Au-delà de la Terre, le consensus scientifique général est que le meilleur endroit pour rechercher des preuves de la vie extraterrestre est Mars. Cependant, ce n'est en aucun cas le seul endroit. Outre les nombreuses planètes extrasolaires qui ont été désignées comme "potentiellement habitables, "Il y a beaucoup d'autres candidats ici dans notre système solaire. Ceux-ci incluent les nombreux satellites glacés dont on pense qu'ils ont des océans intérieurs qui pourraient abriter la vie.

Parmi eux se trouve Titan, La plus grande lune de Saturne qui a toutes sortes de chimie organique entre son atmosphère et sa surface. Pour quelques temps, les scientifiques ont soupçonné que l'étude de l'atmosphère de Titan pourrait fournir des indices vitaux sur les premiers stades de l'évolution de la vie sur Terre. Grâce à de nouvelles recherches menées par le géant de la technologie IBM, une équipe de chercheurs a réussi à recréer les conditions atmosphériques sur Titan en laboratoire.

Leurs recherches sont décrites dans un article intitulé "Imaging Titan's Organic Haze at Atomic Scale, " qui a récemment paru dans le numéro du 12 février de Les lettres du journal astrophysique . L'équipe de recherche était dirigée par le Dr Fabian Schulz et le Dr Julien Maillard et comprenait de nombreux collègues d'IBM Research-Zurich, l'Université Paris-Saclay, l'Université de Rouen à Mont-Saint-Aignan, et l'Institut Fritz Haber de la Société Max Planck.

Une grande partie de ce que nous savons sur Titan aujourd'hui est due au vaisseau spatial Cassini, qui a orbité Saturne de 2004 à 2017 et a terminé sa mission en plongeant dans l'atmosphère de Saturne. Pendant ce temps, Cassini a effectué de nombreuses mesures directes de l'atmosphère de Titan, révélant un environnement étonnamment semblable à la Terre. Essentiellement, Titan est le seul autre corps du système solaire à avoir une atmosphère d'azote dense et des processus organiques en cours.

Ce qui est particulièrement intéressant, c'est le fait que les scientifiques pensent qu'il y a environ 2,8 milliards d'années, L'atmosphère terrestre était peut-être similaire. Cela coïncide avec l'ère mésoarchéenne, une période où les cyanobactéries photosynthétiques ont créé les premiers systèmes de récifs et ont lentement converti le dioxyde de carbone atmosphérique de la Terre en oxygène gazeux (conduisant finalement à son équilibre actuel d'azote et d'oxygène).

Alors que la surface de Titan est censée contenir des indices qui pourraient améliorer notre compréhension de la façon dont la vie a émergé dans notre système solaire, avoir un aperçu clair de cette surface a été un problème. La raison en est liée à l'atmosphère de Titan, qui est imprégné d'une brume photochimique dense qui diffuse la lumière. Comme Leo Gross et Nathalie Carrasco (co-auteurs de l'étude) l'ont expliqué dans un récent article publié sur le blog IBM Research :

"La brume de Titan est constituée de nanoparticules constituées d'une grande variété de molécules organiques grandes et complexes contenant du carbone, l'hydrogène et l'azote. Ces molécules se forment dans une cascade de réactions chimiques lorsque le rayonnement (ultraviolet et cosmique) frappe le mélange de méthane, l'azote et d'autres gaz dans des atmosphères comme celle de Titan."

Par conséquent, il y a encore beaucoup de choses que les scientifiques ignorent sur les processus qui régissent l'atmosphère de Titan, qui comprend la structure chimique exacte des grosses molécules qui composent cette brume. Depuis des décennies, les astrochimistes ont mené des expériences en laboratoire avec des molécules organiques similaires connues sous le nom de tholins, un terme dérivé du mot grec signifiant « boueux » (ou « brumeux »).

Les tholins désignent une grande variété de composés organiques contenant du carbone qui se forment lorsqu'ils sont exposés aux UV solaires ou aux rayons cosmiques. Ces molécules sont communes dans le système solaire externe et se trouvent généralement dans les corps glacés, où la couche de surface contient de la glace de méthane qui est exposée au rayonnement. Leur présence est indiquée par des surfaces d'aspect vermeil, ou comme s'ils avaient des taches de couleur sépia.

