Ceux qui vivent sur Terre aujourd'hui sont peut-être destinés à trouver la réponse à l'une des questions les plus anciennes qui intéressent l'humanité: sommes-nous seuls dans l'univers?
Dès qu'un robot tout-terrain, accroché au côté sous-marin d'une banquise sur l'un des lacs d'Alaska, reçoit un signal du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, un projecteur clignote dessus. "Ça a marché!" - s'exclame l'ingénieur John Leicty, blotti dans une tente sur la glace. On ne peut probablement pas appeler cet événement un grand pas en avant dans la technologie, mais comme le premier pas sur la voie de l'exploration d'un satellite éloigné d'une autre planète, il le fera.
À plus de sept mille kilomètres au sud du Mexique, la géomicrobiologiste Penelope Boston erre jusqu'aux genoux dans l'eau à travers l'obscurité impénétrable d'une grotte. Comme d'autres scientifiques de son groupe, Boston a enfilé un respirateur puissant et a traîné une canette d'air pour ne pas être empoisonnée par le sulfure d'hydrogène et le monoxyde de carbone, qui s'infiltrent dans les grottes, et le ruisseau souterrain lavant ses bottes transporte de l'acide sulfurique. Soudainement, un faisceau de lampe de poche Boston illumine une gouttelette allongée de liquide translucide épais qui suinte de la paroi calcaire poreuse de la grotte. «N'est-ce pas beau? S'exclame-t-elle.
Peut-être que dans un lac arctique gelé et une grotte tropicale remplie de fumées toxiques, il sera possible de trouver des indices qui aideront à répondre à l'une des questions les plus insolubles et les plus anciennes sur Terre: y a-t-il de la vie sur Mars? (Eh bien, ou du moins quelque part en dehors de notre planète?) La vie d'autres mondes, que ce soit dans notre système solaire ou à proximité d'autres étoiles, pourrait bien se cacher sous la glace qui recouvre des océans entiers, comme sur Europe, la lune de Jupiter, ou dans des grottes remplies de gaz, dont il y en a probablement beaucoup sur Mars. Si vous apprenez à identifier et à identifier les formes de vie qui prospèrent dans des conditions similaires sur Terre, il sera plus facile de trouver quelque chose de similaire à l'extérieur.
Il est difficile de dire à quel moment la recherche de la vie parmi les étoiles est passée de la science-fiction à la science, mais l’un des événements clés a été la réunion de scientifiques en novembre 1961. Il a été organisé par Frank Drake, un jeune radio-astronome, passionné par l'idée de trouver des ondes radio d'origine extraterrestre.
«À l'époque», se souvient Drake, aujourd'hui âgé de 84 ans, «la recherche d'intelligence extraterrestre [Search for Extraterrestrial Intelligence - SETI] était une sorte de tabou». Cependant, avec le soutien du directeur de son laboratoire, Frank a réuni plusieurs astronomes, chimistes, biologistes et ingénieurs pour discuter des problèmes que l'astrobiologie - la science de la vie extraterrestre - traite aujourd'hui.
Drake voulait que ses collègues le conseillent sur la façon dont il serait intelligent de consacrer un temps considérable au radiotélescope à écouter les transmissions radio des extraterrestres, et quelle manière de trouver la vie extraterrestre pourrait être la plus prometteuse. Il était également intéressé par le nombre de civilisations que notre galaxie, la Voie lactée, peut avoir, et avant l'arrivée des invités, Frank a écrit une équation au tableau.
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Cette désormais célèbre équation de Drake détermine le nombre de civilisations que nous pouvons détecter, en fonction du taux de formation des étoiles dans la Voie lactée, multiplié par la fraction d'étoiles avec des planètes, puis par le nombre moyen de planètes avec des conditions appropriées pour la vie dans un système stellaire (les planètes doivent être de la taille sur la taille de la Terre et être dans la zone habitable de son étoile), puis à la part des planètes où la vie pourrait surgir, et à la part de celles d'entre elles où l'esprit pourrait apparaître, et, enfin, à la part de celles où les formes de vie intelligentes sont capables d'accomplir un tel niveau de développement pour envoyer des signaux radio reconnaissables, et pour le temps moyen pendant lequel de telles civilisations continuent à les envoyer ou même existent.
