Astrophysique : articles de Futura Science et Wired

PERCIVAL LOWELL N’ÉTAIT PASle premier à penser qu’il avait découvert la vie sur Mars, mais il était parmi les derniers. À la fin du 19e siècle et au début du 20e siècle, l’astronome américain a publié une série de livres promouvant sa théorie selon laquelle les caractéristiques observables à la surface de la planète rouge étaient l’œuvre d’une espèce intelligente au bord de l’extinction. Les objets de la fascination de Lowell – et le mépris de la communauté astronomique au sens large – étaient les soi-disant «canaux martiens», qui selon lui étaient utilisés pour acheminer l’eau des calottes glaciaires de la planète.

La NASA explore robotiquement Mars depuis le milieu des années 60, et à cause de ces missions, nous sommes maintenant presque certains que la planète ne abrite aucun ingénieur extraterrestre. (Désolé, Percy.) Mais ces vaisseaux spatiaux ont trouvé une abondance de preuves géologiques que Mars avait peut-être une fois eu de l’eau liquide à sa surface, un champ magnétique et une atmosphère épaisse, qui sont en tête de liste en termes de conditions de vie comme nous le savons il. En d’autres termes, il existe encore une chance que des formes de vie de base existaient autrefois à la surface de la planète rouge. Et plus tard ce mois-ci, la NASA fera son plus grand pas à ce jour pour le découvrir.

Le 30 juillet, la NASA devrait lancer son nouveau rover, Perseverance, lors d’un voyage à sens unique vers Mars. Le géologue robotique de la taille d’une voiture passera sa première année sur la planète à forer des échantillons de carottes à la recherche de signes de vie ancienne. (Une autre mission robotique plus tard cette décennie ramènera les échantillons sur Terre.) Le rover collectera au moins 20 tubes de saleté autour de son site d’atterrissage, le cratère Jezero, qui, selon les scientifiques, était un delta du fleuve il y a près de 4 milliards d’années. Si jamais Mars hébergeait la vie, l’eau stagnante de l’ancien delta de Jezero serait le type d’endroit auquel vous vous attendriez.

Mais ne vous attendez pas à ce que la persévérance fasse remonter des os ou des coquillages – c’est à la recherche de microbes fossilisés, pas de mollusques. Et même trouver une bactérie intacte serait un coup de chance étonnant. «Ce serait un rêve total», explique Tanja Bosak, géobiologiste expérimentale au MIT et membre de l’équipe de 10 personnes qui guidera la sélection des échantillons du rover. Au lieu de cela, le rover recherche des biosignatures potentielles, les faibles traces moléculaires laissées par les microbes il y a des milliards d’années. Si Persévérance découvre la vie sur Mars, ce sera moins comme rencontrer un étranger dans les bois et plus comme découvrir leurs empreintes.

Quand elle ne cherche pas la vie ancienne sur d’autres planètes, Bosak étudie la première vie par nous-mêmes, un processus qu’elle dit est analogue à ce que Persévérance fera sur Mars. Pour traquer les microbes antiques sur Terre, les géobiologistes recherchent des modèles dans des formations rocheuses qui ne pouvaient avoir été formées que par des processus biologiques. Les stromatolites, par exemple, sont des roches infusées de couches de ce que Bosak appelle des «déchets organiques». Ces fines feuilles d’algues fossilisées et d’autres organismes primitifs façonnent les sédiments selon un motif ondulé distinct qui est visible à l’œil nu.

«Avec les microbes, on ne voit jamais vraiment qu’une seule cellule. C’est toujours une communauté macroscopique », explique Bosak. «Les interactions fondamentales entre la matière organique et les minéraux devraient être les mêmes sur Terre et sur Mars, nous allons donc utiliser des caméras pour rechercher ces différents types de formes microbiennes.»

Ce serait un gros problème si Persévérance trouve des stromatolites sur Mars, mais pas assez pour prouver l’existence de microbes extraterrestres. Le rover devrait également trouver une abondance de molécules qui sont généralement associées à la vie au même endroit. «Toutes les cellules se métabolisent», explique Bosak. «Ils absorbent des molécules de l’environnement et vomissent autre chose.» Cela pourrait inclure des éléments de base comme le phosphore et l’azote, ou des molécules organiques plus complexes comme le carbonate de calcium. Dans le meilleur des cas, le rover trouverait des traces fossilisées de lipides ou d’autres biomolécules qui sont essentielles pour les êtres vivants. Le défi pour Persévérance sera de trouver ces molécules fossilisées étalées sur un grain de poussière martienne.

