Chapitre 12 : Comment sont nés le Soleil et la Terre

Nuit 137 : Un appel à la maison un jour de repos

Le cent trente-septième jour de la mission était un jour de repos. Sur la station, les jours de repos reviennent environ une fois par semaine, et ils ne sont pas complètement libres. Le matin, Noor fit tout de même son exercice physique, car les os et les muscles ne prennent pas de jour de congé pour s’affaiblir en apesanteur. Elle nettoya aussi sa cabine de couchage et essuya les surfaces près du coin cuisine, où de petites gouttes de nourriture et d’eau aiment se cacher. Mais après le déjeuner, le programme envoyé par le sol était vide, et l’après-midi lui appartenait.

Les jours de repos à bord ont leurs habitudes tranquilles. Tomás écoutait de la musique sur sa tablette dans le module principal, pas trop fort, et fredonnait quand il croyait que personne n’écoutait. Ade lisait un long livre sur son écran en flottant la tête en bas par rapport à tout le monde, parce que cela l’aidait à réfléchir, disait-il. Personne n’y trouvait à redire. En apesanteur, il n’y a ni vrai haut ni vrai bas, seulement la direction que l’équipage a convenu d’appeler le sol, pour que les étiquettes et les interrupteurs soient faciles à trouver.

Noor passa une partie de l’après-midi à la grande fenêtre avec un appareil photo. La station survolait un vaste océan. Depuis environ 400 kilomètres d’altitude, l’eau était d’un bleu profond et sombre, et les nuages y reposaient en longues lignes et en volutes blanches. Certains nuages étaient fins et doux, comme du lait renversé. D’autres se dressaient en hautes tours au sommet plat. Au bord de la planète, une fine bande d’air bleu pâle séparait la Terre du noir de l’espace. Noor prit photo après photo. Les scientifiques utilisent ces photos, mais elle en prenait aussi tout simplement parce qu’elle ne pouvait pas s’arrêter.

En fin d’après-midi, il y eut un appel vidéo avec la maison. Sami était là, pendant son jour de congé, assis à la table de la cuisine de leur mère. Leur mère tenait l’écran trop près de son visage, comme toujours, et demanda à Noor si elle mangeait assez. Sami posa des questions sur la vue. Noor tourna la caméra vers la fenêtre pour qu’ils puissent voir l’océan et les nuages défiler. Pendant un instant, personne ne dit rien.

Puis leur mère posa une question qui semblait simple. « Est-ce que la Terre a toujours été là ? Est-ce qu’elle a été faite en même temps que tout le reste ? » Sami rit et dit qu’il faudrait toute une nuit à Noor pour répondre à cela. Il avait raison. Après l’appel, Noor resta longtemps à flotter près de la fenêtre. La planète, en dessous d’elle, paraissait si achevée et si calme. Pourtant, elle avait eu une naissance, et cette naissance n’avait pas été douce du tout.

L’histoire de ce soir raconte donc comment sont nés le Soleil et la Terre. Lors de la nuit précédente, nous avons vu comment les étoiles fabriquent des éléments et les dispersent dans l’espace. Ce soir, certains de ces éléments dispersés se rassemblent de nouveau. Ils se réunissent pour former une nouvelle étoile, notre Soleil, et les planètes qui tournent autour de lui, dont le monde bleu situé sous la fenêtre de Noor.

Un nuage qui s’est effondré

Il y a environ 4,6 milliards d’années, l’endroit où se trouve aujourd’hui notre système solaire faisait partie d’un grand nuage de gaz et de poussière de la Voie lactée. L’Univers avait alors déjà plus de neuf milliards d’années. De nombreuses générations d’étoiles avaient vécu et étaient mortes, et leurs éléments s’étaient mélangés aux nuages situés entre les étoiles. Le nuage qui allait devenir notre système solaire était surtout fait d’hydrogène et d’hélium, mais il contenait aussi de petites quantités de carbone, d’oxygène, de silicium, de fer et de bien d’autres éléments fabriqués par des étoiles antérieures.

