"Mort" d'une planète

[invitece11b34e]

Bonjour et bonne année !

J'ai regardé il y a peu un épisode de la fameuse série Star Trek (next generation) qui m'a laissé interrogatif.
Voici un court résumé (épisode Lumière intérieure, saison 5 épisode 25) :

 Cliquez pour afficher

Le vaisseau arrive près d'un système stellaire, et détecte une très vieille sonde spatiale, qui "transporte" l'esprit de son capitaine sur une planète inconnue.
Il s'y réveille avec ses souvenis de capitaine, mais tout le monde le connait comme un membre de la communauté. Cette planète n'a d'ailleurs pas la technologie suffisante pour voyager sur d'autres mondes.
Il découvre que la sécheresse sévit sur le continent depuis longtemps (pas de date donnée, quelques mois ou années semble-t-il).
Une élipse le montre 5 ans plus tard, toujours coincé sur cette planète, la sécheresse sévit encore.
Environ 20 ans plus tard (toujours sur la planète), on le voit parler avec sa fille (qui a environ 20 ans) de la sécheresse et bactéries mortes dans les échantillons de terre qu'ils relèvent.
10 ans après, la lumière solaire est bien plus forte (tout contact direct provoque des coups de soleil et un fort aveuglement).
L'ancien capitaine sort de chez lui pour assister au lancement d'un missile. Quand il demande sa fonction, on lui répond "Tu ne sais pas père? Pourtant tu l'a déjà vu".
Le missile lancé contient en fait la sonde qui s'est "accrochée" à son esprit et qui joue le rôle de capsule temporelle.
L'étoile du système de cette planète est devenue une nova il y a un millénaire, et tout sa population a disparue.
En prévision, elle a envoyée une sonde qui devait trouver quelqu'un à qui "s'accrocher" pour lui faire vivre la vie d'un habitant, afin que ce peuple ne tombe pas dans l'oubli.
Le capitaine se réveille alors sur son vaisseau, et apprend que son inconscience n'aura pas durée plus de 25 minutes.

Même si cet épisode est très bien construit (scénaristiquement), je me pose quelques questions sur son réalisme.
Voilà donc ma question : y a-t-il un phénomène stéllaire qui pourrait rendre une planète inhabitable (par sécheresse, chaleur ou froid) qui ne soit pas "instantanné" (comme une explosion dont l'onde de choc "décaperait" la surface de la planète) mais qui soit tout de même assez long pour être vécu dans le temps d'une vie humaine?

Est-ce que ce pourrait être un déplacement orbital?
Une étoile sur le point de devenir une nova (d'ailleurs c'est un phénomène momentanné non?) peut-elle émettre plus de chaleur plusieurs années avant?
Ou alors une cause purement atmosphérique (ouverture d'une gigantesque poche de CO₂ : plus de CO₂ => plus d'effet de serre => sécheresse)?

Merci de vos réponses, et bonne année !
-----

[invite492ba7e7]

Je suis pas spécialiste mais dans les phénomènes naturels je pense à une géante rouge: à la fin de la séquence principale d'une étoile lorsque l'hydrogène dans son coeur s'épuise celui-ci se contracte et débute alors la fusion de l'hélium, les couches externes se dilatent et l'étoile éjecte une partie de sa masse sous forme de vent solaire, de l'ordre de 1 à 10 masses terrestres par an.

La phase de géante rouge elle-même dure plusieurs millions d'années pour une étoile de masse solaire, en revanche je n'ai pas d'idée précise du début du scénario catastrophe, s'il est "explosif" au point de souffler l'atmosphère des planètes proches (on parle bien de "flash de l'hélium") mais peut être est-il possible de trouver une masse de l'étoile pour laquelle le début du phénomène serait relativement "doux" à l'échelle d'une vie humaine.
D'autre part cela suppose que le climat de la planète en question aurait survécu à l'augmentation progressive de l'intensité lumineuse de l'étoile tout au long de sa séquence principale. Pour nous terriens les carottes seront cuites d'ici 1 milliard d'années, bien avant la phase de géante rouge.