Pour le plaisir de leur étude, l'équipe dirigée par Schulz et Maillard a mené une expérience au cours de laquelle ils ont observé des tholins à divers stades de formation dans un environnement de laboratoire. Comme Gross et Carrasco l'ont expliqué :

"Nous avons inondé une cuve en acier inoxydable d'un mélange de méthane et d'azote, puis avons déclenché des réactions chimiques par décharge électrique, imitant ainsi les conditions dans l'atmosphère de Titan. Nous avons ensuite analysé plus de 100 molécules résultantes composant les tholins de Titan dans notre laboratoire à Zurich, obtenir des images à résolution atomique d'environ une douzaine d'entre eux avec notre microscope à force atomique à basse température de fabrication artisanale."

En résolvant des molécules de tailles différentes, l'équipe a eu un aperçu des différentes étapes par lesquelles ces molécules de brume se développent, ainsi qu'à quoi ressemble leur composition chimique. En substance, ils ont observé un élément clé dans l'atmosphère de Titan alors qu'il se formait et s'accumulait pour créer le célèbre effet brumeux de Titan. Dit Conor A. Nixon, un chercheur du Goddard Space Flight Center de la NASA (qui n'était pas affilié à l'étude):"Cet article montre de nouveaux travaux révolutionnaires dans l'utilisation de la microscopie à l'échelle atomique pour étudier les structures de complexes molécules organiques multi-anneaux. L'analyse typique des composés générés en laboratoire à l'aide de techniques telles que la spectroscopie de masse révèle les proportions relatives des divers éléments, mais pas la liaison chimique et la structure.

"Pour cette première fois ici, nous voyons l'architecture moléculaire de composés synthétiques similaires à ceux que l'on pense être à l'origine de la brume orange de l'atmosphère de Titan. Cette application fournit désormais un nouvel outil passionnant pour l'analyse d'échantillons de matériaux astrobiologiques, y compris les météorites et les échantillons renvoyés des corps planétaires."

Quoi de plus, leurs résultats pourraient également faire la lumière sur le mystérieux cycle hydrologique à base de méthane de Titan. Sur Terre, ce cycle consiste en une transition de l'eau entre un état gazeux (vapeur d'eau) et un état liquide (pluie et eau de surface). Sur Titan, le même cycle a lieu avec le méthane, qui passe du gaz méthane atmosphérique et tombe sous forme de pluie de méthane pour former les célèbres lacs d'hydrocarbures de Titan.

Dans ce cas, les résultats de l'équipe de recherche pourraient révéler le rôle que joue la brume chimique dans le cycle du méthane de Titan, y compris si ces nanoparticules peuvent ou non flotter sur ses lacs de méthane. Par ailleurs, ces découvertes pourraient révéler si des aérosols atmosphériques similaires ont aidé ou non la vie à émerger sur Terre il y a des milliards d'années.

"Les structures moléculaires que nous avons maintenant imagées sont connues pour être de bons absorbeurs de lumière ultraviolette, " décrivent Gross et Carrasco. " Cela, à son tour, signifie que la brume peut avoir agi comme un bouclier protégeant les molécules d'ADN sur la surface de la Terre primitive contre les rayonnements nocifs. »

Si cette théorie est correcte, les découvertes de l'équipe aideraient non seulement les scientifiques à comprendre les conditions dans lesquelles la vie a émergé ici sur Terre, ils pourraient également indiquer l'existence possible de la vie sur Titan. La nature mystérieuse de ce satellite est quelque chose dont les scientifiques ont pris conscience au début des années 1980, lorsque les sondes spatiales Voyager 1 et 2 ont toutes deux survolé le système Saturne. Depuis, les scientifiques ont reconstitué

Dans les années 2030, La NASA prévoit d'envoyer un giravion robotisé appelé Dragonfly à Titan pour explorer sa surface et son atmosphère et rechercher d'éventuels signes de vie. Comme toujours, les travaux théoriques et les expériences de laboratoire effectués entre-temps permettront aux scientifiques de se concentrer davantage et d'augmenter les chances que la mission (une fois arrivée) trouve ce qu'elle cherche.