Des nuages comme celui-ci peuvent rester calmes pendant longtemps. Puis quelque chose fait qu’une partie du nuage commence à s’effondrer sous sa propre gravité. Ce qui a déclenché l’effondrement dans notre cas n’est pas connu avec certitude. Selon une idée, une étoile qui explosait non loin aurait poussé le nuage par son souffle et en aurait comprimé une partie. Certains éléments trouvés dans de vieilles roches s’accordent avec cette idée, mais d’autres explications sont possibles, et les scientifiques en discutent encore. Ce qui est clair, c’est qu’une partie du nuage a commencé à s’effondrer.

À mesure que le gaz tombait vers l’intérieur, il se mit à tourner plus vite. Vous avez peut-être vu une patineuse ramener ses bras contre elle et tourner plus vite sur la glace. La même chose arrive à un nuage en rotation quand il devient plus petit. Le nuage en rotation s’aplatit aussi en un disque, comme une boule de pâte s’aplatit quand un pizzaïolo la fait tourner en l’air. La plus grande partie de la matière tomba au centre du disque. Là, la pression et la chaleur augmentèrent sans cesse, jusqu’à ce que le centre devienne assez chaud pour que la fusion commence. Une nouvelle étoile était née. Cette étoile était le Soleil.

Le Soleil prit presque toute la matière. Aujourd’hui, plus de 99 pour cent de la masse de tout le système solaire se trouve dans le Soleil. Tout le reste, l’ensemble des planètes, des lunes, des astéroïdes et des comètes, n’est qu’un petit reliquat. Si le système solaire était une journée entière de fournée dans une boulangerie, le Soleil serait presque tout le pain, et les planètes quelques miettes restées sur la table. Mais nous le savons, des miettes peuvent compter énormément, puisque l’une d’elles est notre maison.

Aujourd’hui, les astronomes peuvent voir ce processus se dérouler ailleurs. Avec de grands télescopes, ils trouvent de jeunes étoiles entourées de disques plats de gaz et de poussière. Dans certains de ces disques, on voit des anneaux sombres et des vides, qui sont peut-être des endroits où de jeunes planètes se fraient un chemin en grandissant. Observer ces disques, c’est un peu comme regarder de vieilles photos de famille des enfants des autres pour comprendre à quoi l’on ressemblait soi-même bébé. Nous ne pouvons pas revenir en arrière pour assister à notre propre naissance, mais nous pouvons assister à celle des autres.

Lire les plus vieilles pierres

Comment savons-nous quand le système solaire est né ? Personne n’était là avec un calendrier. La réponse vient des pierres, et en particulier des pierres qui tombent du ciel. Certaines météorites sont des morceaux de matière qui se sont formés dans le disque entourant le jeune Soleil et ne sont jamais devenus une partie d’une planète. Elles sont restées à peu près telles qu’elles étaient depuis le commencement du système solaire, comme des lettres gardées dans un tiroir pendant des milliards d’années.

Certains éléments des roches sont radioactifs. Cela signifie que leurs atomes se transforment lentement en d’autres atomes, à un rythme régulier qui ne dépend ni de la chaleur ni du froid. Les scientifiques peuvent mesurer quelle quantité des atomes d’origine subsiste et quelle quantité de nouveaux atomes s’est formée. À partir de là, ils peuvent calculer depuis combien de temps la roche est devenue solide. C’est une horloge naturelle, un peu comme un sablier dont le sable s’écoule à la même vitesse quoi qu’il arrive autour de lui.

Au milieu du vingtième siècle, des scientifiques utilisèrent des horloges de ce genre sur des météorites et trouvèrent un âge d’environ 4,5 milliards d’années. Les mesures suivantes devinrent de plus en plus précises. Aujourd’hui, les plus vieux fragments solides trouvés dans des météorites ont environ 4,6 milliards d’années. Ce sont les plus anciens matériaux solides que nous puissions tenir dans nos mains. De nombreux musées conservent des morceaux de ces météorites, et certains permettent aux visiteurs de les toucher.