Si de telles sociétés sont enclines à se détruire dans une guerre nucléaire seulement quelques décennies après l'invention de la radio, leur nombre sera probablement très faible à un moment donné.
L'équation est excellente, sauf pour une incohérence. Personne n'avait même une idée vague de ce à quoi toutes ces fractions et ces nombres étaient égaux, à l'exception de la toute première variable, le taux de formation d'étoiles semblables au soleil. Tout le reste n'était que pure conjecture. Bien sûr, si les scientifiques à la recherche de la vie dans l'espace étaient capables de détecter un signal radio extraterrestre, toutes ces hypothèses perdraient leur sens. Mais, en l'absence de cela, les spécialistes de toutes les variables de l'équation de Drake ont dû trouver leurs valeurs exactes - pour savoir à quelle fréquence les étoiles de type solaire ont des planètes. Eh bien, ou révéler le secret de l'origine de la vie sur Terre …
Un tiers de siècle s'est écoulé avant même que des valeurs approximatives puissent être substituées dans l'équation. En 1995, Michel Mayor et Didier Kelo de l'Université de Genève ont découvert la première planète dans un autre système stellaire de classe solaire. Cette planète - 51 Pegasi b, à 50 années-lumière de nous, est une énorme boule gazeuse d'environ la moitié de la taille de Jupiter; son orbite est si proche de l'étoile que l'année sur elle ne dure que quatre jours et la température à la surface dépasse mille degrés Celsius.
Personne ne pensait même que la vie pouvait survenir dans des conditions aussi infernales. Mais la découverte d'une seule exoplanète était déjà un énorme succès. Au début de l'année suivante, un groupe dirigé par Jeffrey Marcy, alors à l'Université de San Francisco et maintenant à Berkeley, a trouvé une deuxième exoplanète, puis une troisième, et le barrage a éclaté. Aujourd'hui, les astronomes connaissent environ deux mille des exoplanètes les plus diverses - à la fois plus grandes que Jupiter et plus petites que la Terre; plusieurs milliers d'autres (la plupart ont été découverts avec le télescope spatial ultra-sensible Kepler) attendent que la découverte soit confirmée.
Aucune des planètes éloignées n'est une copie exacte de la Terre, mais les scientifiques ne doutent pas que cela se produira dans un proche avenir. Sur la base des données de plusieurs planètes plus grandes, les astronomes ont calculé que plus d'un cinquième des étoiles de type solaire ont des planètes habitables semblables à la Terre. Il existe une probabilité statistique que le plus proche d'entre eux soit situé à 12 années-lumière de nous - selon les normes cosmiques, dans la rue suivante.
C'est encourageant. Cependant, ces dernières années, les chasseurs du monde habité ont réalisé qu'il n'était pas du tout nécessaire de limiter leurs recherches à des étoiles similaires au Soleil. «Quand j'étais à l'école», se souvient David Charbonneau, astronome à Harvard, «on nous a dit que la Terre tournait autour de l'étoile la plus ordinaire, la moyenne. Mais ce n’est pas le cas. » En fait, 70 à 80% des étoiles de la Voie lactée sont de petits corps relativement frais, pâles et rougeâtres - des naines rouges et brunes.
Si une planète terrestre tournait autour d'un tel nain à la bonne distance (plus proche de l'étoile que de la Terre, pour ne pas geler), les conditions d'émergence et de développement de la vie pourraient s'y développer. De plus, une planète n'a pas besoin d'avoir la taille de la Terre pour être habitable. "Si mon opinion vous intéresse", déclare Dimitar Sasselov, un autre astronome de Harvard, "alors toute masse entre une et cinq Terres est idéale." Il semble que la variété des systèmes stellaires habitables soit beaucoup plus riche que ce que Frank Drake et ses participants à la conférence auraient pu supposer en 1961.
