thumb|Déterminer l'habitabilité d'une planète correspond en partie à extrapoler les conditions terrestres, car c'est la seule planète sur laquelle l'existence de la vie est connue. vignette|La Terre et les autres planètes du système solaire, par rapport à 500+ planètes extrasolaires et l'existence de l'eau pour soutenir l'habitabilité. L'emplacement des planètes par rapport à l'axe vertical indique la taille des planètes par rapport à la Terre, et par rapport à la distance horizontale des planètes de l'étoile principale dans le système solaire. L'habitabilité d'une planète est la mesure de la capacité d'un corps astronomique à développer et accueillir la vie. Cette notion peut donc être notamment utilisée à la fois pour les planètes et leurs satellites naturels.

D'après les connaissances acquises par l'étude de la biologie terrestre, les éléments nécessaires au maintien de la vie sont une source d'énergie couplée à de la matière mobilisable, sachant que différents modèles sont proposés à l'appui de l'origine de la vie. Cependant, la notion d'habitabilité comme « possibilité d'accueillir la vie » est intrinsèquement limitée par la comparaison aux conditions biologiques terrestres, ce qui implique que plusieurs autres critères d'ordre géophysique, géochimique et astrophysique soient respectés. Dans la mesure où l'existence d'une vie extraterrestre est inconnue, l'habitabilité d'une planète est en grande partie une extrapolation des conditions terrestres et des caractéristiques générales qui apparaissent favorables au développement de la vie au sein du Système solaire. L'eau liquide est notamment considérée comme un élément indispensable à un écosystème viable. La recherche dans ce domaine relève donc à la fois de la planétologie et de l'astrobiologie.

L'idée que des planètes autres que la Terre puissent accueillir la vie est ancienne. Au cours de l'histoire, le débat a été autant philosophique que scientifiqueCet article est une analyse de la notion d'habitabilité d'une planète correspondant à l'état actuel des connaissances scientifiques. D'autres articles traitent de la probabilité de l'existence d'une vie extraterrestre (équation de Drake et paradoxe de Fermi) et de leur forme potentielle (vie extraterrestre).. La fin du a été le théâtre de deux découvertes majeures. Tout d'abord, l'observation et l'exploration par des sondes de planètes et satellites du Système solaire ont fourni des informations essentielles qui ont permis de définir des critères d'habitabilité et des comparaisons géophysiques entre la Terre et les autres corps célestes. D'autre part, la découverte de planètes extrasolaires, qui a débuté en 1995 et s'est accélérée depuis, a été le second tournant important. Elle a confirmé que le Soleil n'est pas la seule étoile à abriter des planètes et a élargi le champ des recherches sur l'habitabilité au-delà du Système solaire.

Systèmes planétaires appropriés Définir la notion d’« habitabilité d'une planète » commence par l'étude des étoiles. L'habitabilité d'une planète dépend en effet en grande partie des caractéristiques du système planétaire (et donc de l'étoile) qui l'abrite. Lors du projet Phoenix du programme SETI, les scientifiques Margaret Turnbull et Jill Tarter développèrent la notion d'HabCat (pour Catalogue de systèmes stellaires habitables) en 2002. Le catalogue fut constitué en extrayant les étoiles les plus proches de la Terre du catalogue Hipparcos. Ensuite, une sélection plus précise a permis d'isoler HabStars. Le choix des critères fut un bon point de départ pour comprendre quelles caractéristiques astrophysiques sont nécessaires pour accueillir des planètes habitablesTurnbull, Margaret C., and Jill C. Tarter. "Target selection for SETI: A catalog of nearby habitable stellar systems," The Astrophysical Journal Supplement Series, 145: 181-198, March 2003. (Lien). Critères de définition de l'habitabilité - La base de cet article..

Classe spectrale La classe spectrale d'une étoile indique la température de la photosphère, qui pour les étoiles de la séquence principale est liée à leur masse. On estime actuellement que le domaine spectral approprié pour les étoiles susceptibles d'accueillir des systèmes abritant la vie (HabStars) va du début de la classe « F » ou « G » jusqu'à « mi-K ». Cela correspond aux températures allant d'un peu plus de K à un peu plus de K. Le Soleil, étoile de la classe G2, est à dessein au milieu de ce domaine. Les étoiles de ce type ont un certain nombre de particularités qui sont importantes du point de vue de l'habitabilité des planètes :

Elles brûlent au moins quelques milliards d'années, ce qui laisse suffisamment de temps à la vie pour se développer. Les étoiles de la séquence principale plus lumineuses, celles des classes « O », « B » et « A », brûlent en général moins d'un milliard d'années et dans certains cas moins de 10 millions d'années Tables d'étoiles susceptibles d'avoir des planètes accueillant la vie, California State University, Los Angeles.La vie serait apparue sur Terre approximativement 500 millions d'années après la formation de notre planète. Les étoiles de type A (qui brûlent entre 600 millions et 1,2 milliard d'années) et une petite partie des étoiles de type B (qui brûlent entre plus de 10 et 600 millions d'années) pourraient donc en théorie permettre l'apparition de la vie. Cependant, il est presque certain que la vie ne pourrait atteindre un stade complexe étant donné la faible durée de vie de telles étoiles et le fait que l'augmentation de la luminosité de l'étoile interviendrait assez rapidement. La vie autour des étoiles de type O est hautement improbable car elles brûlent en moins de 10 millions d'années..