La première étape de ce processus implique l’instrument SuperCam, un réseau de lasers attachés au mât du rover qui peut étudier les roches à distance. Un laser vaporise la roche en la chauffant à 18 000 degrés Fahrenheit. Cela crée un plasma que le rover peut photographier pour comprendre sa composition élémentaire. Un autre laser interagit avec les molécules du sol martien sans détruire leurs liaisons chimiques et, par la façon dont la lumière laser change, révèle quels composés sont lacés dans la saleté.

Si la SuperCam détecte des molécules organiques ou des concentrations élevées d’éléments comme l’azote ou le phosphore, Persévérance se déplacera pour un examen plus approfondi. Deux instruments attachés à l’extrémité de son bras, PIXL et Sherloc, utilisent plus de lasers pour obtenir une image détaillée de la roche. PIXL utilise un faisceau de rayons X pour créer une carte fluorescente de la chimie élémentaire de la roche et Sherloc utilise un laser ultraviolet de la largeur d’un cheveu humain pour détecter toute matière organique qui pourrait se cacher parmi les grains de saleté.

«Ce sont les types de techniques que nous utilisons lorsque nous étudions le premier enregistrement de la vie sur Terre», explique Ken Williford, scientifique adjoint du projet de la NASA pour la mission Mars 2020 et directeur du laboratoire d’astrobiogéochimie du Jet Propulsion Laboratory. «La façon dont nous trouvons les biosignatures anciennes sur Terre n’est pas seulement en mesurant la chimie en vrac d’une roche. Nous cartographions où se trouve cette matière organique dans la roche, ce qui nous permet de rechercher ensemble des textures et des compositions réalistes. »

Une fois que Persévérance aura trouvé une tache prometteuse de terre rouge, Bosak et ses collègues devront faire un appel pour savoir si un échantillon de base doit être prélevé à cet endroit pour être retourné sur Terre plus tard. C’est une décision à enjeux élevés – le rover ne peut stocker que quelques dizaines d’échantillons, et une fois qu’une décision est prise, il n’y a pas de retour en arrière. Le rover a beaucoup de terrain à parcourir au cours de sa première année sur Mars, il n’aura donc pas le temps de revoir les sites d’échantillonnage précédents. Et les astrobiologistes ne sont pas les seuls scientifiques qui ont envie de mettre la main sur une roche de Mars. Certains échantillons seront utilisés pour répondre à d’autres questions fondamentales, telles que la durée des conditions habitables sur la surface martienne et à quoi ressemblaient ces conditions.

La preuve la plus ancienne et non controversée de la vie sur Terre a environ 3,5 milliards d’années; au-delà de ce point, les archives fossiles microbiennes se déforment au-delà de la reconnaissance par des éons de processus géologiques intenses. Williford prévoit que les roches examinées par Persévérance auront environ 300 millions d’années de plus que la plus ancienne preuve de vie sur Terre. Et si nous pouvons à peine reconnaître la vie la plus ancienne de notre propre planète, il sera probablement encore plus difficile de la reconnaître sur Mars. «Tout signe de vie est beaucoup plus susceptible d’être très ambigu que d’être quelque chose d’évident», explique Williford. Même si Persévérance trouve des biosignatures qui constitueraient une preuve solide de la vie antique sur Terre, Williford dit que la communauté scientifique retiendrait probablement son jugement jusqu’à ce que les échantillons soient retournés et étudiés avec des instruments plus sensibles.

Bien sûr, il est possible que Persévérance apparaisse les mains vides dans sa recherche de biosignatures sur Mars. Mais cela ne signifie pas nécessairement que la planète est dépourvue de vie, explique Sarah Johnson, scientifique planétaire à l’Université de Georgetown. Cela pourrait simplement signifier que la vie sur d’autres planètes est différente de la vie seule. Mais comment trouver quelque chose si vous ne savez pas ce que vous cherchez?

