La vie extraterrestre La recherche de formes de vie extraterrestre constitue une des quêtes qui fascine le plus l'imagination humaine. Elle fait appel à une combinaison de disciplines scientifiques très variées telles l'astronomie, la chimie, la biologie, et la sociologie. De plus, la question que soulève l'existence de formes de vie à l'extérieur de la Terre nous force à considérer notre propre existence dans un contexte plus universel. Il est d'ailleurs intéressant de remarquer que la notion de vie extraterrestre est en grande partie liée aux développements scientifiques amorçés il y a environ cinq siècles. Ainsi, le passage du modèle géocentrique au modèle héliocentrique a fait perdre à la Terre ce caractère unique qui en faisait le centre de la Création, pour la reléguer au rang d'objet astronomique comme les autres. De même, l'élaboration de la théorie de l'évolution par Darwin a retiré à l'homme son rôle central dans la Création.

L'Univers tel que nous pouvons le décrire maintenant est formé de milliards de galaxies renfermant chacune des centaines de milliards d'étoiles. Nous savons aussi que la composition chimique moyenne est la même partout et que les lois de la physique s'appliquent de la même façon partout dans cet Univers. Les développements techniques des dernières décennies nous permettent désormais de considérer cette question non plus seulement d'un point de vue philosophique mais aussi sous son aspect scientifique. Au cours des prochaines sections, nous allons tenter de cerner les paramètres importants de ce problème et d'établir les meilleures stratégies pour le résoudre.

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Introduction 27

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Objectifs du chapitre 27

Décrire les ingrédients nécessaires pour l'apparition de la vie

Expliquer les paramètres de l'équation de Drake

Connaître les méthodes de communication extraterrestre

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Yannick Dupont V2.0, été 2001

Objectifs du Chapitre 27

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L'origine de la vie Nous savons que la Terre est âgée d'environ 4.6 milliards d'années et que la vie y est apparue il y a près de 4 milliards d'années. Malheureusement, nous ne pouvons pas étudier les 500 premiers millions d'années de l'histoire terrestre car, suite à l'activité géologique de notre planète, les plus vieilles roches sont déjà retournées dans le manteau et ne sont plus accessibles. Il est donc assez difficile de connaître les conditions physiques et chimiques qui ont donné naissance aux premières formes de vie sur la Terre. Une question épineuse, à laquelle il est difficile de répondre maintenant, est "De quelle manière la matière inerte se transforme-t-elle en matière organique?". Pour tenter d'y répondre nous pouvons chercher des éléments d'informations sur les autres planètes du système solaire. Ainsi l'exploration de Mars et de Vénus revêt une importance particulière car, même si la vie n'est jamais apparue sur ces deux planètes, nous savons qu'elles représentent les deux extrêmes des conditions physiques initiales qui régnaient sur la Terre; dans un cas l'atmosphère est trop chaude et trop dense, et dans l'autre elle est trop froide et trop ténue. Outre l'exploration spatiale, il est aussi possible de tenter quelques expériences en laboratoire à une échelle réduite. Une des expériences les plus célèbres est celle de Stanley Miller et d'Harold Urey réalisée en 1953. A partir d'un mélange d'hydrogène, de méthane, d'ammoniaque et d'eau traversé par des décharges électriques (représentant l'atmosphère et les océans primitifs de la Terre bombardés par le rayonnement ultraviolet du Soleil), ils ont constaté l'apparition de molécules organiques, d'acides aminés et de sucres qui constituent les blocs de construction de base de toutes les formes de vie sur Terre.

Figure 27.1: Représentation schématique de l'expérience de Urey et Miller Malgré le succès apparent de cette expérience, certains constituants essentiels de la vie semblent difficiles à produire de cette manière et nous sommes donc encore loin d'avoir créé la vie en laboratoire.

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En combinant ce que nous avons appris du développement de la vie sur la Terre, de l'étude des planètes du système solaire et des expériences en laboratoire, nous pouvons néanmoins établir une liste (partielle) des ingrédients nécessaires à l'apparition d'une forme de vie intelligente sur une planète.

