien connues. Selon un
point de vue optimiste, la vie et l'intelligence pourraient apparaître à coup sûr dès que les conditions
physico-chimiques sont "bonnes" à la surface de la planète (
).
Plusieurs indices font penser aux astronomes que la vie peut se former facilement sur une planète :
- La présence de molécules pré-biotiques est détectée dans les comètes et dans le milieu
interstellaire. Ces molécules sont les éléments de base qui, sur Terre ont formé les premières
cellules vivantes.
- Les premiers temps de la planète Terre ont été très agités : la Terre, comme les autres planètes
était bombardée en permanence par des planétésimaux, dont les descendants sont les comètes.
Quand ce bombardement incessant a pris fin, il y a 3,6 milliards d'année, la température a baissé à la
surface de la Terre et, presque immédiatement, les premières cellules vivantes sont apparues. Les
planètes voisines de la Terre, Mars et Vénus, ont connu les mêmes conditions. Il est possible que ce
processus se soit aussi produit sur ces planètes.
Mais il peut aussi y avoir besoin de conditions exceptionnelles : par exemple, il semble que Jupiter
ait joué le rôle de bouclier gravitationnel par rapport à la Terre, empêchant nombre de comètes de
tomber sur Terre. Sans ce bouclier, la Terre aurait pu avoir une surface couverte d'eau, et aurait été
moins favorable à la vie. D'autre part, la Lune (qui a la particularité d'être relativement massive par
rapport à la Terre) stabilise l'axe de rotation terrestre, donc le climat à long terme. La Lune produit
aussi des marées importantes, intensifiant les échanges liquide / solide.
P vie et P int sont donc peut-être très petits, mais actuellement toutes les estimations sont possibles.
D'après l'histoire humaine, où environ un quart des populations a spontanément évolué vers la
technologie, on peut estimer grossièrement P com à 1/4.
Pour finir, T est une totale inconnue !
Notre civilisation technologique (capable de communiquer via les ondes radio) a environ 100 ans (bien
que l'homo erectus soit apparu il y a un million d'années). Durerons nous encore des millions
d'années, ou disparaîtrons nous dans quelques siècles suite à une catastrophe naturelle, la
destruction de l'écosystème par la pollution, ou encore une guerre nucléaire ? Une civilisation
évoluée pourrait aussi se replier sur elle-même et ne plus chercher à communiquer.
Résultat
Un calcul optimiste donne N civ = 20 x 5% x 0.01 x 1 x 1 x 1/4 x 108 = 250 000. Un calcul pessimiste donne
N civ = 10 x 5% x 0.001 x 0.1% x 0.1% x 1/10 x 1000 = 5.10 -8. En réalité N civ vaudrait 1 puisque nous somme
là, mais alors nous serions seuls dans la Galaxie. Il y a donc encore une grande marge de possibilités. Vous
pouvez essayer diverses valeurs des paramètres avec l'applet ci-dessous.
L'équation de Drake
Cliquer sur l'icône ci-dessus pour lancer l'applet.
Le principe anthropique
On peut voir de plusieurs façons notre situation (géographique, caractéristiques, ...) dans l'Univers. La
façon de voir pré-copernicienne est que la Terre est au centre de l'Univers, et a donc une situation
privilégiée. A l'opposé de ce point de vue, on peut penser que la Terre n'a absolument rien de spécial, et
que la vie intelligente existe sur toutes les planètes. On ne peut rien conclure du premier point de vue sur
le reste de l'Univers, donc il n'est pas très utile, mais on a déjà remarqué que le deuxième était faux
puisqu'on n'a pas détecté d'autre intelligence extraterrestre dans notre système solaire. Entre ces deux
extrêmes, le principe anthropique stipule que notre situation dans l'Univers est banale par rapport à
l'ensemble des observateurs . Il est surtout intéressant si on inclut des intelligences extraterrestres dans
les observateurs.
Exemples d'application :
Notre position dans l'espace est très "atypique" (sur la surface d'une planète avec une atmosphère,
près d'un soleil jaune, etc...), alors que la position la plus probable au hasard est l'espace vide,
prépondérant dans l'Univers. Mais la vie est impossible dans l'espace vide, et la surface d'une planète
semble nécessaire à la vie. Donc forcément, c'est là que nous nous trouvons. Ce n'est pas une
coïncidence, mais une nécessité. (sur Terre il y a moins de gens dans les déserts que sur les côtes).
Notre position dans le temps est particulière: nous apparaissons quand l'Univers est âgé de 10 à 20
milliards d'années (depuis le Big-Bang). Pourquoi pas plus tôt ou plus tard ?
