Bioastronomie - La contamination extraterrestre - Les comètes, boules de "CHON" sales (IV)

 

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La contamination extraterrestre

Les comètes, boules de "CHON" sales (IV)

Les comètes à leur tour auraient-elles pu ensemencer la Terre ? En tous cas, au XIXeme siècle le physicien et physiologiste allemand Hermann von Helmholtz le suggérait déjà. Si des molécules organiques simples se sont formées il y a 4.6 milliards d'années dans la nébuleuse protosolaire, elles n'auraient pu continuer à évoluer en périphérie de la nébuleuse primitive, loin des centres nucléaires. Plus probable est une contamination venue de l'extérieur du système solaire, transportée par les comètes. Mais la théorie de la mécanique classique s'oppose ici à une rencontre de la Terre avec un corps orbitant sur une trajectoire hyperbolique. 

En 1986, les sondes spatiales Giotto et Véga ont découvert sur Halley des composés organiques complexes basés sur les atomes C, H O, N qui conduisirent à l'acronyme "CHON"[12]. Il s’avère aujourd’hui que son noyau pourrait contenir au moins 25% de matière organique !

Listes des molécules 

découvertes dans l'espace

Document NAS/SSB

Tous les radicaux et les atomes observés dans le milieu interplanétaire se retrouvent dans les comètes, dont l'eau et le gaz carbonique et leurs produits de décomposition par photolyse ou réaction secondaire (CH, NH,...). Parmi les molécules organiques, il y at de l'adénine et des polymères du formaldéhyde (polyoxyméthylène), les fameux POM tels le CH3CN, CH2SH, HCS2, H2CS2, etc. De plus, les deux isotopes de l'eau (normale et lourde) se retrouvent dans les mêmes proportions dans la glace de Halley et dans l'eau de nos océans. Comment expliquer cette situation, sinon en supposant que dans le passé notre planète dû continuellement être bombardée par d'innombrables comètes... Depuis ces découvertes, de nouvelles missions cométaires ont été planifiées afin de rassembler un plus grand nombre de données et tenter de corroborer ces premiers résultats.

Décomposition de l'Hexaméthylènetétramine ou HMT de formule chimique C6H12N4 en CN. Document NASA/Astrochemistry lab.

A son tour, la collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter qui se produisit en juillet 1994 révéla bien des surprises aux planétologues et aux biochimistes[13]. Les mesures radioastronomiques ont révélé que les impacts avaient libéré une grande quantité de monoxyde de carbone (CO), de sulfite carbonyle (OCS) et de monosulfite de carbone (CS) dans des proportions allant de 30 à 10000 ktonnes, ainsi que des molécules complexes hydrocarbonées (CH3OH, HC3N), de l’eau, de l’oxygène, des sulfures et divers métaux cométaires. Ces composés ont vraisemblablement été induits par des réactions chimiques avec les ondes de chocs. Les impacts ont atteint le niveau 1.7 bar où se trouve les nuages d’hydrosulfite d’ammonium (NH4SH) mais ils n’ont vraisemblablement pas atteint le niveau 5 bar où se trouve les couches nuageuses de vapeur d’eau et de méthane.

Les impacts d'une chimie de choc

En juillet 1994 la comète Shoemaker-Levy 9 percuta Jupiter en y laissant de larges cicatrices d'une dimension équivalente à deux fois le diamètre de la Terre ! En l'espace de 5 jours et sous l'influence des vents, les ejecta des impacts G et A se sont dispersés dans l'atmosphère jovienne en formant un voile de brume organique composé de molécules hydrocarbonées. Document MIT H.Hammel/NASA HST.

Bien que la chaleur des impacts (7500 à 15000 K dans les boules de feu) ait dissocié la plupart des matériaux cométaire et joviens, la “chimie de choc” pourrait expliquer la (re)formation de nombreuses petites molécules carbonées. Mais aucune macromolécule n’a été détectée. Suite aux impacts, une brume sombre composée d’une grande quantité de sulfure s’est développée aux niveaux 1-200 mbar, provoquant un refroidissement inhabituel de cette région. L’injection de nombreux petits fragments dans la stratosphère ont toutefois formé de l’HCN, du CH3 et de l’eau, participant à une modification durable de la température locale.

Jennifer Blanck du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a analysé les effets simulés d'un impact météoritique ou cométaire sur le développement des acides aminés contenus dans ces astres. Elle plaça quelques acides aminés dans un projectile en acier qui fut lancé par un canon élaboré tout spécialement pour les études de laboratoire. 

