La nouvelle mission de la NASA pilotera le ciel glacial de Titan à la recherche du début de sa vie



Imaginons que nous puissions voyager dans le passé, près du tiers du Big Bang lui-même, à l'époque où la vie sur Terre émergeait à peine.

Les détails exacts de la façon dont la chimie a laissé la place à la biologie – de la façon dont la vie est née et a pris le contrôle de notre monde – sont maintenant perdus pour les âges, balayés par plus de quatre milliards d’années de l’histoire de notre planète en constante évolution. Ce qui est clair cependant, c’est que les secrets de la genèse terrestre de la vie seraient des guides précieux pour la recherche de la vie ailleurs dans l’univers. Et, fort heureusement, nous avons à portée de main une machine à remonter le temps à l'échelle planétaire et un laboratoire de chimie des origines de la vie.

Titan, la plus grande lune de Saturne, passe outre Mars et Jupiter, au loin dans les profondeurs glaciales de notre système solaire. Ce monde extraterrestre est le seul autre corps planétaire autour du soleil avec une atmosphère dense, riche en azote et en carbone comme le nôtre. Les étranges similitudes ne se terminent pas avec l’air de Titan. Les dunes soufflées par le vent se tordent à la surface; les montagnes, les collines et les canyons sont omniprésents dans le paysage. La pluie tombe du ciel, formant des rivières sinueuses et des ruisseaux qui alimentent les lacs et les mers. Les composés organiques peuvent y subir des réactions chimiques complexes pour former ce qui peut, à bien des égards, ressembler à la «soupe primordiale» de laquelle est née la vie sur Terre. Des traînées de vapeur montent du ciel vers le ciel pour former de nouveaux nuages ​​et de nouvelles averses, formant ainsi un cycle qui reflète celui de la Terre.

Malgré tout, cette lune reste assez étrangère. Les «voies navigables» de Titan sont composées d’hydrocarbures – méthane et éthane liquides. Ses dunes «de sable» sont également composées d’hydrocarbures – les mêmes composés volatils qui confèrent leur parfum distinctif aux boules à mites, à l’exception du solide gelé par le froid cryogénique de Titan. La croûte de la lune est un peu plus familière: elle est constituée de glace d’eau, bien qu’elle soit rendue dure comme de la pierre lors d’un gel intense. C’est aussi ce que cache la croûte: un océan à l’eau liquide qui ressemble beaucoup à celui de la Terre. Les experts s’attendent à ce que l’eau de ce réservoir souterrain sans soleil ait la même température que les bas-fonds de l’océan Pacifique.

Sur le Titan, Carl Sagan a écrit: "Les molécules qui pleuvaient comme une manne venue du ciel depuis 4 milliards d'années pourraient toujours être là, en grande partie non altérées, congelées, attendant les chimistes de la Terre." Et nous enverrons des chimistes – robotiques au moins.

La NASA a annoncé aujourd'hui sa sélection de nouvelles frontières pour une nouvelle mission appelée Dragonfly, dont le lancement est prévu pour 2026. Lorsque Dragonfly atteindra Titan en 2034, le satellite de Saturne aura été visité pour la dernière fois il y a près de 30 ans: la sonde Hardy Huygens qui a fonctionné pendant quelques heures sur la lune glacée en janvier 2005. L'attente, selon les scientifiques de Dragonfly, en vaudra la peine. "La NASA a choisi de vraiment oser de grandes choses et de poursuivre rigoureusement la recherche de la vie dans ce monde océanique magnifique et étrange", a déclaré Kevin Hand, scientifique planétaire et membre de l'équipe Dragonfly du Laboratoire de propulsion par réaction (JPL) de la NASA.

Le dernier concurrent de la mission Dragonfly dans la sélection convoitée de New Frontiers de la NASA était une proposition appelée CAESAR, qui envisageait une mission de retour d’échantillons sur une comète.