� La durée caractéristique avant l'émergence d'une forme d'intelligence est d'environ 3 à 6 milliards d'années. Il faut donc que l'étoile parente, autour de laquelle orbite la planète, soit peu massive afin que sa vie sur la séquence principale soit assez longue (voir Chapitre 20). Les étoiles de type spectral semblable à celui de notre Soleil (G) sont donc les meilleures candidates.

� La vie semble apparaître dans un milieu liquide, probablement de l'eau puisque cette molécule est formée de deux des espèces atomiques les plus abondantes dans l'Univers. La planète mère doit donc être assez massive pour retenir les gaz nécessaires à la formation des océans et être située à la bonne distance de son étoile. La Figure 27.2 illustre la zone habitable autour de notre Soleil. Vénus est située trop près, la température y est trop élevée; Mars est dans la zone mais sa masse n'est pas assez grande pour retenir une atmosphère importante.

� La vie est orchestrée autour d'une molécule complexe, l'ADN. Cette molécule est construite à partir des éléments chimiques les plus abondants dans l'Univers: l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène. Elle est d'une grande stabilité ce qui lui permet de transmettre les caractéristiques importantes d'une espèce vivante, d'une génération à l'autre. Cette transmission n'est cependant pas parfaite, ce qui donne la possibilité de mutation et d'adaptation à un environnement qui se modifie.

� Finalement, le développement de l'intelligence comme telle se fait très rapidement; il a fallu environ 100 millions d'années après l'apparition des premiers mammifères pour que nous soyons en mesure de modifier notre environnement. La vie évolue des formes simples vers les formes complexes sans jamais revenir en arrière.

Figure 27.2: La zone habitable autour du Soleil

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Il est assez difficile d'imaginer quelle pourrait être la forme qu'adopterait la vie intelligente sur une autre planète. Pour s'en convaincre il suffit de se rappeler la très grande diversité des formes de vie qui sont apparues sur la Terre depuis le tout début. Par contre, nous savons que les lois de la physique et de la chimie sont les mêmes partout dans l'Univers, ce qui favorise certaines combinaisons d'éléments chimiques plutôt que d'autres. De plus, l'abondance relativement plus élevée de l'hydrogène, du carbone, de l'azote et de l'oxygène permet de croire que la vie extraterrestre serait basée sur une chimie organique semblable à celle de la Terre. Finalement, l'évolution de la vie sur notre planète montre que les espèces qui ont réussi sont constituées d'un grand nombre d'individus possédant une certaine cohésion sociale. La vie extraterrestre pourrait donc être peu différente de celle sur la Terre(!).

La Terre est-t-elle unique? Les résultats de l'exploration de notre système solaire, l'analyse des météorites et des échantillons de sol lunaire et martien, nous indiquent à l'heure actuelle que seule la Terre abrite la vie. Il demeure possible que certaines formes de vie très primitives (virus, bactéries, etc) aient pu se développer ailleurs dans le système solaire (ex. Mars, Europa), mais nous sommes persuadés que la vie intelligente n'existe que sur notre planète. Si des formes de vie extraterrestre intelligente existent, il faut les chercher à l'extérieur du système solaire. En plus de rechercher d'autres systèmes planétaires, il faut aussi identifier les étoiles qui sont les plus susceptibles de permettre le développement de la vie. Ainsi que nous l'avons mentionné à la section précédente, les étoiles dont le type spectral est semblable à celui de notre Soleil représentent les meilleures candidates. Le Tableau 27.1 dresse une liste des 25 étoiles à moins de 13 A.L. du Soleil. Si on élimine les systèmes binaires qui sont moins propices à la formation de planètes et à l'apparition de la vie, les étoiles trop chaudes (type spectral plus précoce que F5) car elles ne vivent pas assez longtemps, et les étoiles trop froides (type spectral plus tardif que K5) autour desquelles la zone habitable est trop restreinte, il nous reste trois candidates: Epsilon Eridani, Epsilon Indi et Tau Ceti. Ça semble peu, mais il faut se rappeler que nous n'avons échantillonné qu'une toute petite région de notre galaxie. En se basant sur le nombre d'étoiles que renferme la Voie Lactée ainsi que sur leur distribution en fonction de leur type spectral, on estime qu'il doit y avoir près de 60 milliards d'étoiles assez semblables à notre Soleil dans la Galaxie. Il faut donc garder espoir!

