Avant 1976, lorsque Viking 1 et 2 étaient devenus le premier vaisseau spatial à atterrir et à opérer avec succès sur la surface de Mars, l’imagination mondiale aspirait désespérément à une planète rouge qui abritait la vie. Les atterrisseurs Viking ont été conçus pour détecter les microbes, mais le véritable espoir, même des scientifiques planétaires les plus fatigués, était que le vaisseau spatial de la NASA découvre une vie complexe sur Mars - un phénomène qui se précipite, voire un arbuste maigre. Après tout, Mars était notre dernier espoir après les astronomes (et le vaisseau spatial Mariner 2) de vaincre à jamais la notion de dinosaures frappant des tourbières vénusiennes humides. C'était Mars ou le buste; Mercure était tout simplement trop proche du soleil, et au-delà de la ceinture d'astéroïdes, croyait-on, un pays sans microbes: des géantes gazeuses et des lunes gelées.
L'exploration du système solaire depuis que Viking représente un monde à la fois en train de saisir quelque chose - n'importe quoi - qui pourrait suggérer la vie telle que nous la connaissons (ou la vie telle que nous ne la connaissons pas). Aujourd'hui, les océans de la Lune d'Europe de Jupiter sont ce que les marais de Vénus et des canaux de Mars ont été pour le vingtième siècle: peut-être la meilleure option pour anéantir la solitude humaine. Europa Clipper, la prochaine mission phare de la NASA sur les planètes extérieures, tentera de déterminer l'habitabilité de la lune glacée. Un futur atterrisseur ou nageur devra trouver la vie si elle est là. La zone habitable du système solaire comprend maintenant potentiellement toutes les planètes du système solaire. Encelade et Titan, entourant Saturne, sont de bons candidats, tout comme Triton autour de Neptune. Comme l’eau, la vie peut être partout.
Et pourtant, nous l’avons trouvé seulement ici, là où ça bouge - où il est apparemment indestructible, malgré de multiples événements au niveau de l’extinction. Un astéroïde entre en collision avec la Terre et efface presque tout? Les microbes s'installent dans les fissures causées par l'impacteur tueur et tout recommence. Sur la base de notre échantillon d’un seul monde, une fois que la vie a commencé, il est très, très difficile de s’en aller. Et nous continuons à chercher.
La mosaïque d'Europa, la quatrième plus grande lune de Jupiter, est constituée d'images prises par la sonde Galileo en 1995 et 1998. On pense que l'Europa possède un océan souterrain global avec plus d'eau que la Terre, ce qui en fait l'un des endroits les plus prometteurs du système solaire. pour les astrobiologistes à la recherche de la vie. (Institut NASA / JPL-Caltech / SETI) L'abiogenèse est un processus que les scientifiques commencent à peine à comprendre. Des astronomes, des biologistes, des chimistes et des scientifiques planétaires travaillent ensemble pour reconstituer minutieusement un puzzle mêlant disciplines et objets célestes. Par exemple, on a récemment découvert que des chondrites carbonées - certaines des plus anciennes roches du système solaire - hébergeaient de l'acide pyruvique, essentiel au métabolisme. Lorsque les chondrites ont plu sur cette planète sous forme de météorites, ils ont peut-être fécondé une Terre sans vie. Cette théorie ne répond pas à la question très consommatrice «D'où venons-nous?», Mais elle représente un autre indice dans la recherche de la façon dont tout a commencé.
L'abiogenèse n'a même pas besoin d'ADN - ou du moins, pas d'ADN tel qu'il existe dans toutes les formes de vie connues. L’ADN consiste en quatre bases de nucléotides, mais au début de cette année, les généticiens ont créé un ADN synthétique utilisant huit bases. (Ils l'ont surnommé ADN hachimoji.) Cet étrange code génétique peut former une double hélice stable. Cela peut se reproduire. Il peut même muter. Les scientifiques n'ont pas créé la vie; ils ont cependant prouvé que notre conception de la vie est au mieux provinciale.
