Un nouvel article en libre accès dans Scientific Reports suggère que nous pourrons bientôt rechercher une signature dans le spectre de la lumière réfléchie. Le marqueur dont ils parlent est quelque chose que l'on voit sur Terre, le "bord rouge". C'est quelque chose dont quelques astronomes ont parlé, mais un argument a été la rougeur du bord rouge. Sous la lumière de différentes étoiles, n'aurait-il pas de sens d'utiliser différentes parties du spectre électromagnétique ?

Qu'est-ce qu'un bord rouge ?

La surface de la Terre ne réfléchit pas uniformément la lumière. Il absorbe plus de lumière à certaines longueurs d'onde qu'à d'autres. Là où il y a beaucoup de couverture végétale, il y a beaucoup de bleu et de rouge absorbés par la chlorophylle pour la photosynthèse, et la partie inutilisée du spectre de la lumière visible, le vert, est réfléchie.
Mais il n'y a pas que le vert qui se reflète. Alors que les plantes utilisent le rouge, elles n'utilisent pas le proche infrarouge, elles sont donc beaucoup plus réfléchissantes dans cette partie du spectre également. Ce changement est quelque chose que vous pouvez voir par vous-même si vous installez un filtre R720 sur votre appareil photo. La différence abrupte de réflexion entre le rouge et le proche infrarouge s'appelle le bord rouge.

Les gens ont utilisé ce bord rouge comme une mesure de la teneur en chlorophylle des plantes dans les sondages. Parce que ce sont toutes des données visuelles, c'est le genre de chose que les satellites peuvent rechercher, ce qui leur permet de rechercher dégâts causés par les incendies de forêt or biomasse dans les zones difficiles d'accès. Pour des raisons similaires, les astronomes peuvent l'utiliser lorsqu'ils étudient la lumière réfléchie par les exoplanètes, pour voir s'il y a un bord rouge dedans. Si c'est le cas, ce sera intéressant, compte tenu de ce que nous savons de ses origines sur Terre.

Pourquoi le Red Edge existe-t-il ?

Le Red Edge est un exemple d'évolution qui ne trouve pas toujours la meilleure solution car elle ne peut pas planifier l'avenir. Au lieu de cela, les organismes ne peuvent fonctionner que dans les conditions qu'ils ont actuellement. Pour les premiers organismes photosynthétiques qui ont évolué dans les océans de la Terre, cela signifie qu'il n'y a pas de lumière infrarouge. En effet, le rayonnement infrarouge est bloqué par plus d'un mètre d'eau. À moins que la vie ne puisse trouver un plan d'eau très stable et peu profond, l'infrarouge ne serait pas une option.

Ceci est important car, bien que l'infrarouge soit utile une fois que vous êtes sur terre, vous devez d'abord vous y rendre. Takizawa et son équipe soutiennent que l'utilisation de l'infrarouge pendant la phase de transition est risquée. Il y a de grandes récompenses, mais même une petite augmentation de la couverture d'eau priverait un organisme de lumière. Les organismes utilisant uniquement notre gamme de lumière visible pourraient être moins efficaces sur terre, mais sont plus robustes dans l'eau et beaucoup plus susceptibles de survivre.

Cela signifie que les plantes que nous voyons aujourd'hui portent encore le bagage de leurs ancêtres pionniers. Cela explique pourquoi la végétation de la Terre produit toujours un bord rouge distinctif. Ils ne peuvent pas effacer leur histoire évolutive.

La lumière d'autres étoiles pourrait-elle faire une différence ?

Cela explique la couleur de la végétation sur Terre, mais une vie similaire doit-elle obéir aux mêmes règles sous d'autres étoiles ? L'équipe de Takizawa s'intéresse aux étoiles de classe M, les étoiles situées à l'extrémité rouge du spectre. Plus froid et plus rouge, leur rayonnement maximal est beaucoup plus à l'extrémité infrarouge du spectre électromagnétique. Des formes alternatives de photosynthèse pourraient-elles utiliser la lumière infrarouge beaucoup plus abondante sous les cieux extraterrestres ?
Les plantes utilisent la lumière en la piégeant dans de petits paquets appelés photons. La puissance des photons est liée à leur longueur d'onde. Les photons bleus ont une longueur d'onde courte donc ont plus d'énergie. L'ultraviolet est plus court et a donc encore plus d'énergie, mais il est si puissant qu'il peut rompre les liaisons carbone-carbone. Ceci est mortel pour la vie à base de carbone, il ne peut donc pas vraiment être utilisé beaucoup. Cela limite les systèmes photosynthétiques à l'extrémité courte du spectre.

