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Malgré le changement climatique mondial, la Terre est étonnamment pauvre en carbone

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Malgré le changement climatique mondial, la Terre est étonnamment pauvre en carbone

Malgré toutes les inquiétudes suscitées par la quantité de carbone qui fait des ravages sur notre climat mondial, la Terre est remarquablement pauvre en carbone. Le carbone n’est qu’un oligoélément dans la Terre et un élément mineur dans le Soleil, écrivent les auteurs de cet article. Le sixième élément : Comment le carbone façonne notre mondesera publié le mois prochain par Princeton University Press.

Malgré les problèmes liés à l’utilisation par l’humanité des combustibles fossiles à base de carbone, notre existence entière dépend de la capacité de cet élément à créer une chimie riche, ont déclaré les co-auteurs Theodore B. Snow, professeur émérite à l’Université du Colorado à Boulder et Don Brownlee, professeur émérite à l’Université du Colorado à Boulder. Université de Washington à Seattle, P.S.

Ce qui est surprenant, c’est la rareté du carbone sur la Terre entière ; L’abondance totale de carbone n’est que de quelques centaines de parties par million, m’a dit Brownlee par e-mail. Cependant, sur Terre, le carbone était certainement l’élixir crucial qui a conduit à l’évolution des molécules complexes et des voies chimiques qui ont rendu la vie possible, dit-il.

Ironiquement, la plupart des objets riches en carbone du système solaire ne sont pas le soleil ou les planètes, mais des corps plus petits tels que les comètes et les astéroïdes, les éléments constitutifs des planètes restantes qui ont survécu à des collisions planétaires ou ont été éjectées des orbites solaires pendant plus de 4 milliards d’années. , écrivent Snow et Brownlee.

Cependant, la Terre a une structure en couches et le carbone – le sixième élément du tableau périodique – est présent à tous les niveaux, depuis le sommet de l’atmosphère jusqu’au cœur de notre planète.

Pourquoi la Terre est-elle si pauvre en carbone ?

Brownlee dit que la Terre s’est formée dans la zone habitable du Soleil, où le carbone n’a pas formé de solides de manière efficace. Il dit que la Terre est très pauvre en carbone par rapport aux astéroïdes et comètes typiques qui se sont formés beaucoup plus gros que le Soleil et sont souvent considérés comme des éléments constitutifs préservés des planètes solides.

Mais le carbone peut causer des problèmes.

Le carbone est le seul élément chimique qui possède sa propre taxe ; Nous dépensons des milliards de dollars inconnus pour apprendre à y faire face ; Brownlee dit que nous entendons sans cesse dire que notre utilisation du carbone détruira la Terre. Il affirme que la production de combustibles fossiles est un cadeau de la nature, mais que le réchauffement climatique qui en résulte a de nombreux effets graves.

Défis à venir

Il affirme que la hausse des températures due à l’accumulation de dioxyde de carbone entraînera une élévation du niveau de la mer et entraînera des changements dans les zones de culture et des extrêmes climatiques mondiaux, mais il est impossible que tout ce que les humains peuvent faire actuellement puisse détruire notre planète.

Malgré sa relative rareté ici sur Terre, la capacité du carbone à se lier à des éléments pour former un nombre presque infini de composés est probablement la raison pour laquelle nous sommes ici pour en parler. Mais la vie dans notre système solaire aurait-elle pu fonctionner différemment et s’appuyer sur un élément comme le silicium au lieu du carbone ?

Le silicium n’est pas un élément cosmiquement rare (c’est le septième élément le plus abondant dans la galaxie), mais le carbone est environ quatre fois plus abondant, notent Snow et Brownlee. Ils ont écrit que le silicium est plus abondant sur Terre (26 % en masse) que le carbone.

Quant à trouver du silicium ici dans notre système solaire ?

Des météorites primordiales chaudes, humides et chargées de silicium ont été chauffées au cours des premiers millions d’années de l’histoire du système solaire, explique Brownlee. Il déclare : Nous avons examiné des milliers d’échantillons lunaires, des milliers de météorites et même des échantillons de comètes, mais nous n’avons trouvé aucune preuve que le silicium contenu dans ces matériaux vieux d’un milliard d’années était impliqué dans un processus pouvant être considéré comme une vie.

Qu’en est-il de la vie à base de silicium en dehors de votre système solaire ?

Même si nous disposions de milliers d’excellents spectres d’exoplanètes, nous ne serions probablement pas en mesure de connaître la vie à base de silicium, car il n’y aurait pas de gaz contenant du silicium dans leur atmosphère, explique Brownlee. Il affirme que la vie sur Terre est plus facile à découvrir pour les extraterrestres car ils ont créé une atmosphère exotique (azote, oxygène et dioxyde de carbone) qui ne peut exister par des processus chimiques normaux.

Comment le carbone est-il réparti au sein de notre galaxie ?

Brownlee dit qu’il existe peut-être une quantité idéale de carbone pour qu’il y ait de la vie sur une planète, mais qui sait ce que c’est ? Une trop grande quantité pourrait conduire à de mauvaises atmosphères (comme Vénus), et trop peu pourrait être trop faible pour que la vie puisse commencer, dit-il.

Des questions fondamentales demeurent

L’une de ces questions est de savoir comment le carbone parvient réellement à atteindre des planètes semblables à la Terre.

Le Soleil et le système solaire primitif contenaient d’énormes quantités de carbone (le quatrième élément le plus abondant après l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène), mais la Terre était formée de matériaux solides et la plupart des atomes de carbone étaient sous forme de monoxyde de carbone gazeux, explique Brownlee. .

C’est juste ce genre de puzzle Le sixième élément Points forts. Approfondi et complet, ce livre sera un atout pour les bibliothèques savantes pour les décennies à venir.

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Encore une fois, Einstein ! Les scientifiques découvrent où les « cascades » de matière tombent dans les trous noirs

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Encore une fois, Einstein !  Les scientifiques découvrent où les « cascades » de matière tombent dans les trous noirs

Les scientifiques ont confirmé, pour la première fois, que la structure de l’espace-temps elle-même fait un « plongeon final » au bord d’un trou noir.

Cette région de naufrage autour des trous noirs a été observée par des astrophysiciens en physique de l’Université d’Oxford et contribue à valider une prédiction clé de la théorie de la gravité d’Albert Einstein de 1915 : la relativité générale.

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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn

Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]

La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.

Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.

Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.

Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.

L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.

Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.

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Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.

La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.

SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.

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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée

Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.

Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.

Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.

Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »

Messages mitigés

Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.

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Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.

Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.

Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.

«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »

Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »

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Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.

«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »

Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »

Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .

Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »

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L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia

Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.

« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »

« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »

Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.

« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »

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