Sur la Terre elle-même, il est plus difficile de trouver des roches datant du tout début. La jeune Terre était chaude, et sa surface a été fondue, brisée, usée et recyclée bien des fois depuis. Les plus vieilles roches de la Terre sont donc plus jeunes que les plus vieilles météorites. Mais de minuscules grains minéraux très durs ont survécu depuis une époque peu postérieure à la formation de la Terre, et ils nous disent que la Terre possédait déjà une croûte solide assez tôt. Différents types de preuves, issus des météorites, des roches terrestres et des roches rapportées de la Lune, désignent tous le même âge pour le système solaire.

Des planètes nées du disque

Pendant que le Soleil se formait au centre, le reste du disque était lui aussi très actif. Près du jeune Soleil, il faisait chaud. Seuls les matériaux capables de résister à une grande chaleur, comme la roche et le métal, pouvaient y devenir solides. Plus loin, il faisait assez froid pour que l’eau et d’autres substances gèlent en glace. Cette différence aide à expliquer pourquoi les planètes proches du Soleil, Mercure, Vénus, la Terre et Mars, sont petites et rocheuses, tandis que les planètes plus éloignées, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, sont bien plus grandes et contiennent beaucoup de gaz et de glace.

Dans le disque, de minuscules grains de poussière se collèrent les uns aux autres, un peu comme la poussière qui s’amasse sous un lit. Les amas devinrent des cailloux, les cailloux des rochers, et les rochers des corps de plusieurs kilomètres de diamètre. Ces corps se heurtèrent et s’unirent, encore et encore. À la fin, un petit nombre de grands corps dégagèrent leur trajectoire et devinrent les planètes. L’ensemble de la construction des planètes rocheuses a probablement pris des dizaines de millions d’années, ce qui est court comparé à l’âge du système solaire.

Les planètes géantes avaient une course à gagner. Jupiter et Saturne sont faites surtout d’hydrogène et d’hélium gazeux, et elles ne pouvaient rassembler ce gaz que tant qu’il se trouvait encore dans le disque. Une partie du gaz tomba dans le jeune Soleil, et le reste fut lentement chassé par la forte lumière du jeune Soleil et par les particules qu’il soufflait vers l’extérieur. En quelques millions d’années, la majeure partie du gaz du disque avait disparu. Les planètes géantes ont donc dû grandir rapidement, en construisant d’abord des cœurs solides, puis en attirant d’énormes quantités de gaz avant qu’il ne disparaisse. Les planètes rocheuses proches du Soleil n’avaient pas besoin de gaz, et elles pouvaient prendre leur temps.

La jeune Terre n’a pas eu une vie calme. Elle fut frappée encore et encore par des corps plus petits, et sa surface était chaude et souvent en fusion. Les métaux lourds comme le fer s’enfoncèrent vers le centre et formèrent le noyau de la Terre. La roche plus légère flotta au-dessus. Des gaz s’échappèrent de la roche chaude, et une atmosphère primitive se forma lentement. Avec le temps, la surface se refroidit, et l’eau s’accumula pour former les premiers océans.

Tous les morceaux du disque ne sont pas devenus une partie d’une planète. De nombreux restes rocheux tournent encore autour du Soleil dans une large ceinture située entre Mars et Jupiter : on les appelle des astéroïdes. Plus loin, au-delà de Neptune, se trouvent de nombreux restes glacés, et certains d’entre eux, lorsque leur trajectoire les rapproche du Soleil, deviennent des comètes aux longues queues lumineuses. Ces restes sont précieux pour les scientifiques, parce qu’ils ont moins changé que les planètes. Des sondes spatiales ont visité plusieurs astéroïdes et comètes, et certaines ont même rapporté de petits échantillons sur Terre, pour que la matière la plus ancienne du système solaire puisse être étudiée en laboratoire.