Table 27.1: Caractéristiques des étoiles voisines du Soleil

Nom Distance (A.L.)

Type spectral Luminosité(L�)

Masse (M�)

Proxima Centauri 4.2 M5 0.00006 0.1

Alpha Centauri A 4.3 G2 1.53 1.1

B 4.3 K1 0.44 0.88

Barnard 6.0 M4 0.0004

Wolf 359 7.7 M6 0.00002

Lalande 211385 8.2 M2 0.005

Luyten 726-8 A 8.4 M5 0.00006 0.044

B 8.4 M6 0.00004 0.035

Sirius A 8.6 A1 23.0 2.31

B 8.6 NB 0.0020 0.98

Ross 154 9.4 M4 0.0004

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À la recherche d'autres planètes

La recherche de planètes extrasolaires est sans doute un des plus vieux problèmes scientifiques. De l'Antiquité jusqu'aux siècles derniers, des philosophes et des chercheurs tels Hérodote, Fontenelle, Kant, Goethe, Flammarion et Huyghens ont abordé cette question. Pourtant, ce n'est que tout récemment que les améliorations des techniques de mesure astronomique permettent de s'attaquer à ce problème de façon efficace.

La recherche d'exoplanètes est assez ardue car, en général, la luminosité des étoiles parentes empêche une détection directe. Il faut donc utiliser des méthodes indirectes telles les faibles variations périodiques de la vitesse radiale ( Figure 27.3) ou un petit déplacement périodique de la position de l'étoile apparente ( Figure 27.4), induites par une ou des planètes en orbite autour de celle-ci. Ce genre de technique exige des données de grande qualité ainsi que des observations échelonnées sur de nombreuses années; pour s'en convaincre il suffit de considérer que Jupiter prend 12 années pour faire le tour du Soleil et fait varier la vitesse de ce dernier d'environ 10 m/s au cours de cette période.

Ross 248 10.4 M5 0.0001

Epsilon Eridani 10.8 K2 0.30

Ross 128 10.9 M4 0.00033

61 Cygni A 11.1 K3 0.082

B 11.1 K5 0.038

Luyten 789-6 A 11.2 M5 0.0001

B 11.2 M5 0.0001

Epsilon Indi 11.2 K3 0.14 0.8

Groombridge 34 A 11.2 M1 0.006

B 11.2 M4 0.0004

Procyon A 11.4 F5 7.6 1.77

B 11.4 NB 0.0005 0.63

Sigma 2398 A 11.6 M3 0.003 0.4

B 11.6 M4 0.002 0.4

CD -36o 15693 11.7 M1 0.02

G51-15 11.7 M7 0.00003

Tau Ceti 11.8 G8 0.47 0.9

BD 12.3 M4 0.0015

Luyten 725-32 12.5 M5 0.0003

Lacaille 8760 12.5 K6 0.027

Kapteyn 12.7 M0 0.004

Kruger 60 A 12.9 M3 0.0015 0.27

B 12.9 M3 0.0004 0.16

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Figure 27.3: Les variations de la vitesse radiale d'une étoile en fonction du temps

Figure 27.4: Les variations du mouvement propre d'une étoile

Les recherches récentes ont permis de confirmer la présence d'exoplanètes autour de plusieurs dizaines d'étoiles. La liste de ces objets s'allonge régulièrement et vous pouvez découvrir ces nouvelles planètes à l'adresse suivante: http://www.obspm.fr/encycl/f-encycl.html. La figure suivante illustre quelques-uns des systèmes connus à ce jour.

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Figure 27.5: Systèmes extra solaires

La masse de ces planètes varie entre quelques dixièmes et quelques fois la masse de Jupiter. Jusqu'à maintenant, aucune planète de type terrestre n'a été détectée. Cette absence apparente de petites planètes s'explique par la limite actuelle des méthodes de détection. De plus, les planètes géantes dans ces systèmes sont, pour la plupart, situées très près de leur étoile parente; il faudra sans doute corriger le scénario décrivant l'origine et l'évolution d'une étoile et d'un système planétaire. Malgré tout, il semble donc que la formation de planètes représente un prolongement naturel découlant du processus de formation des étoiles.