"Semblable à la Terre"
Les travaux en laboratoire aideront à définir comment la vie pourrait naître de la matière inanimée, mais des télescopes spatiaux comme Kepler, qui a mis fin à ses activités l’année dernière, et TESS, qui a été lancé l’année dernière, découvrent de nouvelles planètes à étudier. Ces vaisseaux spatiaux recherchent des exoplanètes en utilisant la méthode du transit, détectant les baisses infimes de la lumière d’une étoile à mesure que la planète passe entre elle et nous. Il y a 25 ans, l'existence de planètes en orbite autour d'autres étoiles était hypothétique. Les exoplanètes sont aussi réelles que celles qui entourent notre soleil. Kepler seul a découvert au moins 2662 exoplanètes. La plupart sont inhospitaliers à la vie telle que nous la connaissons, bien qu'une poignée soit parfois qualifiée de «semblable à la Terre».
«Lorsque nous disons« nous avons trouvé la planète la plus proche de la Terre », les gens veulent parfois dire que le rayon est correct, que la masse est correcte et qu'il doit être dans la zone habitable», explique John Wenz, auteur de The Lost Planets., l’histoire des premiers efforts de chasse aux exoplanètes, qui sera publiée plus tard cette année par MIT Press. «Mais nous savons que la plupart des exoplanètes découvertes tournent autour d'étoiles naines rouges. Leur environnement n'est pas forcément très semblable à la Terre, et il y a de fortes chances pour que beaucoup d'entre eux n'aient pas d'atmosphère. ”
Ce n'est pas que la Terre soit la planète la plus spéciale de tout l'univers. Dans notre système solaire, Vénus pourrait facilement s’inscrire auprès de chasseurs d’exoplanètes exotiques en tant que jumelle de la Terre. Mais les planètes véritablement semblables à la Terre sont plus difficiles à trouver, à la fois parce qu'elles sont plus petites que les géantes gazeuses et parce qu'elles ne gravitent pas autour de leurs étoiles hôtes aussi près des planètes entourant des nains rouges.
"Il se pourrait que les vraies planètes semblables à la Terre soient incroyablement communes, mais que nous ne disposions pas des ressources nécessaires à leur recherche, " déclare Wenz. L’exoplanète Earth 2.0 la plus prometteuse trouvée à ce jour est Kepler-452b, qui est un peu plus grande que la Terre, avec un peu plus de masse et une belle orbite de 385 jours autour d’une étoile semblable à celle du soleil. Le problème est qu’il pourrait ne pas exister, comme le suggère une étude de l’année dernière. Il pourrait s’agir simplement de bruit statistique, car sa détection était en marge des capacités de Kepler et le satellite est mort avant que de nouvelles observations ne puissent être effectuées.
Le concept artistique de Kepler-186f, une exoplanète de la taille de la Terre située à environ 500 années-lumière de distance, orbite dans la zone habitable de son étoile. La planète est moins de dix pour cent plus grande que la Terre et son étoile hôte a environ la moitié de la taille et de la masse du soleil. (NASA Ames / JPL-Caltech / T. Pyle) Une fois lancé au début des années 2020, le télescope spatial James Webb ciblera de nombreuses exoplanètes découvertes par Kepler et TESS. Il ne pourra résoudre les mondes lointains qu’en un ou deux pixels, mais il répondra à des questions pressantes en science des exoplanètes, telles que de savoir si une planète en orbite autour d’une étoile naine rouge peut conserver son atmosphère malgré les éclats fréquents et les éruptions de ce type. étoiles. JWST pourrait même présenter des preuves indirectes d’océans extraterrestres.
«Vous ne verrez pas de continents», dit Wenz. "[Mais] vous pourriez regarder quelque chose et voir un point bleu, ou le genre de dégagement de gaz que vous pourriez imaginer à partir d'un cycle d'évaporation continu."
La zone d'abiogenèse
Le catalogue Habitable Exoplanet répertorie actuellement 52 mondes extérieurs à notre système solaire qui pourraient alimenter la vie, bien que les nouvelles ne soient peut-être pas aussi excitantes que cela. Etre à la distance correcte d'une étoile pour que les températures de surface se situent au-dessus du point de congélation et en dessous de l'ébullition n'est pas la seule condition de la vie - et certainement pas la seule condition pour que la vie commence . Selon Marcos Jusino-Maldonado, chercheur à l'Université de Puerto Rico à Mayaguez, la quantité correcte de rayons ultraviolets (UV) frappant une planète depuis son étoile hôte est un moyen de faire émerger des molécules organiques dans des environnements prébiotiques ( la seule manière).