On peut envisager également certains évênements cosmiques se produisant dans la banlieue plus ou moins proche du système stellaire en question: une supernova au sein de la même galaxie, un trou noir devenu "actif" et dont le disque d'accrétion produirait des jets de matière (dits bipolaires) pile-poil dans la direction du système considéré.

A mon avis chacun de ces scénarios si tant est qu'ils soient plausibles nécessiteraient un réglage très fin: en 1ère approximation soit ils seraient inoffensifs, soit ils mettraient très vite un terme aux formes de vie peuplant l'atmosphère des planètes ciblées.

Quant à la modification de l'orbite planétaire on peut imaginer un corps céleste errant venant jouer au billard dans un système mais à ma connaissance ces phénomènes s'étendent sur bien + long qu'une vie humaine.

Voilà j'espère ne pas avoir dit trop d'âneries, place aux spécialistes.

[invite31b94d6d]

Pourquoi, précisément, les couches externes de l'étoile se dilatent alors que le coeur se contracte pour permettre aux éléments plus lourd de fusionner?

[Gilgamesh]

Même si cet épisode est très bien construit (scénaristiquement), je me pose quelques questions sur son réalisme.
Voilà donc ma question : y a-t-il un phénomène stéllaire qui pourrait rendre une planète inhabitable (par sécheresse, chaleur ou froid) qui ne soit pas "instantanné" (comme une explosion dont l'onde de choc "décaperait" la surface de la planète) mais qui soit tout de même assez long pour être vécu dans le temps d'une vie humaine?

Est-ce que ce pourrait être un déplacement orbital?
Une étoile sur le point de devenir une nova (d'ailleurs c'est un phénomène momentanné non?) peut-elle émettre plus de chaleur plusieurs années avant?
Ou alors une cause purement atmosphérique (ouverture d'une gigantesque poche de CO₂ : plus de CO₂ => plus d'effet de serre => sécheresse)?

L'explication par une nova est inapplicable : le phénomène implique un système binaire serré avec transfert de matière d'une étoile compagnon (en général au stade géante rouge) sur une étoile compacte à surface solide (naine blanche ou étoile à neutron). L'accumulation de matière aboutit à la combustion brutale d'une coquille d'hydrogène, le phénomène est brutal (~ +10 magnitude) et bref (quelques jours).

Ci dessous la position sur le diagramme HR (avec les températures de surface décroissante de O à M en abscisse et la luminosité croissante en ordonnée) des différents type d'étoiles intrinsèquement variables cad dont la variation de luminosité concerne l'enveloppe, sans intervention d'un compagnon.

On voit pour commencer que ces étoiles occupent essentiellement le haut du diagramme, cad qu'il s'agit soit d'étoiles massives soit d'étoile au stade géante rouge. Les étoiles massives ont une durée de vie trop brève pour permettre le développement d'une vie planétaire. Ce ne sont donc pas de bonnes candidates. Par ailleurs les périodes de pulsation de l'enveloppe s'étagent de un à pas plus de quelques dizaines de jours en général (éventuellement 2000 jours pour les semi régulière), cela ne rentre pas dans le cadre décennal du scénario.