La vie requiert des éléments chimiques "lourds" (Carbone, Oxygène…) qui n'ont pas été formés lors du
Big-Bang, mais dans le coeur de la première génération d'étoiles massives de la Galaxie, qui ont
ensuite explosé en supernovae pour rejeter ces éléments dans le milieu interstellaire et permettre
ainsi de former de nouveaux systèmes solaires avec des planètes. Quelques générations stellaires
étaient donc nécessaires avant notre apparition (~milliard d'années). Mais pas trop, car après de
nombreuses générations d'étoiles, il restera trop peu d'étoiles "adéquates" pour espérer voir la vie
apparaître.
NB: la première génération d'étoiles était probablement dépourvue de planètes !
De façon quelque peu surprenante, nous (homo-sapiens) apparaissons sur Terre environ 4.5
milliards d'années après sa naissance, à peu près à la mi-vie du Soleil. Pourquoi cette date
d'apparition est-elle du même ordre de grandeur que la durée de vie du Soleil ? Prenons trois
suppositions :
1) la vie intelligente apparaît en général beaucoup plus rapidement que la durée de vie du Soleil
2) la vie intelligente met un temps à apparaître similaire à celui de la mi-vie du Soleil
3) la vie intelligente met en général beaucoup plus de temps à apparaître que la durée de vie du
Soleil (autrement dit, elle est très peu probable)
Laquelle est la plus probable, sachant notre date d'apparition ?
La deuxième serait surprenante, car on ne voit pas le rapport qu'il pourrait y avoir à priori entre
l'apparition de vie intelligente et la durée de vie d'une étoile. Et elle ne représente qu'un cas
particulier. On peut l'écarter comme étant très peu probable. Si la première supposition était vraie,
nous serions probablement apparus beaucoup plus tôt dans l'histoire de la Terre, donc on peut aussi
l'écarter comme peu probable. Reste la troisième. Si elle est vraie, il n'est pas surprenant que l'on ne
soit pas apparu au-delà de la mort du Soleil, puisque ce n'est pas possible (c'est un effet de
sélection). On ne pouvait qu'apparaître avant, à un moment probablement comparable à la durée de
vie du Soleil. C'est donc le cas le plus probable.
On déduit de ce raisonnement que la vie intelligente est rare dans l'Univers, et qu'il sera difficile
de la détecter. Et en effet, les efforts du projet SETI n'ont jusqu'ici pas abouti.
On peut donc tirer des conclusions intéressantes de ce principe métaphysique, qu'il faut néanmoins utiliser
avec précaution. En particulier, il peut mener à de fausses conclusions si l'observateur se trouve dans une
situation exceptionnelle. Des recherches sont toujours en cours à ce sujet.
Le paradoxe de Fermi
Le paradoxe de Fermi (attribué au physicien Enrico Fermi dans les années 1940-50) s'exprime ainsi :
la Terre est nettement plus jeune que l'Univers (de plusieurs milliards d'années)
si des civilisations technologiques extraterrestres existent ou ont existé dans la Galaxie, alors au
moins une a développé et entrepris le voyage / la colonisation interstellaire
or on peut démontrer que la colonisation de la Galaxie ne nécessite que quelques millions d'années
donc on devrait en voir des traces autour de nous
or nous n'en voyons pas ! (les histoires d'OVNI sont pour la plupart expliquées par des causes
"terrestres" ou "humaines", et les traces dont on parle devraient "crever les yeux" et non pas être de
fugitives apparitions)
... donc ...
l'hypothèse de départ est fausse, et nous sommes la seule civilisation technologique (et
probablement intelligente) dans la Galaxie !
Quelques objections et contre-objections :
Toutes les civilisations ne sont peut-être pas expansionnistes (agressives, colonisatrices), et peuvent
choisir de ne pas coloniser d'autres systèmes.
Les humains le sont, et il en suffirait d'une seule. Et si le principe d'exclusion
biologique (selon lequel "2 espèces ne peuvent pas partager la même niche
écologique") s'applique aux espèces intelligentes, alors il n'y en aura finalement qu'une
!
La Galaxie est vaste, le temps de colonisation serait extrêmement long. Même avec la
technologie de fusées ACTUELLE, il suffirait de quelques siècles pour atteindre des
planètes autour des plus proches étoiles (sous hibernation ou à bord de vaisseauxcolonies). Si on ajoute quelques siècles de plus pour rebâtir une nouvelle civilisation
similaire à la précédente et continuer l'expansion, chaque étape prend 1000 à 10000
ans. Si on double le nombre de planètes colonisées tous les 10000 ans, il suffit de
moins d'un million d'années pour coloniser 10 milliards de planètes, c'est-à-dire
virtuellement toute la Galaxie ! Notez que ce même processus de phase d'expansion
suivi d'une phase de colonisation et "consolidation" et ainsi de suite… a effectivement
été appliqué par les habitants d'archipels d'îles du Pacifique !