En 2018, le programme d’astrobiologie de la NASA a attribué à Johnson et à une équipe internationale de chercheurs une subvention de 7 millions de dollars pour trouver une réponse. Aujourd’hui, Johnson dirige le nouveau Laboratoire de biosignatures agnostiques, qu’elle décrit comme un effort pour comprendre «la vie telle que nous ne la connaissons pas». Les techniques que Persévérance utilisera pour détecter les biosignatures possibles supposent toutes que la vie sur Mars a évolué de la même manière que la vie sur Terre, et donc elle cherche des preuves de biochimies similaires. Le laboratoire de Johnson est en train de trouver des moyens de détecter la vie qui pourrait ne pas jouer selon les règles génétiques de la Terre, ce qui revient un peu à apprendre à parler une langue dont vous n’avez jamais entendu parler.

«L’idée principale des biosignatures agnostiques est qu’elles incluent la vie telle que nous la connaissons, ainsi que d’autres types de vie», explique Johnson. Par exemple, elle et ses collègues pensent que la complexité d’une molécule peut être une biosignature importante qui ne dépend pas d’une biochimie terrestre. Il existe un certain seuil de complexité pour les composés chimiques au-delà duquel il leur est presque impossible de se former sans l’aide d’un processus biologique. La tâche de Johnson et de ses collègues est de trouver comment définir cette complexité de manière significative. “Vous ne pouvez pas simplement regarder les grosses molécules, car il y a beaucoup de molécules, comme les polymères, qui sont vraiment, vraiment grosses, mais elles ne font que répéter les mêmes sous-unités”, explique Johnson.

Au lieu de cela, Johnson et ses collègues considèrent la complexité comme un processus. En d’autres termes, combien d ‘«étapes» différentes faut-il pour créer une molécule donnée, où chaque étape ressemble à l’ajout d’un nouveau type de liaison moléculaire? Leurs recherches suggèrent qu’il existe un seuil de complexité à environ 14 ou 15 étapes; au-dessus de cela, n’importe quelle molécule est presque certaine d’avoir été formée par un processus biologique.

Le laboratoire de Johnson étudie d’autres biosignatures agnostiques potentielles, telles que certains types de réactions de réduction-oxydation, qui transfèrent des électrons entre les atomes. Il s’agit de la principale source de transfert d’énergie au niveau microbien, et la recherche de différents types de réactions redox pourrait potentiellement être utilisée pour identifier la vie extraterrestre qui ne partage pas notre biochimie spécifique.

Johnson et ses collègues explorent une variété de biosignatures agnostiques, mais elle dit qu’elles sont liées en ce qu’elles adoptent une approche plus probabiliste pour détecter la vie. «Nous essayons de nous éloigner de ce binaire de« oui la vie »ou« non de la vie »à un spectre de certitude», explique Johnson. «Si nous réfléchissons à ce que nous attendons d’un processus biologique ou aléatoire en termes probabilistes, je pense que cela peut nous faire avancer un peu. Nous sommes en quelque sorte dans ce monde de bio- indices par opposition aux biosignatures définitives. »

Il est encore tôt pour la recherche sur les biosignatures agnostiques, mais Johnson est optimiste que les techniques qu’elle et ses collègues développent pourraient être en mesure d’aider à analyser les échantillons de Persévérance lorsqu’ils seront retournés sur Terre plus tard cette décennie. Ils peuvent également avoir un rôle à jouer dans les missions à venir de la NASA sur Titan et Europa , deux lunes du système solaire externe que de nombreux scientifiques planétaires considèrent comme des candidats de premier plan pour accueillir la vie dans notre système solaire.

S’il y a de la vie sur ces mondes extraterrestres, il y a de fortes chances qu’elle soit significativement différente de la nôtre. La lune de Jupiter, Europa, est recouverte d’une épaisse couche de glace qui cacherait un océan à l’échelle de la planète, ce qui signifie que toutes les formes de vie auraient surgi autour des évents hydrothermaux profondément sous la surface. La plus grande lune de Saturne Titan a une atmosphère épaisse riche en composés de carbone et peut également avoir de grandes masses d’eau liquide sous sa surface. Les scientifiques ne savent pas exactement ce qu’ils trouveront à leur arrivée, mais si Johnson et son équipe réussissent, ils disposeront d’un tout nouvel ensemble d’outils pour les aider à reconnaître un extraterrestre lorsqu’ils en verront un.