Sur le diagramme HR on voit qu'il existe des variables sur la séquence principale, les naines rouges de type M. Elle sont de très longue durée de vie, mais la variabilité de leur éclat est du type éruptif. Leur enveloppe est relativement froide ce qui la rend plus opaque et l'évacuation de la chaleur des profondeur vers la surface va se faire par convection. La convection d'un plasma engendrant des phénomènes analogues aux éruption solaire mais en plus fréquents et violents (flare stars). Les naine M peuvent diminuer d'éclat de 40% en quelque mois par envahissement par des tâches solaires, puis émettre des flashs de rayon X du fait d'éruptions superficielles qui peuvent doubler leur éclat en quelques heures. Là encore ça ne convient pas au cadre décennal du scénario, et en outre ça n'en fait pas de bonne candidates pour l'établissement d'une vie planétaire aérienne, et pour le développement d'une civilisation technologique tournée vers le ciel. Les naines M ne sont de toute façon pas de bonne candidate car elle sont peu lumineuses, ce qui implique qu'une planète sise dans la Zone Habitable, cad dans la zone orbitale pour laquelle en première approximation on peut avoir de l'eau liquide en surface, doit orbiter si proche de son étoile que les effets de marée, dus au gradient de gravité, provoquent un "synchronisation par effet de marée" (tidal locking), c'est à dire la dissipation du moment de rotation de planète et la synchronisation de sa période de révolution avec sa période orbitale. La planète présente toujours la même face à son étoile, comme la Lune autour de la Terre. Un hémisphère va être surchauffé et l'autre rester éternellement glacé. L'atmosphère ou un éventuel océan peuvent redistribuer cette chaleur, mais ça restreint quand même les surfaces disponibles à une évolution biologique. En outre, si la température maximale des zones glacées les plus froides descend en dessous du point de congélation des gaz de l'atmosphère, ceux ci se déposent sous forme de calottes permanentes et la pression atmosphérique diminue. L'effet de serre atmosphérique fait de même, ce qui amplifie le phénomène et en définitive, tout finit sous forme de calotte gelée sur la face non éclairée.

Le domaine spectral FGK est stable sur la séquence principale. C'est une des raisons majeures qui les rend favorables à l'établissement d'une vie planétaire. Ces étoiles de faibles masses (entre 0,5 et 2,25 masses solaires) vont former des géantes rouges qui vont développer des pulses thermiques (thermal pulse) au stade AGB (asymptotic giant branch), du à la combustion de l'hélium en condition dégénérée. La durée et l'intensité d'un pulse thermique pourrait éventuellement rentrer dans le cadre du scénario (cela dure de l'ordre de quelques centaines d'années). Seulement à ce stade, l'étoile a déjà centuplé sa luminosité depuis des centaines de millions d'années, et s'il y avait une planète accueillante dans son giron, elle a été transformée en fournaise desséchée depuis lurette.

Si on veut à toute force raccrocher le scénario aux branches de l'astrophysique stellaire, on peut imaginer une planète orbitant autours d'une étoile F, G ou K, et une première phase où la civilisation aurait éloigné la planète de son étoile pour compenser l'augmentation de la luminosité de l'étoile grimpant de manière régulière sur la branche des géantes rouges (en utilisant par exemple le passage régulier d'un petit corps qui dérobe un peu d'énergie gravitationnelle à une géante du système pour la restituer à la planète, le petit manège devant se prolonger sur des centaines de Ma, à raison d'un passage tous les ~ 5 à 10 ka) pour finalement se laisser rattraper par la variabilité trop forte de l'étoile par exemple au premier flash de l'hélium.

Voir ici : The End Of The Sun


Intrinsic variable types in the Hertzsprung–Russell diagram
crédit : wiki

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite492ba7e7]

Pourquoi, précisément, les couches externes de l'étoile se dilatent alors que le coeur se contracte pour permettre aux éléments plus lourd de fusionner?

C'est une question d'équilibre entre la pression radiative induite par les réactions thermonucléaires et la force de gravitation qui tend à faire effondrer l'étoile sur elle même.

Lorsque la fusion de l'hydrogène s'achève la pression radiative diminue provoquant la contraction du coeur qui démarre ainsi la fusion de l'hélium, fusion qui libère + d'énergie que la précédente donc une pression radiative + intense "repoussant" les couches externes.

[invitece11b34e]

Bonjour !