Des êtres vivants ne risqueront pas leur vie en grand nombre pour errer des siècles à travers l'espace
à la recherche de planètes.
On peut envoyer des machines automatiques informatisées (des ROBOTS, en fait !),
pour "reconnaître le terrain".
Le coût d'une telle entreprise serait prohibitif.
Seul le premier pas coûterait, puisque le pas suivant serait effectué par la civilisation
suivante. Ce premier pas pourrait être effectué (à l'aide de robots) à vitesse beaucoup
plus réduite, donc réduisant considérablement les coûts de propulsion (qui sont
dominants). Le mathématicien J. Von Neumann a de plus démontré qu'il est
théoriquement possible de concevoir une machine "intelligente" (au sens de
l'intelligence artificielle, mais dans une version très avancée) et auto-reproductrice
(sur le modèle de l'ADN). Elle pourrait exploiter la planète d'arrivée pour construire
des copies d'elle-même, y compris les fusées, les reprogrammer et les envoyer
continuer la colonisation. Enfin, le coût de tentatives de communication radio (genre
SETI, voir plus bas) sur plusieurs milliers d'années serait tout aussi prohibitif et moins
"rentable".
Les machines se détérioreraient et ne pourraient pas se reproduire à l'infini sans erreur de
programmation ou autre.
On dispose déjà de méthodes de corrections automatiques d'erreurs très efficaces.
Des machines intelligentes pourraient menacer leurs créateurs (complexe de "Frankenstein").
On pourrait concevoir des dispositifs de sécurité du type des "Trois lois de la
robotique" d'Asimov… ou encore considérer que cette nouvelle "race intelligente" a
droit à son expansion indépendamment de ses créateurs !
La technologie nécessaire est encore loin d'être accessible.
C'est faux en ce qui concerne la propulsion (et probablement à terme pour
l'hibernation). Pour l'Intelligence Artificielle, l'extrapolation devient hasardeuse.
De plus, il n'est pas certain qu'il n'existe pas de limite intrinsèque (du type "comportement
chaotique") aux performances des systèmes requis pour une telle entreprise. Les nombreux échecs
spatiaux récents montrent la faible fiabilité atteinte aujourd'hui.
Mais demain ?
D'autres spéculations incluent la possibilité que des extraterrestres viennent en fait d'arriver (depuis
moins de quelques années) dans notre système solaire, ou encore qu'ils sont là depuis longtemps et nous
étudient sans se révéler (hypothèse du "zoo cosmique"). Certains ont suggéré que la ceinture d'astéroïdes,
entre Mars et Jupiter, riche en métaux, était une cible privilégiée pour l'extraction du minerai nécessaire à
la duplication de machines de Von Neumann. Cette activité se traduirait par une émission infrarouge
(notons qu'il existe effectivement du rayonnement infrarouge provenant de la ceinture d'astéroïdes, mais il
est peut-être d'origine entièrement naturelle!).
P vie ? P int ? Le débat reste largement ouvert !
Le projet SETI
Faut-il attendre de résoudre l'équation de Drake
pour rechercher activement l'existence de vie
extraterrestre ? Se fondant sur le fait que "le
mouvement se trouve en marchant", les initiateurs du
projet SETI ("Search for Extra-Terrestrial Intelligence")
pensent que non, et qu'il faut entamer / poursuivre
les recherches même si l'on n'est pas sûr qu'il y a
quelque chose à chercher.
Le télescope d'Arecibo
Le projet SETI se fonde sur l'universalité des lois de
la physique (confirmée par les observations
astronomiques), et sur le fait que si les diverses
probabilités P xxx intervenant dans l'équation de Drake
sont voisines de 1, alors N civ est de l'ordre de T et
peut donc être très grand.