Ici il y a des dragons

Depuis des lustres, Titan a été impliqué dans la chimie organique, mélangeant des cocktails de molécules complexes qui pourraient bien être, à tout le moins, des précurseurs d'une biologie vraiment étrangère, pour la vie telle que nous ne la connaissons pas. Il y a peu de certitude quant à ce qui pourrait nous attendre là-bas – non pas que cela ait empêché les astrobiologistes impatients de spéculer. «Nous savons que Titan possède tous les ingrédients nécessaires à la vie. Jusqu'où la chimie se situe-t-elle dans un environnement qui contient tous les ingrédients nécessaires? », Explique Elizabeth Turtle, chercheuse principale de Dragonfly, scientifique en sciences planétaires au Laboratoire de physique appliquée (APL) de l'Université Johns Hopkins. «Titan effectue des expériences de chimie depuis des centaines de millions, voire des milliards d'années. Et ce que nous voulons faire, c'est aller chercher les résultats de ces expériences. ”

Pour la première fois, cette mission non conventionnelle vers le système solaire externe utilise la technologie moderne des drones. La libellule prend son nom: un insecte volant agile qui peut s’élever, planer et effectuer des touchés précis. Cet engin spatial sera à la fois un drone et un atterrisseur, conçu pour tirer parti du champ gravitationnel semblable à la Terre de Titan et de son aérodynamisme afin de maximiser sa capacité d’exploration. À toutes fins pratiques, les instruments à bord de Dragonfly ne sont pas très différents de ceux du rover Curiosity Mars de la NASA. Dragonfly, cependant, devrait avoir la capacité de rechercher des preuves chimiques directes de la vie, appelées biosignatures, indépendamment du fait que cette vie soit basée sur l'eau et le carbone ou sur des produits chimiques nettement plus exotiques. Et tout comme Curiosity, Dragonfly sera à propulsion nucléaire, avec un générateur thermoélectrique à radio-isotopes. Dehors à Saturne, les rayons du soleil sont trop faibles pour propulser de manière fiable un drone volant – et même s’ils étaient suffisamment puissants, l’atmosphère de Titan est trop épaisse pour laisser passer suffisamment de lumière de toute façon.

Techniquement, Dragonfly sera un quadricoptère double ou un octocoptère, doté de deux ensembles de quatre rotors pouvant le transporter dans diverses régions géologiques situées sur la lune de Saturne – bien que, bien entendu, les sorties prévues de la mission ne soient pas encore floues. Doté d’une série d’instruments scientifiques conçus pour détecter les composés organiques complexes et les biosignatures, Dragonfly apportera également la possibilité de mesurer l’activité sismique sous la surface de Titan, offrant ainsi une fenêtre sur l’océan caché et aqueux de la lune.

Prenant Titan au laboratoire

L’année 2034 peut sembler aussi lointaine que la mystérieuse lune de Saturne elle-même, mais les scientifiques se préparent déjà à tout ce que Dragonfly pourrait révéler, en grande partie en recréant des parties de Titan dans le laboratoire. C’est particulièrement difficile, compte tenu des températures extrêmement froides à la surface et de l’immense pression exercée sur l’océan salé sous la croûte glacée de la lune. À l’Université de l’Illinois à Chicago, le biogéochimiste Fabien Kenig et ses collègues ont mis au point une expérience unique en son genre, conçue pour reproduire les pressions et les températures de l’océan de Titan dans une série de chambres d’incubation de la taille d’une balle Ping-Pong-ball.

Chaque chambre sera semée de micro-organismes qui prospèrent dans des environnements terrestres à haute pression. L’équipe prévoit d’exposer progressivement des générations supplémentaires de ces organismes à des pressions toujours plus élevées et à des températures de plus en plus basses, testant ainsi la capacité de la biologie terrestre à évoluer et à s’adapter. En fin de compte, les chercheurs espèrent créer des populations de micro-organismes qui pourraient imiter ceux existant dans les eaux souterraines de Titan. Une dernière étape serait de placer tous les organismes viables dans des conditions titaniennes encore plus rudes pour tester leur capacité à se reproduire et à grandir. «Ces types d’adaptations peuvent être très utiles à comprendre. Ainsi, nous pourrons mieux cibler les types de molécules que nous trouverions sur Titan», déclare Kenig. "Même si c'est très, très lent – quand c'est un environnement couvert de glace qui reste stable pendant des millions, des milliards d'années, la lenteur n'a pas d'importance."

