Bien avant que le rover Perseverance de la NASA n'atterrisse sur la planète rouge le 18 février, l'un de ses objectifs de mission de plus haut niveau était déjà établi :rechercher des signes de vie ancienne sur la surface martienne. En réalité, les techniques utilisées par l'un des instruments scientifiques à bord du rover pourraient avoir des applications sur les lunes de Saturne Encelade et Titan ainsi que la lune de Jupiter Europa.

"Persévérance va chercher une liste de courses de minéraux, organique, et d'autres composés chimiques qui peuvent révéler la vie microbienne autrefois prospéré sur Mars, " dit Luther Beegle, chercheur principal pour l'instrument Scanning Habitable Environments de Mars 2020 avec l'instrument Raman &Luminescence for Organics &Chemicals (SHERLOC). "Mais la technologie derrière SHERLOC qui recherchera la vie passée dans les roches martiennes est hautement adaptative et peut également être utilisée pour rechercher des microbes vivants et les éléments chimiques de base de la vie dans la glace profonde des lunes de Saturne et de Jupiter."

Encelade, Europe, et même la lune brumeuse Titan cacherait de vastes océans d'eau liquide contenant des composés chimiques associés à des processus biologiques sous leurs extérieurs épais et glacés - des environnements très différents de Mars moderne. Si la vie microbienne existe dans ces eaux, les scientifiques pourraient également en trouver des preuves dans la glace. Mais comment trouver cette preuve si elle est enfermée profondément dans la glace ?

Entrez WATSON. Abréviation de Wireline Analysis Tool pour l'observation souterraine des calottes glaciaires du Nord, le prototype en forme de tube de 3,9 pieds de long (1,2 mètre de long) est en cours de développement au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. Il a été couplé au foret profond planétaire de Honeybee Robotics, et cette combinaison a été testée avec succès dans le froid extrême de la glace du Groenland.

Une version plus petite de WATSON pourrait un jour monter à bord d'une future mission robotique pour explorer le potentiel d'habitabilité de l'une de ces lunes énigmatiques. L'instrument scruterait la glace à la recherche de biosignatures, des molécules organiques créées par des processus biologiques. S'il en repère, une future version de WATSON, avec la capacité supplémentaire de collecter la glace de la paroi du trou de forage, pourrait alors recueillir des échantillons pour une étude plus approfondie.

En utilisant la spectroscopie Raman laser ultraviolet profond pour analyser les matériaux là où ils se trouvent, plutôt que de récupérer immédiatement des échantillons de glace et de les étudier ensuite à la surface de la lune, l'instrument fournirait aux scientifiques des informations supplémentaires sur ces échantillons en étudiant où ils se trouvent dans le contexte de leur environnement.

"Ce serait formidable si nous étudiions d'abord à quoi ressemblaient ces échantillons dans leur environnement naturel avant de les ramasser et de les mélanger en une suspension pour les tests, " a déclaré Mike Malaska, un astrobiologiste au JPL et le scientifique principal de WATSON. « C'est pourquoi nous développons cet instrument non invasif pour une utilisation dans des environnements glacés :pour examiner en profondeur la glace et identifier des amas de composés organiques - peut-être même des microbes - afin qu'ils puissent être étudiés avant de les analyser davantage et de perdre leur contexte natif ou modifier leur structure.

Bien que WATSON utilise la même technique que le SHERLOC de Perseverance, il y a des différences. Pour un, SHERLOC analysera la roche et les sédiments martiens pour rechercher des signes de vie microbienne passée qui peuvent être collectés et renvoyés sur Terre par de futures missions pour une étude plus approfondie. Et SHERLOC ne perce pas de trous. Un outil séparé fait cela.

Mais les deux reposent sur un laser ultraviolet profond et un spectromètre, et où l'instrument à glace WATSON a un imageur pour observer la texture et les particules dans la paroi de glace, Le SHERLOC de Perseverance est associé à une caméra haute résolution pour prendre des photos rapprochées des textures rocheuses afin de soutenir ses observations. Cette caméra porte le même nom que le prototype d'exploration de glace :WATSON. Dans ce cas, bien que, l'acronyme signifie Capteur topographique grand angle pour les opérations et l'ingénierie. (Après tout, tout instrument avec un nom inspiré du célèbre détective fictif Sherlock Holmes est lié à inspirer des références à son partenaire.)