Les hypothèses de base de ce projet sont les
suivantes :
la vie, l'intelligence et la technologie sont une
tendance générale de l'évolution, et sont donc
fréquentes dans notre Galaxie (et dans
l'Univers)
Crédit : NAIC / NSF
le temps d'apparition de la vie intelligente sur
une planète favorable est très inférieur à l'âge de la Galaxie (“médiocrité temporelle”, opposée à
l'interprétation "anthropique")
il n'existe pas de Superscience (voyage hyperspatial…), c'est à dire que la vitesse de la lumière est
une limite au voyage spatial
des créatures intelligentes exploreront la Galaxie sous forme de la recherche pacifique d'échange
d'information par télécommunication
il existe un "club Galactique" bienveillant, accueillant et prêt à aider de nouveaux membres à la
technologie émergente
La méthode de détection choisie initialement est celle des ondes radio : c'est un support électriquement
neutre (donc avec propagation rectiligne indépendante des champs électrique et magnétique galactiques),
stable par rapport au temps (contrairement à la radioactivité), très pénétrant dans l'espace (contrairement
aux ondes lumineuses par rapport aux poussières), facile à produire et détecter (contrairement aux
neutrinos ou ondes gravitationnelles). On peut donc supposer (mais c'est un pari !) que les ondes radio sont
la méthode choisie par des extraterrestres pour communiquer.
On s'est initialement posé la question de savoir à quelle fréquence radio écouter des émissions.
Actuellement, le problème du choix de la fréquence est contourné via l'utilisation de récepteurs radio très
sophistiqués associés à de nombreux ordinateurs (avec le programme SETI@Home) permettant de surveiller
des millions de fréquences à la fois. On recherche des signaux particuliers (à bande étroite par exemple)
qui pourraient être interprétés comme artificiels. Il restera ensuite à les décoder …
L'utilité de SETI a toujours été très controversée parmi les scientifiques. Après une vingtaine d'années de
recherches (sans succès, mais la situation est bien pire que de rechercher une aiguille dans une botte de
foin), le congrès américain a décidé de "couper les vivres" de SETI. Les scientifiques impliqués se sont
tournés vers des mécènes privés, et parviennent actuellement à réunir les 10 millions de dollars annuels qui
leur sont nécessaires pour poursuivre leur recherche.
Les recherches actuelles poursuivent les observations en radio, avec de grands réseaux d'antennes peu
coûteuses (comme le réseau de télescopes Allen), et en optique. La recherche en optique suppose que l'on
nous envoie directement des impulsions laser très brèves, alors qu'avec les ondes radio il n'est pas
nécessaire que les émissions soient pointées vers nous. Mais l'envoi de signaux ciblés demande moins
d'énergie, et pourrait donc être la solution choisie par des extraterrestres.
Le succès, ne serait-ce que via une seule détection confirmée de signaux artificiels d'origine
extraterrestre aurait certainement des implications énormes sur l'humanité. Outre les réactions décrites
dans le film "Contact", elle permettrait de rejeter la plupart des arguments contre la vie extraterrestre
donnés dans la partie précédente, et d'avoir une meilleure idée des valeurs des probabilités de l'équation
de Drake !
Conclusion
Évidemment, tout ce que nous avons dit plus haut concerne la Vie (l'intelligence…) dans NOTRE Galaxie.
Comme on peut observer des milliards (!) de galaxies dans le ciel (voir par exemple les récentes poses très
longues du télescope spatial Hubble et des télescopes de l'Observatoire Européen Austral -ESO- au Chili, qui
révèlent 2000 à 3000 galaxies dans de minuscules portions de ciel 10'×10', soit 40 milliards de galaxies sur
tout le ciel), cela augmente d'autant la probabilité d'existence de vie extraterrestre (et extragalactique).
Mais ce facteur 1010 ne suffit peut-être pas pour obtenir Nciv > 1 si P vie et P int sont minuscules (c'est-à-dire
si nous sommes "miraculés"), auquel cas nous serions seuls dans l'Univers.
Si nous sommes seuls dans notre Galaxie, mais pas dans l'Univers, cela n'aura un sens que si la physique
évolue au point de dépasser les limitations actuelles de la relativité (rien ne peut se propager plus vite que
la lumière).
Dans les 2 cas (seuls dans l'Univers ou dans la Galaxie), on peut se poser la question (philosophique,
métaphysique) du sens de notre existence, et de notre "responsabilité".
L'écrivain de science-fiction (et scientifique) I. Asimov a donné une belle interprétation de sa vision de
l'évolution de l'humanité dans la Galaxie (Cycle de Fondation).
Bibliographie
LES ENFANTS D'URANIE, Evry Schatzman, Seuil, Science Ouverte, 1986.
INTELLIGENCES EXTRATERRESTRES, Jean Heidmann, Opus Sciences, Odile Jacob, 1996.
LA BIOASTRONOMIE, François Raulin, Florence Raulin-Cerceau & Jean Schneider, Que Sais-Je ?,
Presses universitaires de France, 1997.
ARE WE ALONE ?, Paul Davies, Penguin Science, 1995.
EXTRATERRESTRIALS, édité par Edward Regis Jr., Cambridge University Press, 1985.