Et ce n'est pas tout: il s'avère que la différence de température et la variété des environnements chimiques dans lesquels les organismes extrémophiles (littéralement «amoureux des conditions extrêmes») peuvent prospérer sont également plus larges qu'on aurait pu l'imaginer il y a un demi-siècle. Dans les années 1970, des océanographes, dont Robert Ballard, parrainé par la National Geographic Society, ont découvert des sources super-chaudes sur le fond de l'océan - des fumeurs noirs, près desquels se trouvent de riches communautés bactériennes.
Les microbes qui se nourrissent de sulfure d'hydrogène et d'autres composés chimiques servent à leur tour de nourriture à des organismes plus complexes. De plus, les scientifiques ont découvert des formes de vie qui prospèrent dans des geysers terrestres, dans des lacs glacés cachés sous une couche de glace antarctique de plusieurs centaines de mètres d'épaisseur, dans des conditions d'acidité, d'alcalinité ou de radioactivité élevées, dans des cristaux de sel et même dans des microfissures rocheuses profondément dans les entrailles de la Terre. … «Sur notre planète, ce sont des habitants de niches étroites», explique Lisa Kaltenegger, qui travaille à temps partiel à Harvard et à l'Institut astronomique Max Planck à Heidelberg, en Allemagne. "Cependant, il est facile d'imaginer que sur d'autres planètes, ils peuvent prévaloir."
Le seul facteur, sans lequel, selon les biologistes, la vie telle que nous la connaissons ne peut exister, est l'eau liquide - un solvant puissant capable de fournir des nutriments à toutes les parties du corps. Quant à notre système solaire, après l'expédition de la station interplanétaire Mariner 9 vers Mars en 1971, nous savons qu'il était une fois des courants d'eau coulant le long de la surface de la planète rouge. Peut-être que la vie y existait aussi, au moins des micro-organismes - et il est possible que l'un d'entre eux puisse survivre dans un milieu liquide sous la surface de la planète.
Sur la surface glaciaire relativement jeune d'Europe, la lune de Jupiter, des fissures sont visibles, indiquant que l'océan ondule sous la glace. À une distance d'environ 800 millions de kilomètres du Soleil, l'eau devrait geler, mais en Europe, sous l'influence de Jupiter et de plusieurs de ses autres satellites, des phénomènes de marée se produisent constamment, c'est pourquoi de la chaleur est libérée et l'eau sous la couche de glace reste liquide. En théorie, la vie peut y exister aussi.
En 2005, le vaisseau spatial interplanétaire Cassini de la NASA a découvert des geysers d'eau à la surface d'Encelade, une autre lune de Jupiter; des recherches menées par Cassini en avril de cette année ont confirmé la présence de sources d'eau souterraines sur cette lune. Cependant, les scientifiques ne savent pas encore combien d'eau est cachée par la calotte glaciaire d'Encelade, ni combien de temps l'eau est à l'état liquide pour servir de berceau de la vie. Titan, la plus grande lune de Saturne, a des rivières et des lacs, et il pleut. Mais ce n'est pas de l'eau, mais des hydrocarbures liquides comme le méthane et l'éthane. Il y a peut-être de la vie là-bas, mais il est très difficile d'imaginer ce que c'est.
Mars ressemble beaucoup plus à la Terre et en est beaucoup plus proche que tous ces satellites lointains. Et de chaque nouveau véhicule de descente, on attend des nouvelles de la découverte de la vie là-bas. Et maintenant, le rover Curiosity de la NASA explore le cratère Gale, où se trouvait il y a des milliards d'années un immense lac, des conditions dans lesquelles, à en juger par la composition chimique des sédiments, étaient favorables à l'existence de microbes.
Bien sûr, une grotte au Mexique n'est pas Mars, et un lac dans le nord de l'Alaska n'est pas l'Europe. Mais c'est la recherche d'une vie extraterrestre qui a conduit l'astrobiologiste de la NASA Kevin Hand et des membres de son équipe, dont John Lakety, au lac Sukok en Alaska. Et c'est pour cela que Penelope Boston et ses collègues montent à plusieurs reprises dans la grotte venimeuse de la Cueva de Villa Luz à proximité de la ville mexicaine de Tapihulapa.