Le laboratoire Titan de Kenig n’est pas le seul à tenter de simuler des milliards d’années d’évolutions d’un autre monde – d’autres existent sous une forme ou une autre au JPL et à l’APL, et d’autres apparaîtront inévitablement en préparation de Dragonfly. Les conceptions et les méthodes de chaque laboratoire sont différentes, mais elles répondent toutes à la même question fondamentale: à quoi pourrait ressembler la vie sur cette lune?

Nouvelles manières, nouveaux mondes

«Les sortes d'expériences que Titan a effectuées prennent trop de temps en laboratoire», explique Turtle. C’est pourquoi, aussi farfelu que cela puisse paraître, il est plus faisable d’envoyer «simplement» un drone à propulsion nucléaire sur plus d’un milliard de kilomètres à travers le système solaire pour enquête directe.

Bien que les points communs de Titan avec la Terre facilitent l’exploration à certains égards, les bizarreries bizarres de la lune posent toujours des obstacles et des opportunités uniques. «Il est difficile de rechercher quelque chose que nous n’avons jamais vu auparavant. Et il est important de reconnaître que bien que Dragonfly ait des objectifs spécifiques clés en matière de recherche d’environnements habitables et de biosignatures, nous en apprendrons énormément », déclare le scientifique du projet Dragonfly, Ralph Lorenz d’APL.

Toutes les formes de vie qui pourraient exister sur Titan devraient fonctionner de la même manière que la vie dans les environnements les plus extrêmes mais les plus viables de la Terre, à la recherche de sources d’énergie pour le maintien, la croissance et la reproduction – du moins, telle est l’hypothèse de fonctionnement de Dragonfly. «Notre monde habitable a tellement d'environnements différents qui peuvent supporter la vie», dit Turtle. "Il est donc important de pouvoir examiner cette question dans son ensemble."

Maintenant que Dragonfly a un ticket officiel pour Saturne, il semble destiné à révolutionner non seulement notre compréhension de ce monde lointain, mais également de la manière dont les missions de science planétaire peuvent être effectuées. Ce ne sera pas la première mission interplanétaire aéroportée (cet honneur revient à un petit drone pionnier prévu pour voler sur le rover de la NASA Mars 2020), mais aucune autre mission aérienne planifiée ou proposée n’a les grandes ambitions et implications de Dragonfly. Au cours de sa mission prévue de deux ans, il pourrait parcourir l'équivalent de toute la longueur de la Californie, s'arrêtant ici et là pour survoler des cibles alléchantes et se déplacer tous les 16 jours terrestres (ou un jour Titan) vers un autre lieu très éloigné, rassemblant des données tout en.

Malgré la diversité intéressante de corps planétaires et de lunes à notre portée, aucun autre monde du système solaire ne peut fournir un contexte aux années formatrices de la Terre comme le peut Titan – un contexte rendu d'autant plus urgent que nous sommes toujours aux prises avec des questions fondamentales de qu'est-ce que la vie et comment son étincelle animante arrive Pendant des décennies, nous avons cherché ces réponses en laboratoire et dans certaines des roches les plus anciennes de la Terre. Mais peut-être, juste peut-être, nous avons maintenant commencé sérieusement à adopter un meilleur moyen: voler vers le système solaire extérieur, où une expérience immaculée vieille de plusieurs milliards d'années attend. «C’est un endroit à la fois complètement étranger et totalement familier, car nous avons ces matériaux très différents de ceux que nous connaissons ici sur Terre qui subissent les mêmes processus», dit Turtle.

Dragonfly pourrait être l’une des missions spatiales les plus audacieuses et les plus transformatrices de notre vie. «Il y a un tout nouveau monde à explorer qui ressemble énormément au nôtre à bien des égards, mais d'une manière exotique,» a déclaré Lorenz. Une mission sur cette lune extraterrestre sera comme entrer dans une machine à remonter le temps pour le passé profond, pour nos propres débuts. Il offre une occasion de regarder au-delà des horizons de la géologie de la Terre à la recherche des fondamentaux cosmiques de la biologie: est la vie? Comment ça commence? Et s'il y a de la vie sur d'autres mondes, à quoi pourrait-elle ressembler? Nous sommes maintenant un peu plus près de la réponse à la question, ouvrant la voie aux sauts d'époque à venir.

Qu'est-ce qui se passe sur Titan? Il est temps d'aller découvrir.

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