Encelade sur Terre

Tout comme SHERLOC a subi des tests approfondis sur Terre avant d'aller sur Mars, il en va de même pour WATSON avant qu'il ne soit envoyé dans le système solaire externe. Pour voir comment l'instrument pourrait fonctionner dans la croûte glacée d'Encelade et les températures extrêmement basses de la lune, l'équipe WATSON a choisi le Groenland comme « analogue de la Terre » pour les tests sur le terrain du prototype lors d'une campagne 2019.

Les analogues de la Terre partagent des caractéristiques similaires avec d'autres endroits de notre système solaire. Dans le cas du Groenland, l'environnement près du milieu de la calotte glaciaire de l'île et loin de la côte se rapproche de la surface d'Encelade où les matériaux océaniques jaillissent des évents prolifiques de la petite lune et pleuvent. La glace mutilée au bord des glaciers du Groenland près de la côte, pendant ce temps, peut servir d'analogue pour la croûte glacée profonde et bouclée d'Europe.

Au cours de la campagne d'exploration d'un forage existant près de Summit Station, une station d'observation à distance en altitude au Groenland, l'instrument a été mis à l'épreuve. Alors qu'il descendait à plus de 330 pieds (100 mètres), WATSON a utilisé son laser UV pour illuminer les parois de la glace, faisant briller certaines molécules. Le spectromètre a ensuite mesuré leur faible lueur pour donner à l'équipe un aperçu de leur structure et de leur composition.

Bien que la découverte de biosignatures dans la banquise du Groenland n'ait pas été une surprise - les tests ont eu lieu sur Terre, après tout, la cartographie de leur distribution le long des parois du trou de forage profond a soulevé de nouvelles questions sur la façon dont ces caractéristiques sont arrivées là où elles se trouvent. L'équipe a découvert que les microbes profondément enfouis dans la glace ont tendance à s'agglutiner en gouttes, pas en couches comme ils s'y attendaient à l'origine.

« Nous avons créé des cartes pendant que WATSON scannait les côtés du trou de forage et les points chauds de regroupement de bleus, verts et rouges, tous représentant différents types de matières organiques, " a déclaré Malaska. " Et ce qui m'intéressait, c'est que la distribution de ces points chauds était à peu près la même partout où nous regardions :peu importe si la carte a été créée à 10 ou 100 mètres [33 ou 330 pieds] de profondeur, ces petites taches compactes étaient là."

En mesurant les signatures spectrales de ces hotspots, l'équipe a identifié des couleurs compatibles avec les hydrocarbures aromatiques (certains pouvant provenir de la pollution de l'air), les lignines (composés qui aident à construire les parois cellulaires des plantes), et d'autres matières produites biologiquement (comme les acides organiques complexes également présents dans les sols). En outre, l'instrument a enregistré des signatures similaires à la lueur produite par des amas de microbes.

Il y a plus de tests à faire—idéalement, dans d'autres analogues de la Terre qui se rapprochent des conditions d'autres lunes glacées, mais l'équipe a été encouragée par la sensibilité de WATSON à une si grande variété de biosignatures. Cette sensibilité élevée serait utile lors de missions dans les mondes océaniques, où la distribution et la densité de toute biosignature potentielle sont inconnues, dit Rohit Bhartia, chercheur principal pour WATSON et chercheur principal adjoint pour SHERLOC, des systèmes photoniques à Covina, Californie. « Si nous devions prélever un échantillon aléatoire, nous risquons de manquer quelque chose de très intéressant, mais grâce à nos premiers tests sur le terrain, nous sommes en mesure de mieux comprendre la répartition des matières organiques et des microbes dans la glace terrestre qui pourraient nous aider lors du forage dans la croûte d'Encelade."

Les résultats de l'essai sur le terrain ont été publiés dans la revue Astrobiologie à l'automne 2020 et présenté à la réunion d'automne 2020 de l'American Geophysical Union le 11 décembre.