La recherche de la vie dans les mondes océaniques du système solaire

La recherche de la vie dans les mondes océaniques du système solaire

Par Amanda Gonçalves Bendia *

La curiosité troublante de l’humanité à démêler des terres inconnues a été l’un des principaux moteurs qui ont déclenché les grandes navigations océaniques, en particulier à partir du 14ème siècle. Bien sûr, de nombreux facteurs commerciaux et politiques déterminent les tailles personnalisées, mais être là où aucun autre être humain n’a été, n’a fait un pas ou n’a navigué a toujours fasciné les esprits des explorateurs. Outre la «découverte» de nouvelles terres, les grandes navigations ont façonné la civilisation telle que nous la connaissons aujourd’hui. Aujourd’hui, avec le sentiment que chaque recoin de notre planète a déjà été exploré (à quelques exceptions près, comme l’océan profond et les régions polaires), l’humanité crie d’explorer de nouvelles frontières et de découvrir de nouveaux mondes.

Le développement de nouvelles technologies d’exploration spatiale nous a permis de rêver à ces nouveaux mondes si éloignés, mais pas assez pour nous décourager de les démêler. Les défis de l’exploration spatiale nourrissent encore notre curiosité et des équipes de chercheurs de nombreux pays se sont réunies pour percer les mystères de ces mondes lointains. Le ciel n’est plus la limite, et au-dessus, nous avons de nouvelles mers à explorer.

Mondes océaniques: que sont-ils et où pouvons-nous les trouver?

Le monde océanique est un terme qui définit tout corps planétaire ou satellite naturel (lune) qui contient des quantités substantielles d’eau liquide à sa surface ou sous la surface. La discussion théorique sur la présence d’océans dans les régions souterraines des lunes glacées du système solaire se poursuit depuis les années 1970, lorsque certains chercheurs ont débattu de la possibilité d’une eau liquide due à la désintégration radioactive ou au mouvement des marées par la force gravitationnelle du gaz. planètes géantes sous vos lunes. La preuve de la présence de ces océans viendrait avec des missions spatiales, telles que Galilée et Cassini, qui ont exploré Jupiter et Saturne, respectivement, et leurs lunes. Ces missions ont recueilli des mesures géophysiques indiquant la présence d’océans souterrains dans les lunes de Saturne appelées Encelade et Titan, et dans les lunes de Jupiter appelées Europa, Ganymède et Callisto.

Cependant, dans ces océans, nous ne pourrons pas naviguer dans leurs eaux avec des caravelles et des navires, comme dans les océans de la Terre, car ils sont recouverts d’épaisses couches de glace pouvant atteindre des dizaines de kilomètres. Par exemple, on estime que l’océan d’Encelade est globalement réparti sur cette petite lune de 500 km de diamètre, et qu’il est recouvert d’une couche de glace entre 30 et 40 kilomètres. La profondeur estimée de l’océan d’Encélado est en moyenne de 25 à 30 kilomètres. Europa est une lune considérablement plus grande, de 3120 kilomètres de diamètre, et est également recouverte d’une épaisse couche de glace qui peut varier entre 2 et 30 kilomètres. L’océan d’Europe est estimé à environ 100 kilomètres de profondeur! Il est intéressant de noter que la profondeur moyenne des océans de la Terre est de 3,7 kilomètres et que sa région la plus profonde atteint environ 11 kilomètres dans la fosse des Mariannes, dans l’océan Pacifique. Par conséquent, l’océan européen aurait au moins 2 fois plus d’eau que les océans de la Terre! Le même schéma a été observé pour d’autres lunes, telles que Ganymède et Callisto, qui ont des océans sous d’épaisses couches de glace. Dans le cas de Ganymède, on estime qu’il y a plus de 6 fois de l’eau dans son océan que dans tous les océans de la Terre!