L'astrobiologiste Kevin Hand se prépare à lancer un robot sous la glace du lac Sukok en Alaska.
Et là, et là, les scientifiques testent de nouvelles technologies pour trouver la vie dans des conditions au moins partiellement similaires à celles dans lesquelles les sondes spatiales peuvent se trouver. En particulier, ils recherchent des «traces de vie» - des signes géologiques ou chimiques qui indiquent sa présence, maintenant ou dans le passé.
Prenons une grotte mexicaine, par exemple. Les orbiteurs ont obtenu des informations sur la présence de cavités sur Mars. Et si les micro-organismes y survivaient après que la planète ait perdu son atmosphère et son eau à la surface il y a environ trois milliards d'années? Les habitants des grottes martiennes devraient trouver une source d'énergie autre que la lumière du soleil - tout comme la goutte de vase qui ravit Boston. Les scientifiques qualifient ces stries peu attrayantes de snotites par analogie avec les stalactites. [En russe, ce terme pourrait ressembler à "morveux". - Environ. traducteur.] Il y en a des milliers dans la grotte, d'un centimètre à un demi-mètre de long, et ils ne semblent pas attrayants. En fait, il s'agit d'un biofilm - une communauté de microbes qui forment une bulle visqueuse et visqueuse.
«Les micro-organismes qui créent des morves sont des chimiotrophes», explique Boston. "Ils oxydent le sulfure d'hydrogène, la seule source d'énergie dont ils disposent, et libèrent ce mucus." Les snotites ne sont qu'une des communautés locales de micro-organismes. Boston, un associé du New Mexico Institute of Mining and Technology et du National Caves and Karst Research Institute, déclare: «Il y a environ une douzaine de ces communautés dans la grotte. Chacun a une apparence très distinctive. Chacun est intégré à un système nutritionnel différent. " L'une de ces communautés est particulièrement intéressante: elle ne forme ni gouttes ni bulles, mais recouvre les parois de la grotte de motifs de taches et de lignes, semblables à des hiéroglyphes.
Les astrobiologistes ont appelé ces modèles des biovermes, du mot «vermicule» - un ornement en boucle. Il s'avère que de tels modèles «attirent» non seulement les micro-organismes vivant dans les voûtes des grottes. «Des traces comme celles-ci apparaissent dans une grande variété d'endroits où la nutrition est rare», explique Keith Schubert, ingénieur et spécialiste des systèmes d'imagerie à l'Université Baylor qui s'est rendu à Cueva de Villa Luz pour installer des caméras pour une surveillance à long terme dans la grotte. … - Les racines des herbes et des arbres créent également des biovermes dans les régions arides; il en va de même lorsque les sols du désert se forment sous l'influence des communautés bactériennes, ainsi que des lichens.
Aujourd'hui, les traces de vie que recherchent les astrobiologistes sont principalement des gaz, comme l'oxygène, que les organismes vivants sur Terre dégagent. Cependant, les communautés d'oxygène peuvent être juste l'une des nombreuses formes de vie. «Pour moi», explique Penelope Boston, «les biovermes sont intéressants car, malgré leur échelle et leur nature de manifestation différentes, ces modèles sont très similaires partout.»
Boston et Schubert pensent que l'émergence de biovermes, conditionnée par de simples règles de développement et de lutte pour les ressources, peut servir d'indicateur de la vie caractéristique de l'Univers tout entier. De plus, les biovermes persistent même après la mort des communautés microbiennes elles-mêmes. "Si le rover trouve quelque chose comme ça dans les voûtes d'une grotte martienne", a déclaré Schubert, "il est immédiatement clair sur où se concentrer."