«Pour que des réactions permettant l’abiogenèse apparaissent, une planète doit se trouver à l’intérieur de la zone habitable, car elle a besoin d’eau de surface liquide», explique Jusino-Maldonado. "Selon la théorie primordiale de la soupe, les molécules et l'eau salée réagissent et finissent par créer la vie." Mais on pense que ces réactions ne se déclenchent que dans un endroit appelé la zone de l'abiogenèse. "Il s'agit de la zone critique autour de l'étoile dans laquelle des molécules précurseurs importantes pour la vie peuvent être produites par des réactions photochimiques."
Les rayons UV ont peut-être été la clé des réactions à l'origine de la formation des éléments constitutifs de la vie sur Terre, tels que les nucléotides, les acides aminés, les lipides et finalement l'ARN. Des recherches menées en 2015 ont suggéré que le cyanure d'hydrogène, éventuellement amené sur Terre lorsque le carbone des météorites réagissait avec l'azote de l'atmosphère, aurait pu être un ingrédient essentiel de ces réactions provoquées par les rayons ultraviolets.
Pour tester plus avant la théorie, l'an dernier, comme indiqué dans les revues Science Advances et Chemistry Communications, les scientifiques ont utilisé des lampes UV pour irradier un mélange d'ions sulfure d'hydrogène et de cyanure d'hydrogène. Les réactions photochimiques résultantes ont ensuite été comparées au même mélange de produits chimiques en l'absence de lumière ultraviolette. Les chercheurs ont découvert que le rayonnement ultraviolet était nécessaire pour que les réactions produisent les précurseurs de l'ARN nécessaires à la vie.
L'ARN (acide ribonucléique) et l'ADN (acide désoxyribonucléique) sont des acides nucléiques qui, avec les glucides, les lipides et les protéines, sont essentiels à toutes les formes de vie connues. (Sponk / Roland1952 via Wikicommons sous CC BY-SA 3.0) Pour que la photochimie UV puisse produire ces blocs de construction cellulaires, la longueur d'onde de la lumière UV doit être comprise entre 200 et 280 nanomètres. Jusino-Maldonado dit que dans son travail, ce concept a été appliqué au modèle d'exoplanète habitable. "Sur toutes les exoplanètes habitables, huit seulement se trouvent dans la zone habitable et la zone d'abiogenèse."
Bien que tous les huit se trouvent à la fois dans les zones habitables et dans les zones abiogéniques, aucune n’est particulièrement favorable à la vie, dit Jusino-Maldonado. Chacun des huit mondes est soit une «super-Terre», soit un «mini-Neptune». Les candidats les plus probables sont Kepler-452b (s'il existe) et peut-être τ Cet e (si son rayon est approprié). Aucun monde de la taille de la Terre n'a encore été découvert dans les zones habitables et abiogéniques.
Établir des normes
Alors que la recherche d'un monde extraterrestre vraiment habitable avance, les astrobiologistes tentent de créer un cadre permettant de catégoriser, de discuter et d'étudier ces planètes. Les grands efforts scientifiques de travail exigent des normes de définition et de mesure. L’astrobiologie est un domaine d’études relativement récent et l’une des questions pressantes et non triviales est de savoir comment définir l’habitabilité. Comment définissez-vous la vie?
«Je travaille sur ce problème depuis dix ans», explique Abel Mendéz, astrobiologiste des planètes et directeur du Laboratoire d’habitabilité des planètes de l’Université de Porto Rico à Arecibo. «Je savais que le problème d'habitabilité nécessitait du travail. Tout le monde se demandait comment le définir. »Plus tôt cette année, lors de la 50ème conférence scientifique planétaire et planétaire à Houston, au Texas, Mendéz a présenté ses travaux récents sur un modèle d'habitabilité de surface global applicable aux planètes dans notre système solaire et ailleurs. .
Après avoir examiné la littérature, il s'est rendu compte que les astrobiologistes n'étaient pas les premiers à se heurter à des problèmes de définition, de catégorisation et d'uniformité en ce qui concerne l'habitabilité. Il y a quarante ans, les écologistes faisaient face au même défi. «Tout le monde définissait l'habitabilité à sa guise dans différents journaux», explique Mendéz. Dans les années 1980, les écologistes se sont réunis pour créer une définition formelle. Ils ont établi des moyennes pour mesurer l'habitabilité, en développant un système allant de 0 à 1, 0 étant inhabitable et 1 hautement habitable.