A l'image de la bactérie Escherichia Coli également testé dans ce contexte, il s'avère que les acides aminés ayant subi une accélération soudaine puis une décélération estimée à plusieurs centaines de milliers de g, de très hautes pressions et des températures de plusieurs milliers de degrés durant une fraction de secondes ont évolué de façon étonnante au cours de l'expérience. Transparent et aussi liquide que l'eau dans lequel ils baignaient avant l'expérience, après l'impact, au sortir du projectile les acides aminés se sont transformés en une pâte brune ressemblant à du bitume. Une étude spectrale révéla que la "chimie de choc" les avait polymérisés et transformés en peptides, ces longues molécules qui forment les chaînes de protéines. Du reste, ces briques fondamentales ne se sont pas spontanément transformées en cellules vivantes, processus qui demeure encore énigmatique.

On peut donc en conclure que les impacts de quelques comètes de plusieurs centaines de kilomètres de diamètre et contenant jusqu'à 25% de matière organique ont pu ensemencer la Terre en éléments prébiotiques, accélérant ainsi le processus qui conduisit au développement de la vie.

Un nuage moléculaire en périphérie du système solaire. Peinture d'Adolf Schaller.

Venant du Nuage de Oort, suite à une perturbation stellaire, ces comètes nous permettent de temps en temps de les étudier, nous apportant leur message d'un passé marqué de profondes cicatrices, comme en témoigne le bombardement intense qu'on subit tous les satellites des planètes et les planètes inférieures elles-mêmes. Quelques-unes, de plusieurs milliers de tonnes ont ainsi pu percuter la Terre il y a 3 ou 4 milliards d'années, contaminant notre planète des quelques macromolécules formées par l'interaction du formaldéhyde avec l'eau.

Si l'on sait que la Terre coupe chaque année les traînées des comètes, offrant une chance aux poussières de l'espace d'interagir avec les autres molécules présentent sur Terre, les essaims des Aquarides et des Léonides ont pu contaminer notre planète. Si une particule sur un million était porteuse d'un germe ébauche de la vie, c'est à raison de 10 millions d'organismes (avec ou sans noyau) par mètre carré que les comètes ont pu contaminer la Terre !

Dans sa course autour de la Voie Lactée, le Soleil a très bien pu traverser plusieurs nuages interstellaires tel le fameux bras d'Orion ou des nuages moléculaires géants[14]. Accomplissant un tour de la Voie Lactée en 250 millions d'années, dans le premier milliard d'années de la vie de la Terre, ces particules ont statistiquement pu ensemencer notre planète.

Dans la même idée, rappelons qu'il y a environ 65 millions d'années, c'est peut-être le passage de la Terre dans un nuage de poussière interstellaire qui assombrit des siècles durant le ciel préhistorique, provoquant l'extinction de milliers d'espèces. Quoi qu'il en soit, au-delà des polémiques le cosmos est un milieu prolifique où les premiers signes de la vie sont apparus.

Galileo à la recherche de vie sur Terre

On peut toutefois demander aux exobiologistes si la technologie utilisée dans les sondes spatiales modernes permet bien de détecter une vie extraterrestre. La conclusion est positive. “En décembre 1990 pendant qu’elle survolait la Terre, la sonde spatiale Galileo a mis en évidence une grande quantité d’oxygène, une large diffusion de pigments superficiels ayant une profonde absorption dans la partie rouge du spectre visible, et une atmosphère de méthane en déséquilibre thermodynamique extrême; ensembles, ces indices suggèrent fortement que la vie existe sur Terre. Plus encore, la présence de radio transmissions en modulation d’amplitude, à bande étroite et pulsée semble uniquement attribuable à l’intelligence”.

Séparation de l'orbiter de Galileo. Document JPL.

Tel était l’introduction de l’article de Carl Sagan[15] et de son équipe. Il avait en effet conduit une expérience visant à contrôler les performances des appareils de mesures embarqués à bord des sondes spatiales.

En fait les senseurs infrarouge de la sonde spatiale Galileo, qui était alors en route vers Jupiter, avaient mis en évidence 4 signes annonciateurs de vie sur Terre. En survolant la région de l’océan Pacifique par temps clair, le premier signe fut une profonde raie d’absorption à 0.76 microns, c’est la fameuse bande A, la longueur d’onde à laquelle la molécule d’oxygène absorbe le rayonnement. Cette raie peut également être généré par la photodissociation ultraviolette de l’eau. L’intensité de cette raie suggérait déjà qu’il existait une grande abondance d’oxygène dans l’atmosphère terrestre, de l’ordre de 200 g/cm2, une concentration unique dans le système solaire que seule des systèmes biologiques peuvent accomplir.

La signature spectrale des planètes. Document TPF/JPL.

Le second signe de vie fut la découverte d’un pic d’émission à 0.7 mm, dans la partie rouge profonde du spectre visible. Nous savons qu’aucun minéral ne présente cette raie spectrale, ici ni nulle part dans le système solaire.

Les biochimistes s’attendent à rencontrer ce type de spectre lorsqu’un photon de lumière brise une molécule d’eau pour former une molécule d’oxygène. Le pigment détecté par Galileo était la chlorophylle, une substance largement répandue à la surface des continents et qui de l’espace ciselait son relief.