Elles émettent suffisamment de rayons ultraviolets pour initier d'importantes réactions dans l'atmosphère, telles que la formation de l'ozone, mais pas trop, car cela détruirait la vieJ.F. Kasting, D.C.B. Whittet, et W.R. Sheldon, Ultraviolet radiation from F and K stars and implications for planetary habitability, Origins of Life, 27, 413-420, août 1997. (Lien Résumé en ligne). Considérations sur les radiations par type spectral et leurs conséquences sur l'habitabilité.. L'eau liquide peut exister à la surface de planètes orbitant à une distance qui n'entraine pas de rotation synchrone (voir la section suivante et 3.1).

Ces étoiles ne sont ni « trop chaudes », ni « trop froides », et brûlent suffisamment longtemps pour que la vie ait une chance d'y apparaître. Ce type d'étoiles constitue probablement 5 à 10 % des étoiles de notre galaxie. Par contre, la question de savoir si les étoiles moins lumineuses, c'est-à-dire celles entre la fin de la classe K et la classe M (les naines rouges), sont également susceptibles d'accueillir des planètes habitables reste ouverte. Elle est cependant cruciale, car la majorité des étoiles sont de ce type.

Zone habitable stable

La zone habitable (HZ en anglais) est un domaine théorique à proximité de l'étoile au sein duquel toutes les planètes présentes pourraient disposer d'eau liquide à leur surface. Après une source d'énergie, l'eau liquide est considérée comme l'élément le plus important pour la vie, en grande partie en raison du rôle qu'elle joue sur Terre. Il est possible que cela ne soit que le reflet d'un biais dû à la dépendance à l'eau des espèces terrestres. Si des formes de vie étaient découvertes sur des planètes dont l'eau est absente (par exemple, dans de l'ammoniac), la notion de zone habitable devrait être profondément révisée et même entièrement écartée car trop restrictiveLe fait qu'Europe et dans une moindre mesure Titan (respectivement à 3,5 et 8 unités astronomiques du Soleil et toutes les deux en dehors de la zone habitable du Soleil) sont des candidates de première importance pour la recherche de la vie dans le Système solaire souligne la difficulté à définir la notion de zone habitable. Certaines définitions du terme d'habitabilité précisent que les planètes habitables doivent être au sein de la zone habitable, mais cela reste à prouver..

Une zone habitable « stable » présente deux particularités. Premièrement, sa localisation doit peu varier au cours du temps. La luminosité des étoiles augmente avec leur âge et une zone habitable donnée s'écarte de l'étoile au fur et à mesure. Si cette migration est trop rapide (par exemple, pour une étoile super-massive), les planètes ne sont dans la zone habitable que pour une très courte durée, ce qui réduit considérablement la probabilité que la vie s'y développe. Déterminer la zone habitable et son déplacement au cours de la vie de l'étoile est très difficile : des rétroactions, telles que celles dues au cycle du carbone ont tendance à compenser l'impact de l'augmentation de la luminosité. Ainsi, de même que l'évolution de l'étoile, les hypothèses faites sur les conditions atmosphériques et la géologie de la planète ont une très grande influence sur le calcul d'une zone habitable. Ainsi, les paramètres proposés pour calculer la zone habitable du Soleil ont fortement varié tandis que cette notion se développaitJ.F. Kasting, D.P. Whitmore, R.T. Reynolds, Habitable Zones Around Main Sequence Stars, Icarus, 101, 108-128, 1993. (Lien). Résumé détaillé de l'estimation des zones habitables..

Ensuite, aucun corps de masse importante tel qu'une planète gazeuse géante ne doit être présent dans la zone habitable ou à proximité de celle-ci : sa présence pourrait empêcher la formation de planètes telluriques. Si, par exemple, Jupiter était apparue dans la région qui est actuellement entre les orbites de Vénus et la Terre, celles-ci n'auraient probablement pas pu se former (sauf en tant que satellite de cette planète). Si à une certaine époque, les scientifiques supposaient que la combinaison planète tellurique sur les orbites intérieures - planètes géantes gazeuses sur les orbites extérieures était la norme, les découvertes récentes de planètes extrasolaires ont contredit cette hypothèse. De nombreuses planètes gazeuses géantes (Jupiter chaude) ont été trouvées sur des orbites proches de leur étoile, annihilant toute zone habitable potentielle. Les données actuelles sur les planètes extrasolaires sont probablement biaisées car les grosses planètes ayant des orbites excentriques et proches de l'étoile sont plus faciles à trouver que les autres. À ce jour, il n'a pas encore été possible de déterminer quel type de système planétaire est le plus courant.

Faible variation de luminosité