Le nombre de civilisations extraterrestres - l'équation de Drake

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Malgré le fait que nous représentions la seule forme de vie intelligente et capable de communication connue à ce jour, nous pouvons tenter d'estimer le nombre d'autres civilisations extraterrestres qui pourraient exister. Le résultat de ce calcul peut nous indiquer si nous avons des chances raisonnables de contacter une éventuelle civilisation étrangère à la notre ou, au contraire, si nous sommes seuls dans la Galaxie. De plus, le résultat peut aussi nous permettre d'identifier les meilleures stratégies de communication. Nous limiterons le calcul à notre galaxie seulement, car les distances nous séparant des autres galaxies sont telles qu'elles empêchent toute forme d'échange utile. La meilleure façon d'estimer le nombre de civilisations extraterrestres capables de communication a été proposée par l'astronome Frank Drake au début des années soixante; elle porte d'ailleurs le nom d' équation de Drake. Cette équation adopte la forme suivante:

où

� N* représente le nombre d'étoiles dans notre galaxie,

� fs représente la fraction des étoiles semblables au Soleil, � Np représente le nombre moyen de planètes dans un système solaire, � fe représente la fraction des planètes capables de supporter la vie, � fl représente la fraction où la vie se développe, � fi représente la fraction où l'intelligence fait son apparition, � Lc représente la durée de vie moyenne d'une civilisation, et � LG représente la durée de vie de la Galaxie.

Quoique le processus semble assez simple, il n'est pas évident d'assigner des valeurs à chacun des paramètres. Certains, tels le nombre d'étoiles dans notre galaxie et la fraction de celles-ci qui ressemblent au Soleil, sont assez bien connus. D'autres s'avèrent beaucoup plus difficile à estimer. On peut tout au plus fournir des valeurs qui semblent raisonnables. Si on assigne les valeurs suivantes:

on obtient

C'est à dire que le nombre potentiel de civilisations extraterrestres qui existe et avec lesquels on pourrait communiquer est comparable à la durée de vie moyenne (exprimée en années) d'une civilisation. Si on prend notre civilisation à titre d'exemple, nous avons les moyens techniques de communiquer depuis environ cent ans mais nous avons acquis en même temps la possibilité de nous détruire; si cet événement se produisait alors on aurait Lc ~100 et on estimerait à une centaine le nombre de civilisations extraterrestres dans la Galaxie. Chacune de ces civilisations

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serait séparée de ses voisines par environ 7,000 A.L., ce qui diminue beaucoup les possibilités de communication.

Comme nous l'avons mentionné, l'équation de Drake dépend d'une série de paramètres dont les valeurs sont assez difficiles à estimer. Si on décide d'être résolument pessimiste ou optimiste en assignant une valeur à chacun des facteurs, on trouve que

Dans le pire des cas nous sommes donc seuls dans la Galaxie, tandis qu'à l'opposé il pourrait y avoir plusieurs milliers (millions?) de civilisations extraterrestres!

En dépit du fait qu'il puisse exister de nombreuses autres formes de vie intelligentes dans la Voie Lactée, il est important de réaliser que les dimensions de celle-ci sont telles que la distance moyenne entre deux civilisations demeure assez grande. Ainsi, si Lc=20,000 ans et si l'on adopte la valeur la plus probable pour Nc (Nc ~ Lc ), on trouve que la distance moyenne entre deux civilisations est d'environ 1,000 A.L.. La distance est donc le facteur clé qui détermine les stratégies de communication.

Comment pouvons-nous communiquer?

Instinctivement nous avons tendance à croire qu'un échange significatif d'informations doit se faire par contact direct. Ainsi, malgré les progrès réalisés dans le domaine des télécommunications, les politiciens, les gens d'affaires effectuent de longs (et souvent inutiles) déplacements pour finaliser des décisions importantes! Cette attitude nous conduit à un cul-de-sac si on l'applique aux communications avec des civilisations extraterrestres.