Des scientifiques et des ingénieurs frissonnants travaillent au lac Sukok avec un objectif similaire. L'une des zones étudiées du lac est située à côté d'un camp de trois petites tentes, qu'ils ont surnommé «NASAville», l'autre - avec une seule tente - est située à environ un kilomètre. Puisque les bulles de méthane libérées au fond du lac perturbent l'eau, des polynies se forment dessus, et pour se rendre d'un camp à l'autre en motoneige, il faut emprunter un itinéraire détourné - sinon vous ne tomberez pas longtemps à travers la glace.
C'est grâce au méthane qu'en 2009, les scientifiques ont attiré l'attention pour la première fois sur Sukok et d'autres lacs voisins en Alaska. Ce gaz est libéré par des bactéries formant du méthane, décomposant la matière organique, et sert ainsi de l'un des signes de vie que les astrobiologistes peuvent détecter. Cependant, du méthane est libéré, par exemple, lors d'éruptions volcaniques, formé naturellement dans l'atmosphère de planètes géantes telles que Jupiter, ainsi que dans l'atmosphère de la lune de Saturne Titan. Par conséquent, il est important que les scientifiques distinguent le méthane des sources biologiques du méthane des sources non biologiques. Si le sujet de la recherche est l'Europe couverte de glace, comme celle de Kevin Hand, alors le lac Sukok est loin d'être le pire endroit pour se préparer.
Hand, titulaire de la National Geographic Grant for Young Explorers, privilégie l'Europe à Mars pour une raison. «Supposons», dit-il, «que nous allions sur Mars et que nous trouvions des organismes vivants sous sa surface, et ils ont de l'ADN, comme sur Terre. Cela pourrait signifier que l'ADN est une molécule universelle de la vie, et c'est très probable. Mais cela pourrait aussi signifier que la vie sur Terre et sur Mars a une origine commune."
On sait avec certitude que des fragments de roche détruits de la surface de Mars par des impacts d'astéroïdes ont atteint la Terre et sont tombés sous forme de météorites. Probablement, et des fragments de roches terrestres ont atteint Mars. S'il y avait des micro-organismes vivants à l'intérieur de ces vagabonds spatiaux qui pourraient survivre au voyage, ils donneraient naissance à la vie sur la planète où ils ont «atterri». «S'il s'avère que la vie martienne est basée sur l'ADN», dit Hand, «alors il nous sera difficile de déterminer si elle est née indépendamment de la Terre». Ici l'Europe est située beaucoup plus loin de nous. Si la vie s'y trouve, elle indiquera son origine indépendante - même avec l'ADN.
L'Europe a sans aucun doute des conditions de vie: beaucoup d'eau, et il peut y avoir des sources chaudes au fond de l'océan qui peuvent fournir des micronutriments. Les comètes tombent parfois sur l'Europe, qui contiennent de la matière organique, qui contribue également au développement de la vie. Par conséquent, l'idée d'une expédition sur cette lune de Jupiter semble très séduisante.
Sous la calotte glaciaire fissurée d'Europe, que nous voyons sur cette image du vaisseau spatial Galileo, se trouve un océan où se trouvent toutes les conditions nécessaires à la vie.
Malheureusement, le lancement de l'engin spatial, que le Conseil national de recherches américain a estimé à 4,7 milliards de dollars, a été jugé, bien que scientifiquement justifié, trop coûteux. Une équipe du Jet Propulsion Laboratory, dirigée par Robert Pappalardo, est revenue sur les plans et a développé un nouveau projet: l'Europa Clipper serait en orbite autour de Jupiter plutôt qu'en Europe, ce qui utiliserait moins de carburant et économiserait de l'argent; dans le même temps, il abordera 45 fois l'Europe afin que les scientifiques puissent voir sa surface et déterminer la composition chimique de l'atmosphère et indirectement de l'océan.
Pappalardo a déclaré que le nouveau projet coûterait moins de 2 milliards de dollars. «Si cette idée est approuvée», dit-il, «nous pourrions la lancer au début ou au milieu des années 2020». Le lanceur Atlas V aidera à atteindre l'Europe dans six ans, et si le nouveau système de lancement que la NASA développe actuellement est impliqué, cela ne prendra que 2,7 ans.