Tout d'abord, je vous prie de m'excuser pour mon retard. Ces derniers temps, je suis très pris par la rentrée au lycée (présentation des rapports de stage, préparation des examens et fromation aux premiers secours...).
Merci pour vos réponses très argumentées.

On peut donc écarter la théorie des novas et de la dérive planétaire.

La durée et l'intensité d'un pulse thermique pourrait éventuellement rentrer dans le cadre du scénario (cela dure de l'ordre de quelques centaines d'années). Seulement à ce stade, l'étoile a déjà centuplé sa luminosité depuis des centaines de millions d'années, et s'il y avait une planète accueillante dans son giron, elle a été transformée en fournaise desséchée depuis lurette.

Donc, si j'ai bien compris, le seul phénomène qui puisse expliquer la disparition de la vie sur une planète en quelques décénies ou siècles, ce serait le centuplement de la lumière émise par une étoile quelques centaines de millions d'années avant le pulse thermique d'une étoile?

A moins que l'hypothèse d'une cause purement athmosphérique ne soit valable?
Une gigantesque poche de CO₂ sous-terraine qui s'effondrerait pourrait-elle amplifier l'effet de serre au point de déssecher une planète?

Merci pour toutes vos réponses fort bien argumentées !

Bon week-end !

[Tawahi-Kiwi]

Une gigantesque poche de CO₂ sous-terraine qui s'effondrerait pourrait-elle amplifier l'effet de serre au point de déssecher une planète?

Bien sur, mais ca n'existe pas. Une "poche" de cette taille pour une planete tellurique s'effondrerait d'ellle meme bien avant qu'elle ne soit remplie de quoique ce soit.
Par contre, on peut envisager un rechauffement brutal, qui permet la fonte de calottes polaires faites de neige carbonique (encore qu'il soit peut etre difficile d'imaginer une atmosphere respirable en equilibre avec une calotte de CO₂. Neanmoins, une echelle de temps en dizaines d'annees est fort court.

T-K

[Gilgamesh]

Donc, si j'ai bien compris, le seul phénomène qui puisse expliquer la disparition de la vie sur une planète en quelques décénies ou siècles, ce serait le centuplement de la lumière émise par une étoile quelques centaines de millions d'années avant le pulse thermique d'une étoile?

On reprend le timing, en se basant sur les modèles d'évolution appliqués au Soleil :

1) la luminosité augmente en pente douce sur la séquence principale : de 0,7 luminosité solaire (Ls) à l'origine, il y a 4,5 Ga pour aboutir à 2,2 Ls d'ici la fin de la séquence principale, dans 6,5 Ga

2) Ensuite c'est plus compliqué : elle commence son évolution vers le stade géante rouge : son enveloppe augmente de taille et la température de surface diminue, le tout à luminosité sensiblement constante pendant 0,7 Ga puis entame l’ascension sur la branche des géante rouge (RGB) pendant 0,6 Ga où sa luminosité augmente fortement, avec une pic en fin de processus qui devrait atteindre 2300 Ls, puis advient le flash de l'hélium, à la suite de quoi elle retombe sur la branche horizontale (HB) avec une luminosité de l'ordre de 50 Ls, elle reste sur cette branche 0,1 Ga puis recommence son ascension sur la branche dite asymptotique (AGB) pendant 20 Ma, avec une luminosité qui finit par dépasser à nouveau le millier de Ls. Le stade AGB s'achève par une succession de pulses thermiques accompagnés de fortes éjections de matière (stade post-AGB) pour donner naissance in fine a une nébuleuse planétaire en découvrant le coeur dégénéré qui va donner une naine blanche.

[Tawahi-Kiwi]

Donc, si j'ai bien compris, le seul phénomène qui puisse expliquer la disparition de la vie sur une planète en quelques décénies ou siècles...

Il y a le resurfacement par overturn mantellique. L'ensemble de la planete est alors recouvert d'une bonne couche de basalte. A nouveau, ca prend quand meme plus que quelques decennies.

T-K