Exemples d'océans dans notre système solaire.
Exemples d’océans dans notre système solaire. Les pourcentages se réfèrent à la masse d’eau liquide, à l’exclusion des valeurs d’eau sous forme de glace. Traduit de NASA / PHL @ UPR Arecibo

Quelle est l’importance des océans pour la recherche de la vie?

Nous savons que l’eau liquide est l’un des facteurs cruciaux de la vie telle que nous la connaissons sur notre planète. Jusqu’à présent, nous ne connaissons aucune forme de vie capable de survivre sans eau liquide disponible. Ici sur Terre, pratiquement là où il y a de l’eau liquide, on retrouve la vie! En effet, l’eau liquide est considérée comme le solvant universel car elle est capable de dissoudre une grande quantité de substances, permettant ainsi aux réactions biochimiques inhérentes à la vie de se produire. Par conséquent, lorsque l’on pense à la recherche de vie en dehors de notre planète, l’une des caractéristiques les plus importantes pour définir si un lieu est potentiellement habitable est la présence d’eau liquide. Ainsi, la découverte des océans dans notre système solaire a révolutionné la recherche astrobiologique, puisqu’aujourd’hui on sait que l’eau liquide n’est pas aussi rare qu’on l’avait imaginé dans le passé.

Bien que l’eau soit un facteur essentiel pour la présence et le maintien de la vie telle que nous la connaissons, nous savons qu’elle n’est pas la seule. Avec notre planète comme exemple, le seul endroit que nous connaissons pour abriter la vie, les astrobiologistes cherchent à essayer de découvrir quels autres facteurs sont nécessaires pour que la vie naisse, évolue et prospère. Il est très probable que, quelque part (ou à des endroits) des océans de la Terre, il y a environ 3,5 milliards d’années, la vie est née et a proliféré à partir de conditions et de composés cruciaux. L’un de ces composés est le sel. Sur Terre primitive, les océans étaient environ 2 fois plus salés qu’aujourd’hui, où la salinité atteint environ 4%. Par conséquent, il est probable que pour que la vie commence, une certaine quantité de sel est nécessaire pour que les réactions biochimiques se produisent. Aujourd’hui, toute vie sur Terre dépend de plusieurs sels, tels que le chlorure de sodium et le chlorure de magnésium. La concentration de sels et d’autres solutés à l’intérieur des cellules est responsable du gradient électrochimique à travers les membranes cellulaires qui se traduit par la production d’énergie, en plus du transport de molécules à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule, parmi de nombreuses autres fonctions. Ce qui est étonnant, c’est que les scientifiques ont trouvé des preuves que de nombreux mondes océaniques de notre système solaire contiennent également des quantités de sel très similaires à celles des océans de la Terre aujourd’hui, c’est-à-dire environ 4% de salinité.

D’autres substances essentielles à la vie sont constituées des fameux CHONPS, initiales des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène, d’azote, de phosphore et de soufre. Ces atomes forment des molécules appelées composés organiques, c’est-à-dire qu’ils sont formés par des atomes de carbone liés par des liaisons covalentes entre eux et avec d’autres éléments. Les scientifiques ont déjà détecté certains de ces composés organiques dans les lunes glacées de notre système solaire. L’un des exemples les plus incroyables a été découvert à Encélado, où des composés organiques précurseurs d’acides aminés, contenant de l’oxygène et de l’azote, ont été détectés dans des panaches éjectés à la surface de la lune, probablement en raison de l’activité des évents hydrothermaux dans son fond océanique.