A l'heure actuelle, les meilleures fusées permettent d'atteindre des vitesses d'environ 10 km/sec (40,000 km/heure). A cette vitesse il faudrait plus de 100,000 ans pour franchir la distance qui nous sépare de l'étoile la plus près de nous. Comme nous l'avons vu à la section précédente, la distance entre deux civilisations est probablement de l'ordre de quelques centaines ou de quelques milliers d'années-lumière, ce qui porte la durée du voyage à plusieurs millions d'années! De toute évidence, cette technologie ne permet pas de communiquer facilement. On peut imaginer que nous pourrons un jour développer des engins qui voyageront à des vitesses plus élevées, mais les lois de la physique (en particulier la théorie de la relativité) nous montrent que les quantités d'énergie requises pour atteindre ces grandes vitesses sont astronomiques! De plus, la vitesse limite est celle de la lumière (quoiqu'en disent les romans et les films de science-fiction!) ce qui nous laisse avec des durées de déplacement de l'ordre de quelques centaines à quelques milliers d'années.

D'une certaine façon nous avons déjà la technologie nécessaire pour voyager à la vitesse de la lumière par le biais des ondes électromagnétiques. Nos télescopes et radio-télescopes captent des signaux voyageant à la vitesse de la lumière et qui proviennent des confins de notre galaxie (et même de l'Univers). De manière similaire, nous pouvons émettre des signaux radio capables de franchir de grandes distances dans l'espace avant d'être atténués de façon appréciable par le gaz et la poussière interstellaires. Cette forme de télécommunication, quoique moins

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spectaculaire que les voyages spatiaux, est nettement plus abordable (d'un point de vue énergétique et économique) et aisément réalisable.

L'hypothèse à la base des communications radio interstellaires est que nous ne sommes pas la première civilisation technologique dans la Galaxie et donc nous devrions pouvoir détecter des signaux radio voyageant entre les autres civilisations extraterrestres. Depuis le début des années soixante, plusieurs projets d'écoute ont tenté, sans succès, de détecter des émissions radio d'origine extraterrestre. Les difficultés rencontrées par ces programmes de recherche sont nombreuses. Ainsi, le choix des cibles d'écoute nous force à un compromis entre une couverture de tout le ciel en consacrant seulement quelques secondes d'écoute pour chacun des champs, ou s'attarder plus longtemps sur des régions (des étoiles) potentiellement plus intéressantes. Il faut aussi faire un choix judicieux des fréquences d'écoute les plus susceptibles de transporter un signal radio extraterrestre; pendant longtemps le choix s'est porté sur la fréquence d'émission de l'hydrogène (l'élément le plus abondant) correspondant à une longueur d'onde de 21 cm.

Le dernier projet d'envergure consacré à cette recherche, le SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence), a opté de couvrir l'ensemble du ciel en sept ans à raison d'une seconde par champ, tout en observant pendant 5 à 15 minutes environ 800 étoiles situées à moins de 80 A.L. de la Terre. Les détecteurs utilisés par ce projet permettent de balayer plus de 16 millions de fréquences simultanément. Le dépouillement préliminaire des données est réalisé grâce au réseau Internet et à la puissance de calcul provenant de l'utilisation combinée de millions d'ordinateurs personnels partout dans le monde (pour plus de détails voir l'adresse suivante: http://setiathome.ssl.berkeley.edu/).

Un autre problème lié à l'écoute des émissions radio interstellaires est l'identification d'un signal d'origine extraterrestre. Il n'est pas évident que l'on puisse reconnaître de façon non-équivoque qu'un signal radio provienne d'une civilisation autre que la notre. De même, on peut se demander si une civilisation extraterrestre pourrait identifier des signaux en provenance de la Terre? Ainsi, à une distance de quelques années-lumière du système solaire il est peu probable que l'on puisse voir directement la Terre au voisinage du Soleil. Par contre, les signaux produits par les stations de télévision et de radio trahissent notre présence comme l'illustre les Figures 27.6 et 27.7. L'intensité du Soleil dans le domaine des ondes radio est assez faible tandis que celle de la Terre est nettement supérieure à cause de ces signaux artificiels. Un radio-télescope situé 10 ou 20 A.L. du système solaire capterait un signal radio anormalement intense pour une étoile de type G2, dont la période est égale à celle de la rotation de la Terre. Les variations du signal proviendraient de la répartition géographique asymétrique des stations émettrices à la surface de la Terre.