Au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, des scientifiques examinent une sonde similaire à celle qui sera bientôt capable de pénétrer la glace de la lune de Jupiter, Europe.
Probablement, Clipper ne pourra pas trouver la vie sur Europa, mais il collectera des données pour justifier la prochaine expédition, déjà un véhicule de descente, qui prélèvera des échantillons de glace et étudiera sa composition chimique, comme l'ont fait les rovers. De plus, Clipper identifiera les meilleurs sites d'atterrissage. La prochaine étape après l'atterrisseur - envoyer une sonde en Europe pour étudier l'océan - peut être beaucoup plus difficile: tout dépendra de l'épaisseur de la couverture de glace. Les scientifiques proposent également une solution de repli: explorer le lac, qui peut être près de la surface de la glace. «Quand notre submersible sera enfin né», dit Hand, «ce sera Homo sapiens comparé à l'Australopithecus que nous testons en Alaska.»
L'appareil, qui sera testé sur le lac Sukok, rampe le long de la face inférieure d'une banquise de 30 centimètres, se blottissant contre elle, et ses capteurs mesurent les niveaux de température, de salinité et d'acidité et d'autres paramètres de l'eau. Cependant, il ne recherche pas directement les organismes vivants - c'est la tâche des scientifiques travaillant de l'autre côté du lac. L'un d'eux est John Priscu de l'Université du Montana, qui a découvert l'année dernière des bactéries vivantes dans le lac Willians, situé à 800 mètres sous la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental. En collaboration avec la géobiologiste Alison Murray de l'Institute for Desert Research à Reno, Nevada, Prisu est en train de déterminer à quoi doivent ressembler les conditions d'eau froide pour soutenir la vie et qui y vit.
Aussi utile que soit l'étude des extrémophiles pour comprendre la nature de la vie en dehors de notre planète, elle ne fournit que des indices terrestres pour percer les mystères extraterrestres. Cependant, bientôt nous aurons d'autres moyens de trouver les variables manquantes de l'équation de Drake: la NASA a prévu la mise en service du télescope - TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, ou un satellite pour étudier les exoplanètes de passage, c'est-à-dire celles qui passent sur le fond du disque de leur étoile) en 2017. TESS cherchera non seulement les planètes proches des étoiles les plus proches de nous, mais identifiera également des traces de gaz dans leur atmosphère, indiquant la présence de vie. Bien que le vieil homme Hubble ait permis la découverte de nuages sur la super-terre - GJ 1214b.
Cependant, la fascination pour la recherche de traces de vie et d'extrémophiles implique que sur toutes les planètes les molécules des êtres vivants contiennent du carbone, et l'eau sert de solvant. C'est parfaitement acceptable, car le carbone et l'eau sont répandus dans toute notre galaxie. De plus, nous ne savons tout simplement pas quels signes rechercher pour une vie sans carbone. «Si nous partons de ces locaux dans notre recherche, nous pourrions ne rien trouver du tout», dit Dimitar Sasselov. "Vous devez imaginer au moins certaines des alternatives possibles et comprendre à quoi vous devez faire attention lorsque vous étudiez l'atmosphère extraterrestre." Imaginez, par exemple, au lieu du cycle du carbone qui prévaut sur Terre, le cycle du soufre …
Parmi ces projets semi-fantastiques, l'idée avec laquelle l'astrobiologie a commencé il y a un demi-siècle est complètement perdue. Frank Drake, bien que officiellement à la retraite, continue de rechercher des signaux extraterrestres - une recherche qui, s'il réussit, éclipsera tout le reste. Bien que le financement du SETI ait presque cessé, Drake est enthousiasmé par un nouveau projet - à la recherche de flashs de lumière émis par des civilisations extraterrestres au lieu de signaux radio. «Nous devons essayer toutes les options», dit-il, «parce que nous n'avons aucune idée de ce que font et comment les extraterrestres font réellement.
National Geographic juillet 2014