Le spectromètre infrarouge de Galileo a également détecté des traces de méthane. Pour le profane ces traces ne représentent rien de suspect mais analysées d’un point vue thermodynamique c’est le point de départ du déséquilibre avec l’oxygène. En effet, dans l’atmosphère primitive de la Terre, le méthane originel fut rapidement oxydé et dissocié en molécules d’eau et de gaz carbonique. Lorsque ce processus se trouve en état d’équilibre thermodynamique, il ne reste plus aucune trace du méthane.

Aujourd’hui, s’il reste encore des molécules de méthane dans l’atmosphère terrestre, nous sommes forcés d’invoquer un processus inhabituel pour entretenir cette émission. 

L’une d’elle est le métabolisme bactérien qui se développe dans les marais et les tourbières, chez les ruminants et les termites. Ce profond déséquilibre thermodynamique est la troisième signatures de la vie.

Enfin, les détecteurs de plasma de la sonde Galileo ont découvert des signaux radios à bande étroite (4 à 5 MHz), modulés en amplitude et pulsés qui s’échappaient de l’ionosphère. Ces signaux étaient d’autant plus intenses que la sonde se rapprochait de la Terre indiquant clairement que les sources d’émission se situaient très près de la Terre. Le fait que les signaux apparaissaient seulement la nuit, lorsque la propagation ionosphérique n’était pas perturbée par le rayonnement du Soleil suggérait fortement que la source des émissions se situait sous l’ionosphère. Ces signaux provenaient en fait d’émetteurs aux sol situés sur la partie obscure du globe terrestre. Bien que la résolution temporelle de l’instrument (18.67s) soit inadéquate pour décoder ces modulations, de tels spectres n’ont jamais été observés dans les émissions radio naturelles; ces signaux véhiculaient donc des informations et étaient la preuve qu’il existait une vie technologique sur Terre[16].

Le profil de la vie

- Le profil spectral indique la température de la planète et qu'elle permet l'existence d'eau liquide

- La forte absorption du gaz carbonique indique que la planète possède une atmosphère

- La bande de l'ozone signifie qu'il existence beaucoup d'oxygène, probablement produit par la vie

- Les bandes de l'eau indique que l'eau est abondante, indiquant qu'il y a un océan.

Source TPF/JPL

Nous pouvons en conclure que ces signaux étaient générés par une forme de vie intelligence vivant sur Terre. Ce quatrième signe de vie fut le seul qui n’aurait pas pu être détecté par une sonde spatiale similaire survolant la Terre il y a 2 milliards d’années.

Ces résultats sont encourageants. La mission Galileo nous a permis d’effectuer un contrôle expérimental de la capacité des senseurs à détecter la vie à différents stades de son développement sur les autres astres du système solaire. A l’heure actuelle les sondes spatiales envoyées dans tous le système solaire ont survolé ensembles, à une distance comprise entre environ 100 et 100000 km, plus de 60 planètes, satellites, comètes et astéroïdes. 

Ces sondes d'exploration étaient équipées de différents détecteurs, d’instruments photométriques et spectrométriques capables d’analyser des rayonnements allant de l’ultraviolet aux longueurs d’ondes kilométriques, de magnétomètres et de détecteurs de particules. Cependant aucun de ces instruments n’a pu mettre en évidence la moindre signature de vie extraterrestre.

Quant aux mesures effectuées sur la Lune, Vénus et Mars par les sondes orbitales et les Landers, elles n’ont rien apporté de concret non plus. Face à tous ces résultats Carl Sagan conclut en 1993 : “Si la vie extraterrestre existe, il est peu probable qu’elle prenne la forme de celle qui nous est familière, ou existant de façon marginale. [...] 

Il reste beaucoup de mondes à explorer mais nos résultats sont consistants avec l’hypothèse que si l’activité biologique s’est largement répandue dans tous les mondes du système solaire, elle n’existe que sur Terre”.

Carl Sagan en 1994. Document Michael Okoniewski.

Prochain chapitre

 Les raies moléculaires - L'arôme de la cosmochimie

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[12] D.Mitchell et al., Science, 237, 1987, p626 - W.Huebner, Science, 237, 1987, p628 - Des découvertes similaires ont été faites sur la comète Wilson, lire D.Allen/D.Wickramasinghe, Nature, 329, 1987, p615.

[13] Cf l’ouvrage consacré au Système solaire, op.cit. - K.Zahnle, Icarus, 108, 1994, p1 - P.Weissman, Nature, 372, 1994, p404 - E.Lellouch et al., Nature, 1995, p592.

[14] H.Spinrad, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 25, 1987, p231 - U.Fink, Science, 257, 1992, p1926.

[15] C.Sagan et al., Nature, 365, 1993, p715.

[16] La bande passante d’une ligne téléphonique est de 3.1 KHz, celle d’un téléviseur d’environ 6.5 MHz et celle d’une fibre optique (transmission numérique) peut excéder 20 GHz.



25/11/2007
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