Selon certaines données recueillies par la mission Cassini, la température dans ces évents hydrothermaux pourrait atteindre plus de 80 oC, tout comme les évents hydrothermaux des océans de la Terre. La découverte d’évents hydrothermaux à Encélado, et peut-être aussi dans d’autres lunes comme l’Europe, a intrigué et excité les astrobiologistes, car ces endroits ici sur Terre abritent non seulement une vie abondante, mais peuvent avoir été le scénario fondamental de l’origine de la vie. . Toujours à Encélado, des scientifiques ont trouvé des molécules de méthane piégées dans des particules de glace (méthane clathrate ou hydrate) dans les panaches éjectés à la surface du pôle sud de la Lune. Sur Terre, il existe une quantité importante de ces hydrates de méthane dans les régions souterraines océaniques sous haute pression, où, dans certaines circonstances, ce méthane peut atteindre les sédiments de surface du fond océanique et servir de source d’énergie pour les bactéries et les archées dites méthanotrophes. Bref, l’habitabilité de ces lunes est principalement due à la présence d’eau liquide, de sel et de composés organiques, enthousiasmant les astrobiologistes et commençant à discuter d’un nouveau défi: comment percer ces océans couverts de glace pour tenter de retrouver la vie?

Images des évents hydrothermaux dans les océans profonds de la Terre et schémas de ce à quoi ressembleraient les évents hydrothermaux dans le fond océanique d'Encelade.
Images des évents hydrothermaux dans les océans profonds de la Terre et schémas de ce à quoi ressembleraient les évents hydrothermaux dans le fond océanique d’Encelade. Sources: image ci-dessus, à gauche: Ocean Exploration Trust; image ci-dessous à gauche: D. Kelley, Université de Washington / NSF-OOI / WHOI; image à droite, traduite du blog Tachyon Beam.

Plonger dans de grands défis

Pour la recherche de la vie dans les mondes océaniques, l’un des plus grands défis auxquels sont aujourd’hui confrontés les scientifiques et ingénieurs spatiaux est d’accéder aux océans en forant à travers les épaisses couches de glace qui recouvrent ces lunes glacées. Cette technologie de forage, bien qu’elle soit déjà discutée et testée sur Terre par certains groupes de scientifiques, n’est encore prévue par aucune mission à ce jour. L’une des prochaines missions prévues pour étudier l’habitabilité des mondes océaniques est l’Europa Clipper, qui explorera l’océan d’Europe, dont le lancement est prévu vers 2030. Cette mission disposera d’un orbiteur contenant des équipements d’imagerie, de spectrographie et de spectrométrie. et les magnétomètres, qui approfondiront nos connaissances sur l’océan européen et son habitabilité.

La possibilité de futures missions dans les mondes océaniques est discutée par le groupe de la NASA appelé «Ocean Worlds Exploration Program», qui planifie le programme en 4 étapes: (1) identifier et (2) caractériser les mondes océaniques, ainsi que décrire leur (3) habitabilité, et enfin, la recherche de la vie de fait, à travers la recherche de signatures biologiques (4). Les premières étapes du programme se déroulent à distance, principalement à travers des missions en orbite autour de ces lunes. Pour la dernière étape, qui comprend la recherche de signatures biologiques, il sera très probablement nécessaire de forer les épaisses couches de glace pour accéder et étudier l’océan. Il est probable que nous devrons attendre encore quelques années pour que cette grande réalisation se produise. Pendant ce temps, les mondes océaniques sont là, nous attendent pour que nous puissions percer leurs secrets. L’humanité pourra-t-elle jamais plonger dans ses eaux et découvrir que nous ne sommes pas seuls?

* Amanda Gonçalves Bendia est titulaire d’un diplôme en sciences biologiques de l’Université de Vale do Itajaí, d’une maîtrise en biophysique de l’UFRJ, d’un doctorat en microbiologie de l’USP et d’un postdoctoral à l’Institut océanographique de l’USP. Dans les grottes profondes du Minas Gerais, au fond de l’océan Atlantique, dans les glaciers de l’Antarctique et dans la caldeira d’un volcan actif de la péninsule antarctique, il recherche des microorganismes capables de s’adapter aux environnements extrêmes de notre planète. En étudiant la vie dans ces environnements ici sur Terre, Amanda recueille des indices sur le type de vie que nous pouvons trouver dans les mondes océaniques du système solaire.

Lien texte sur le site Web de la Société brésilienne d’astrobiologie.