Avoir un cadre singulier était essentiel à l'avancement de l'écologie et il manquait cruellement d'astrobiologie, dit Mendéz. La construction d'un modèle d'habitabilité pour des planètes entières a commencé par l'identification de variables pouvant être mesurées aujourd'hui. «Une fois que vous développez un système formel, vous pouvez construire des systèmes à partir de cela et créer une bibliothèque d'habitabilité pour différents contextes.»
Carte des exoplanètes potentiellement habitables. (Abel Mendez / Laboratoire d’habitabilité planétaire / UPR-Arecibo) Premièrement, Mendéz devait faire face à la seule mesure de la qualité de l'habitat de «1» dans l'univers connu. «Si vous proposez un modèle d'habitabilité, vous devez faire en sorte que la Terre fonctionne», dit-il. Son laboratoire a utilisé son modèle pour comparer les habitats de divers biomes, tels que les déserts, les océans, les forêts et la toundra.
«Si nous calculons l'habitabilité d'une région - sans tenir compte de la vie, mais de la masse et de l'énergie disponibles pour la vie indépendante -, il s'agit davantage d'une mesure environnementale. Nous corrélons cela avec une mesure réelle de la productivité biologique dans une région: notre vérité sur le terrain. C'est notre test. »Lorsque son groupe a dressé la carte de l'habitabilité environnementale et de la productivité biologique, il a découvert ce que Mendéz avait décrit comme« de bonnes corrélations ».
Aujourd'hui, le modèle d'habitabilité de Mendéz prend en compte la capacité des planètes rocheuses à supporter les eaux de surface, l'âge et le comportement de leurs étoiles, ainsi que la dynamique orbitale et les forces de marée agissant sur ces mondes. Le modèle prend en compte la masse et l'énergie au sein d'un système et le pourcentage de cette masse et de cette énergie disponible pour une espèce ou une biosphère. (Ce pourcentage est la partie la plus difficile de l'équation. Vous ne pouvez pas prétendre que 100% de la masse de la Terre, par exemple, est disponible pour la vie.)
Limité à la «couche mince proche de la surface d'un corps planétaire», le modèle établit que l'habitabilité de la Terre à la surface au 1 er Mars est inférieure ou égale à 0, 034 et que Titan est inférieure ou égale à 0, 000139. Le modèle est indépendant du type de vie considéré (animaux contre plantes, par exemple) et des mondes tels que l'Europe avec des «biosphères souterraines» ne sont pas encore expliqués.
Ce travail de base est précieux, mais sa capacité à prédire l'habitabilité reste limitée, en partie parce qu'il ne s'applique qu'à la vie telle que nous la connaissons. En 2017, des chercheurs de Cornell ont publié un article révélant la présence de la molécule d'acrylonitrile (cyanure de vinyle) sur Titan, ce qui, hypothétiquement, pourrait être la clé d'une vie basée sur le méthane dans un monde sans oxygène - une vie véritablement étrangère, unique en son genre. connu. Si la vie devait s'épanouir dans un monde aussi conventionnellement inhospitalier que Titan, et si nous la retrouvions, Mendez écrit dans un résumé décrivant son modèle: «Une anticorrélation entre mesures d'habitabilité et biosignatures peut être interprétée comme un processus abiotique ou comme une vie comme nous ne le sommes pas». Je ne le sais pas.
En tout état de cause, le manque jusqu’à présent de mondes extérieurement favorables à la vie signifie que l’humanité doit continuer à améliorer ses observatoires et à se tourner vers des royaumes lointains. C'est une grande galaxie, remplie de déceptions. Nous n'espérons plus que les Martiens creusent des voies navigables ou des dinosaures cherchant de la mousse sur les arbres de Vénus, mais nous rêvons toujours de calmars nageant dans les mers d'Europan et de qui-sait-quoi se cachent dans les lacs d'hydrocarbures de Titan. Si ces mondes ne parviennent pas non plus à livrer, c'est aux exoplanètes - et ils sont juste en dehors de nos capacités d'observation, et très loin de chez nous.