L’origine de l’eau de la Terre fait encore débat. Une partie se trouvait peut-être dans la roche à partir de laquelle la Terre a été construite. Une autre partie a peut-être été apportée plus tard par des corps glacés venus de plus loin dans le système solaire, comme certains astéroïdes ou certaines comètes. Les scientifiques comparent les types d’eau présents dans les comètes, les astéroïdes et les océans terrestres pour savoir quelles sources conviennent le mieux, mais la réponse complète n’est pas encore connue. Ainsi, la prochaine fois que vous boirez un verre d’eau, vous boirez quelque chose dont l’origine exacte reste un petit mystère.

La Lune et l’histoire de famille du Soleil

La Lune, elle aussi, a connu une naissance spectaculaire. L’idée dominante aujourd’hui est qu’au début de la vie de la Terre, un autre corps, à peu près de la taille de Mars, a percuté la jeune Terre. La collision a projeté une énorme quantité de matière chaude dans l’espace autour de la Terre. Une partie de cette matière s’est rassemblée et est devenue la Lune. Cette idée explique plusieurs faits, par exemple pourquoi la Lune possède un petit noyau de fer et pourquoi ses roches ressemblent à bien des égards à celles de la Terre. Mais les détails sont encore à l’étude, et les scientifiques continuent de tester d’autres versions de cette idée.

La jeune Lune était bien plus proche de la Terre qu’aujourd’hui. Depuis sa naissance, elle s’éloigne lentement. Les scientifiques peuvent le mesurer très précisément en envoyant une lumière laser sur des réflecteurs laissés à la surface de la Lune et en chronométrant le temps que met la lumière à revenir. Aujourd’hui, la Lune s’éloigne de la Terre d’environ quatre centimètres par an, à peu près la vitesse à laquelle poussent vos ongles. Au fil de milliards d’années, ces petits pas ont fini par représenter une grande distance.

Nous pouvons maintenant répondre à la question qu’a posée la mère de Noor. Non, la Terre n’a pas été faite en même temps que tout le reste. L’Univers a environ 13,8 milliards d’années. Le Soleil et la Terre ont environ 4,6 milliards d’années. Cela signifie que l’Univers existait déjà depuis environ les deux tiers de son âge actuel quand notre système solaire a commencé. De nombreuses étoiles étaient apparues et avaient disparu avant la naissance du Soleil.

En fait, le Soleil porte en lui la preuve de cela. Quand les astronomes étudient le spectre de la lumière solaire, ils y trouvent non seulement de l’hydrogène et de l’hélium, mais aussi de petites quantités d’éléments plus lourds, comme le carbone, l’oxygène et le fer. Les toutes premières étoiles n’auraient pas pu contenir ces éléments, puisque les premières minutes de l’Univers n’en ont presque pas fabriqué. Le Soleil a donc dû se former à partir d’une matière déjà passée par des étoiles antérieures. Le Soleil n’est pas un premier enfant de l’Univers. C’est un petit-enfant, ou peut-être un arrière-arrière-petit-enfant, de nombreuses générations antérieures.

C’est l’une des leçons tranquilles de l’histoire de ce soir. La Terre n’est pas ancienne de la façon dont l’Univers est ancien. Elle est arrivée tard, construite avec ce que des étoiles antérieures avaient laissé derrière elles. Tout ce qui se trouve sous la fenêtre de Noor, les océans, les nuages, les roches et les êtres vivants, dépend d’une longue histoire d’étoiles qui ont travaillé et pris fin bien avant qu’il y ait quiconque pour les voir.

Sur cette jeune Terre en pleine transformation, la vie a fini par apparaître. Comment et quand exactement cela s’est produit reste l’une des grandes questions ouvertes de la science. Les plus anciens signes de vie largement reconnus que les scientifiques ont trouvés ont environ trois milliards et demi d’années, et certains signes possibles sont peut-être plus anciens, même si les signes les plus précoces sont petits et difficiles à interpréter, et que leur âge exact fait encore débat. Ce qui semble clair, c’est que la vie est apparue sur Terre assez tôt dans son histoire, une fois qu’il y a eu des océans et une surface plus fraîche. De ces premiers êtres vivants simples, une très longue histoire a mené aux nuées de plancton des océans, aux forêts sur la terre ferme et, bien plus tard, aux personnes qui regardent en bas depuis la fenêtre de la station.