Figure 27.6: Les signaux radio en provenance de la Terre

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Figure 27.7: Les signaux radio en provenance de la Terre Les difficultés augmentent si en plus d'identifier les signaux artificiels en provenance d'une autre civilisation et d'isoler une fréquence particulière, on désire décoder le signal et lui donner un sens. A titre d'exemple, la Figure 27.8 représente le décodage d'un signal radio émis en 1974 par le radio-télescope d'Arecibo. Ce signal, émis en direction de l'amas globulaire M13 situé à 25,000 A.L. de la Terre, est constitué d'une suite de 1679 0 et 1 qui une fois agencés en un tableau de 73 lignes et 23 colonnes (73 x 23 = 1679) produit une suite de pictogrammes. Il est assez évident que l'interprétation correcte de ces dessins n'est pas facile! Si nous étions confrontés à un message de cette nature, serions-nous en mesure de lui donner le sens voulu par ses concepteurs?

Figure 27.8: Le message envoyé d'Arecibo en 1974 Un message plus complexe, dont une partie est illustrée à Figure 27.9, a récemment été émis en direction de quatre étoiles de type solaire situées à moins de 70 années-lumière de distance. Ce message, de nature mathématique, contient des notions d'astronomie, de biologie, de géographie et de cosmologie. Les concepts véhiculés vont du simple au complexe tout au long du message. La dernière partie invite un éventuel interlocuteur à répondre de façon similaire.

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Figure 27.9: Première page d'un message sophistiqué émis en 1999

Les OVNIs Un des thèmes les plus persistants du XXième siècle est celui des OVNIs (Objets Volants Non-Identifiés) et des visiteurs extraterrestres. L'idée sous-jacente de ce phénomène est que nous sommes une espèce remarquable qui mérite le détour, alors laissons-les nous trouver! Cet argument passe sous silence certains points essentiels qui méritent pourtant qu'on s'y attarde.

� Les civilisations extraterrestres sont confrontées aux mêmes difficultés que nous en ce qui concerne l'exploration spatiale. Les lois de la physique étant les mêmes partout, la vitesse de la lumière constitue une limite absolue. De plus, les quantités d'énergie requises pour atteindre cette vitesse sont pratiquement infinies.

� Notre présence est révélée par l'émission d'ondes radio dans l'espace. Les premiers signaux radio d'intensité élevée ont été produits au début des années 30, ils se sont donc propagés à environ 70 A.L. du système solaire. A l'intérieur de ce volume nous n'avons jusqu'à présent détecté aucun signal d'origine extraterrestre tandis qu'à l'extérieur de ce volume notre existence n'est pas encore connue d'une éventuelle civilisation visiteuse.

Jusqu'à maintenant les indices permettant de croire que nous sommes visités sont assez minces. Il n'existe aucune preuve tangible qu'un visiteur ou un groupe de visiteurs extraterrestres se soit promené sur notre planète. Aucune trace nette du passage ou de l'atterrissage d'une "soucoupe volante" n'a été relevée. Il n'y a pas, non plus, de débris ou d'artéfact d'origine extraterrestre qui ait été retrouvé(On doit constraster ce dernier argument avec le fait que des gens retrouvent régulièrement des débris de météorites qui n'ont souvent rien de remarquables.) Finalement, malgré le fait qu'il y a des millions de photographes (professionnels et amateurs) qui parcourent la surface de la Terre, il n'existe aucune photographie qui présente clairement un objet volant artificiel extraterrestre. Il ne reste que les récits des témoins oculaires, qui ne constituent souvent qu'une interprétation subjective d'un phénomène naturel de la part de l'observateur.

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Yannick Dupont V2.0, été 2001

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