Un montage de certains des "mondes océaniques" de notre système solaire. Du haut jusqu'en bas, de gauche à droite, il s'agit notamment d'Europe, Encelade, TItan et Cérès. Crédit :NASA/JPL
Depuis des décennies, les scientifiques ont cru qu'il pourrait y avoir de la vie sous la surface glacée de la lune Europe de Jupiter. Depuis cette époque, plusieurs sources de données ont émergé qui suggèrent qu'il n'est pas seul. En effet, au sein du système solaire, il existe de nombreux « mondes océaniques » qui pourraient potentiellement héberger la vie, dont Cérès, Ganymède, Encelade, Titan, Dioné, Triton, et peut-être même Pluton.
Mais que se passe-t-il si les éléments de la vie telle que nous la connaissons n'étaient pas assez abondants sur ces mondes ? Dans une nouvelle étude, deux chercheurs du Harvard Smithsonian Center of Astrophysics (CfA) ont cherché à déterminer s'il pouvait en fait y avoir une pénurie d'éléments bioessentiels sur les mondes océaniques. Leurs conclusions pourraient avoir de vastes implications pour l'existence de la vie dans le système solaire et au-delà, sans parler de notre capacité à l'étudier.
L'étude, intitulé « La vie extraterrestre est-elle supprimée sur les mondes océaniques souterrains en raison de la rareté des éléments bioessentiels ? » récemment apparu en ligne. L'étude a été dirigée par Manasavi Lingam, un étudiant postdoctoral à l'Institute for Theory and Computation (ITC) de l'Université Harvard et au CfA, avec le soutien d'Abraham Loeb – le directeur de l'ITC et de Frank B. Baird, Jr. Professeur de sciences à Harvard.
Dans les études précédentes, les questions sur l'habitabilité des lunes et autres planètes ont eu tendance à se concentrer sur l'existence de l'eau. Cela a été vrai en ce qui concerne l'étude des planètes et des lunes dans le système solaire, et particulièrement vrai quand il s'agit de l'étude des planètes extra-solaires. Quand ils ont trouvé de nouvelles exoplanètes, les astronomes ont porté une attention particulière à la question de savoir si la planète en question orbite ou non dans la zone habitable de son étoile.
Représentation d'artiste d'une exoplanète aquatique en orbite autour d'une étoile naine rouge lointaine. Crédit :CFA
Ceci est essentiel pour déterminer si la planète peut ou non supporter de l'eau liquide à sa surface. En outre, les astronomes ont tenté d'obtenir des spectres autour des exoplanètes rocheuses pour déterminer si la perte d'eau se produit dans son atmosphère, comme en témoigne la présence d'hydrogène gazeux. Pendant ce temps, d'autres études ont tenté de déterminer la présence de sources d'énergie, car cela est également essentiel à la vie telle que nous la connaissons.
En revanche, Dr. Lingam et Prof. Loeb ont examiné comment l'existence de la vie sur les planètes océaniques pourrait dépendre de la disponibilité de nutriments limitants (LN). Pour quelques temps, il y a eu un débat considérable sur les nutriments qui seraient essentiels à la vie extraterrestre, puisque ces éléments peuvent varier d'un endroit à l'autre et dans le temps. Comme Lingam l'a dit à Universe Today par e-mail :
"La liste la plus communément acceptée des éléments nécessaires à la vie telle que nous la connaissons comprend de l'hydrogène, oxygène, carbone, l'azote et le soufre. En outre, certains métaux traces (par exemple le fer et le molybdène) peuvent également être précieux pour la vie telle que nous la connaissons, mais la liste des métaux traces bioessentiels est soumise à un degré plus élevé d'incertitude et de variabilité."
À leurs fins, Le Dr Lingam et le professeur Loeb ont créé un modèle utilisant les océans de la Terre pour déterminer comment les sources et les puits - c'est-à-dire les facteurs qui ajoutent ou épuisent les éléments LN dans les océans, respectivement – pourraient être similaires à ceux des mondes océaniques. Sur Terre, les sources de ces nutriments sont fluviales (provenant des rivières), sources atmosphériques et glaciaires, l'énergie étant fournie par la lumière du soleil.
Rendu d'artiste montrant une coupe intérieure de la croûte d'Encelade, qui montre comment l'activité hydrothermale peut être à l'origine des panaches d'eau à la surface de la lune. Crédit :NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Institut de recherche du Sud-Ouest
Parmi ces nutriments, ils ont déterminé que le plus important serait le phosphore, et examiné à quel point cet élément et d'autres pourraient être abondants sur les mondes océaniques, où les conditions sont très différentes. Comme l'a expliqué le Dr Lingam, il est raisonnable de supposer que sur ces mondes, l'existence potentielle de la vie se résumerait également à un équilibre entre les entrées nettes (sources) et les sorties nettes (puits).