Après l’appel

Quand la station passa dans l’ombre de la Terre, l’océan disparut dans l’obscurité, et les étoiles apparurent au-dessus de la fine ligne de l’atmosphère. Noor rangea l’appareil photo et écrivit à Sami et à leur mère en même temps.

« La Terre est plus jeune que l’Univers, écrivit-elle. Elle a environ 4,6 milliards d’années, alors que l’Univers en a environ 13,8 milliards. Le Soleil et la Terre ont été faits à partir d’un nuage en rotation, plein de poussière venue d’étoiles plus anciennes. La Lune s’est probablement formée quand quelque chose de gros a percuté la jeune Terre. Alors, maman, la Terre n’a pas toujours été là. Elle est arrivée tard, mais elle est bien arrivée. »

Après avoir envoyé le message, Noor resta encore un peu près de la fenêtre. Quand la station sortit de nouveau de l’ombre de la Terre, une fine ligne de lumière orange s’étira le long du bord de la planète, et l’océan redevint lentement bleu. C’était un lever de soleil de plus dans une journée qui en était remplie. Elle avait cessé de les compter, mais pas de les regarder. Puis elle regagna sa cabine et se glissa dans son sac de couchage.

Sami répondit au milieu de son service. « Maman dit que ça te ressemble bien. Arrivée tard, mais bien arrivée. » Noor rit doucement dans son sac de couchage, pour ne pas réveiller Ade dans la cabine voisine.

Si vous regardez le sol sous vos pieds demain, en allant au travail ou en rentrant chez vous, vous pourriez vous rappeler qu’il a été autrefois de la poussière dans un disque en rotation. Il lui a fallu beaucoup de temps et de nombreuses collisions pour devenir un lieu solide où les gens peuvent marcher, construire et se reposer. Comme beaucoup de choses qui valent la peine, il n’a pas été fait à la hâte.

Idées reçues

Beaucoup de gens pensent que le Soleil et la Terre sont aussi vieux que l’Univers, comme si tout était apparu d’un coup au commencement. Il est facile de se le représenter ainsi, parce que le Soleil et la Terre nous semblent être le décor permanent de nos vies. Mais l’Univers a environ 13,8 milliards d’années, et le Soleil et la Terre environ 4,6 milliards d’années. Pendant plus de neuf milliards d’années, l’Univers a existé sans notre système solaire. Des étoiles sont nées et sont mortes, et des galaxies ont grandi, bien avant que le Soleil ne commence à briller.

Beaucoup de gens pensent aussi que le Soleil est l’une des premières étoiles. En réalité, les toutes premières étoiles étaient faites presque uniquement d’hydrogène et d’hélium, et la plupart d’entre elles ont probablement vécu peu de temps et pris fin il y a longtemps. Le Soleil contient des éléments plus lourds que seules des étoiles antérieures ont pu fabriquer. C’est pourquoi les astronomes disent que le Soleil appartient à une génération plus tardive. C’est un jeune membre d’une très vieille famille.

Enfin, certains pensent que la Terre a toujours eu l’aspect qu’elle a aujourd’hui, avec ses océans bleus, ses nuages blancs et ses terres vertes. Mais la jeune Terre était très différente. Pendant longtemps, elle fut chaude, souvent percutée par d’autres corps, et dépourvue des océans et de l’air que nous connaissons. Ses continents se sont déplacés, son air a changé et sa vie a changé bien des fois. Le monde bleu et calme que Noor photographie est le résultat de milliards d’années de changements. Lors de la prochaine nuit, nous examinerons un changement d’un autre genre, bien plus grand et encore inexpliqué : la façon dont l’Univers tout entier s’est mis à grandir plus vite.