Les photons rouges ont une longueur d'onde beaucoup plus longue et ont donc moins d'énergie, mais beaucoup plus d'entre eux se dirigent vers la surface. La chlorophylle utilise deux photons pour générer l'énergie nécessaire à la photosynthèse. Sa biochimie signifie que les photons verts ne peuvent pas être utilisés.

Takizawa et son équipe ont cherché à savoir si le déplacement des distributions de photons vers l'extrémité la plus rouge du spectre ferait une différence pour la photosynthèse à deux photons. Ils ont découvert que, théoriquement, une plus grande utilisation de l'infrarouge était possible, mais que l'énergie requise par deux photons signifiait qu'il n'y avait pas beaucoup plus de spectre à utiliser. Cela signifie que s'il y a de la vie sur d'autres planètes utilisant la photosynthèse à deux photons, vous vous attendez à ce que le bord rouge soit à peu près là où vous le trouvez sur Terre.

Mais, ils ont également modélisé la photosynthèse à trois et quatre photons. Utiliser plus de photons signifie que les photons eux-mêmes peuvent être de moindre énergie, c'est-à-dire plus infrarouges. Si cette méthode de photosynthèse peut évoluer, alors le bord rouge pourrait être assez décalé dans l'infrarouge. Mais cela repose sur des organismes développant des pigments entièrement nouveaux pour la photosynthèse.

Les plantes infrarouges ont-elles le temps d'évoluer sous une étoile de classe M ?

Alors qu'un système de photosynthèse à quatre photons pourrait être possible en théorie, il faut du temps pour évoluer. On ne sait pas combien de temps, mais on peut dire qu'il n'a pas évolué depuis 500 millions d'années sur Terre. Cependant, nous avons affaire à un échantillon de un, alors peut-être que d'autres planètes pourraient avoir un coup de chance. D'un autre côté, cela peut prendre beaucoup de temps, voire jamais.

Bien que cela semble pessimiste, les échelles de temps astronomiques éclipsent généralement les échelles de temps évolutives. La Terre existe depuis quatre milliards et demi d'années. Les étoiles de classe M brûlent plus froides et plus longtemps que notre Soleil. Une estimation est que certaines exoplanètes pourraient se trouver dans la zone habitable d'une étoile pendant plus de cinquante milliards d'années, par rapport à la Terre qui pourrait avoir six à huit milliards d'années habitables. Cela ne signifie pas que d'autres planètes ont eu cinquante milliards d'années pour développer des formes de vie, l'univers n'a pas quatorze milliards d'années, mais cela signifie que d'autres formes de vie sur d'autres planètes auraient pu avoir beaucoup plus de temps pour trouver des solutions.

Le côté opposé est qu'il a également plus de temps pour rencontrer des problèmes. Un commentateur de la Rêves Centaures le blog note que la Terre n'a été que "ressemblant à la Terre", comme nous l'appellerions, pour un temps relativement court. Il est possible qu'à plus long terme, la Terre change à nouveau, auquel cas "ressemblant à la Terre" pourrait n'être qu'une phase que certaines planètes traversent. Ainsi, même si un bord rouge peut signifier qu'il y a de la vie, ce n'est peut-être pas la vie telle que nous la connaissons.

Est-ce qu'un bord rouge doit être de la végétation?

Une autre discussion sur le bord rouge et la vie est récemment apparue dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society. C'est un article intéressant car il propose que s'il y a une vie intelligente dans l'univers, nous pourrions bien voir une bordure rouge nette sur certaines exoplanètes.

La raison est le pouvoir. Plus précisément l'énergie solaire. Lingam et Loeb disons que si une civilisation avancée existe, alors les planètes verrouillées par les marées, des planètes où un seul côté fait face à l'étoile, sont une opportunité. Dans cette situation, il est logique de couvrir le côté ensoleillé de la planète avec des panneaux solaires, puis de stocker l'énergie du côté frais. Cela produirait un bord rouge artificiel, aux limites des longueurs d'onde utilisées pour générer de l'énergie.

Si un bord rouge devait être trouvé dans le spectre lumineux d'une autre étoile, l'emplacement du bord pourrait être l'indice que non seulement nous avons trouvé quelque part où se trouvait la vie, mais qu'il pourrait s'agir d'une vie intelligente.
La botanique extrasolaire peut sembler fantaisiste, mais les exoplanètes ne sont observées que depuis trente ans. Dans les trente prochaines années, la recherche botanique sur les mécanismes photosynthétiques pourrait s'avérer très influente lorsque les exobiologistes disposeront enfin de leurs premières données.