« Si les puits sont bien plus dominants que les sources, cela pourrait indiquer que les éléments seraient épuisés relativement rapidement. Dans d'autres pour estimer les magnitudes des sources et des puits, nous avons puisé dans notre connaissance de la Terre et l'avons couplée à d'autres paramètres fondamentaux de ces mondes océaniques tels que le pH de l'océan, la taille du monde, etc. connus à partir d'observations/modèles théoriques."
Alors que les sources atmosphériques ne seraient pas disponibles pour les océans intérieurs, Le Dr Lingham et le professeur Loeb ont examiné la contribution jouée par les sources hydrothermales. Déjà, il existe de nombreuses preuves de leur existence sur Europa, Encelade, et d'autres mondes océaniques. Ils ont également considéré les sources abiotiques, qui se composent de minéraux lessivés des roches par la pluie sur Terre, mais consisterait en l'altération des roches par les océans intérieurs de ces lunes.
Finalement, ce qu'ils ont trouvé, c'est que, contrairement à l'eau et à l'énergie, Les nutriments limitants pourraient être en quantité limitée en ce qui concerne les mondes océaniques de notre système solaire :
Rendu d'artiste d'une possible activité hydrothermale qui pourrait avoir lieu sur et sous le fond marin d'Encelade. Crédit :NASA/JPL
"Nous avons trouvé que, selon les hypothèses de notre modèle, phosphore, qui est l'un des éléments bioessentiels, s'épuise sur des échelles de temps rapides (selon les normes géologiques) sur les mondes océaniques dont les océans sont de nature neutre ou alcaline, et qui possèdent une activité hydrothermale (c'est-à-dire des systèmes de ventilation hydrothermale au fond de l'océan). D'où, nos travaux suggèrent que la vie peut exister en faibles concentrations à l'échelle mondiale dans ces mondes océaniques (ou n'être présente que dans des parcelles locales), et peut donc ne pas être facilement détectable."
Cela a naturellement des implications pour les missions à destination d'Europe et d'autres lunes du système solaire externe. Il s'agit notamment de la mission NASA Europa Clipper, dont le lancement est actuellement prévu entre 2022 et 2025. À travers une série de survols d'Europe, cette sonde tentera de mesurer des biomarqueurs dans l'activité du panache provenant de la surface de la lune.
Des missions similaires ont été proposées pour Encelade, et la NASA envisage également une mission "Dragonfly" pour explorer l'atmosphère de Titan, lacs de surface et de méthane. Cependant, si l'étude du Dr Lingam et du Pr Loeb est correcte, alors les chances que ces missions trouvent des signes de vie sur un monde océanique du système solaire sont plutôt minces. Néanmoins, comme l'a indiqué Lingam, ils croient toujours que de telles missions devraient être montées.
"Bien que notre modèle prédise que les futures missions spatiales dans ces mondes pourraient avoir de faibles chances de succès en termes de détection de vie extraterrestre, we believe that such missions are still worthy of being pursued, " he said. "This is because they will offer an excellent opportunity to:(i) test and/or falsify the key predictions of our model, and (ii) collect more data and improve our understanding of ocean worlds and their biogeochemical cycles."
Artist’s concept of a Europa Clipper mission. Crédit :NASA/JPL
En outre, as Prof. Loeb indicated via email, this study was focused on "life as we know it". If a mission to these worlds did find sources of extra-terrestrial life, then it would indicate that life can arise from conditions and elements that we are not familiar with. En tant que tel, the exploration of Europa and other ocean worlds is not only advisable, but necessary.
"Our paper shows that elements that are essential for the 'chemistry-of-life-as-we-know-it', such as phosphorous, are depleted in subsurface oceans, " he said. "As a result, life would be challenging in the oceans suspected to exist under the surface ice of Europa or Enceladus. If future missions confirm the depleted level of phosphorous but nevertheless find life in these oceans, then we would know of a new chemical path for life other than the one on Earth."
À la fin, scientists are forced to take the "low-hanging fruit" approach when it comes to searching for life in the universe . Until such time that we find life beyond Earth, all of our educated guesses will be based on life as it exists here. I can't imagine a better reason to get out there and explore the universe than this!
