Un selfie pris par le rover martien Curiosity de la NASA au Sol 2291 sur le site de forage “Rock Hall”, situé sur la crête Vera Rubin. Le carbone réduit libéré par la poudre provenant de ce trou de forage était fortement appauvri en carbone 13, la signature isotopique surprenante du carbone rapportée par l’équipe. Le selfie est composé de 57 images individuelles prises par le Mars Hand Lens Imager (MAHLI) du rover, une caméra située à l’extrémité du bras robotique du rover. Crédit : NASA/Caltech-JPL/MSSS
NASALe rover Curiosity de la NASA s’est posé sur le sol de la Terre. Mars le 6 août 2012, et depuis, il parcourt le cratère Gale en prélevant des échantillons et en renvoyant les résultats aux chercheurs pour qu’ils les interprètent. L’analyse des isotopes du carbone dans les échantillons de sédiments prélevés dans une demi-douzaine d’endroits exposés, y compris une falaise exposée, laisse aux chercheurs trois explications plausibles pour l’origine du carbone : la poussière cosmique, la dégradation du dioxyde de carbone par les ultraviolets ou la dégradation du méthane produit biologiquement par les ultraviolets.
Les chercheurs notent aujourd’hui (17 janvier 2022) dans Proceedings of the National Academy of Sciences que “Ces trois scénarios sont non conventionnels, contrairement aux processus courants sur Terre.”
Le carbone a deux isotopes stables, 12 et 13. En examinant les quantités de chacun dans une substance, les chercheurs peuvent déterminer les spécificités du cycle du carbone qui s’est produit, même si cela s’est produit il y a très longtemps.
“Les quantités de carbone 12 et de carbone 13 dans notre système solaire correspondent aux quantités qui existaient lors de la formation du système solaire”, a déclaré Christopher H. House, professeur de géosciences à Penn State. “Les deux existent dans tout, mais comme le carbone 12 réagit plus rapidement que le carbone 13, l’examen des quantités relatives de chacun dans les échantillons peut révéler le cycle du carbone.”
L’image montre le trou de forage Highfield sur la crête de Vera Rubin. La poudre de forage de ce trou a montré des valeurs d’isotopes de carbone indiquant un cycle du carbone qui inclut soit une vie souterraine, un rayonnement UV intense pénétrant dans l’atmosphère, ou de la poussière interstellaire. L’image a été prise par l’imageur à lentille manuelle de Mars au sol 2247. Crédit : NASA/Caltech-JPL/MSSS
Curiosity, qui est dirigé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, a passé les neuf dernières années à explorer une zone du cratère Gale qui a exposé des couches de roche ancienne. Le rover a foré dans la surface de ces couches et a récupéré des échantillons de couches sédimentaires enfouies. Curiosity a chauffé les échantillons en l’absence d’oxygène afin de séparer tout produit chimique. L’analyse spectrographique d’une partie du carbone réduit produit par cette pyrolyse a montré une large gamme de quantités de carbone 12 et de carbone 13 selon l’endroit ou le moment où l’échantillon original s’est formé. Certains échantillons de carbone étaient exceptionnellement appauvris en carbone 13 alors que d’autres étaient enrichis.
“Les échantillons extrêmement appauvris en carbone 13 ressemblent un peu aux échantillons d’Australie prélevés dans des sédiments vieux de 2,7 milliards d’années”, a déclaré House. “Ces échantillons ont été causés par l’activité biologique lorsque le méthane a été consommé par d’anciens tapis microbiens, mais nous ne pouvons pas nécessairement dire cela sur Mars parce que c’est une planète qui peut s’être formée à partir de matériaux et de processus différents de ceux de la Terre.”
Pour expliquer les échantillons exceptionnellement appauvris, les chercheurs suggèrent trois possibilités : un nuage de poussière cosmique, le rayonnement ultraviolet décomposant le dioxyde de carbone, ou la dégradation par les ultraviolets du méthane créé biologiquement.
Selon House, tous les deux cents millions d’années, le système solaire traverse un nuage moléculaire galactique.
“Il ne dépose pas beaucoup de poussière”, a déclaré House. “Il est difficile de voir l’un de ces événements de dépôt dans les archives terrestres”.
Pour créer une couche que Curiosity a pu échantillonner, le nuage de poussière galactique aurait d’abord abaissé la température sur une Mars contenant encore de l’eau et ayant créé des glaciers. La poussière se serait déposée sur le dessus de la glace et aurait dû rester en place après la fonte du glacier, laissant derrière elle une couche de saleté contenant du carbone.
Jusqu’à présent, il existe peu de preuves de la présence de glaciers passés au cratère Gale sur Mars. Selon les chercheurs, “cette explication est plausible, mais elle nécessite des recherches supplémentaires.”
Une deuxième explication possible pour les quantités plus faibles de carbone 13 est la conversion par les ultraviolets du dioxyde de carbone en composés organiques comme le formaldéhyde.
“Il existe des articles qui prédisent que les UV pourraient provoquer ce type de fractionnement”, a déclaré House. “Cependant, nous avons besoin de plus de résultats expérimentaux montrant ce fractionnement de taille, alorsnous pouvons exclure ou admettre cette explication.”
La troisième méthode possible pour produire des échantillons appauvris en carbone 13 a une base biologique.
Sur Terre, une signature fortement appauvrie en carbone 13 d’une paléosurface indiquerait que des microbes passés ont consommé du méthane produit par voie microbienne. Sur la planète Mars antique, il est possible que de grands panaches de méthane aient été libérés de la subsurface, où la production de méthane aurait été énergétiquement favorable. Ensuite, le méthane libéré aurait été consommé par les microbes de surface ou aurait réagi avec la lumière ultraviolette et se serait déposé directement sur la surface.
Cependant, selon les chercheurs, il n’existe actuellement aucune preuve sédimentaire de la présence de microbes de surface sur le paysage martien passé, et l’explication biologique mise en évidence dans l’article repose donc sur la lumière ultraviolette pour déposer le signal du carbone 13 sur le sol.
“Les trois possibilités indiquent un cycle du carbone inhabituel, différent de tout ce qui existe sur Terre aujourd’hui”, a déclaré M. House. “Mais nous avons besoin de plus de données pour déterminer laquelle d’entre elles est la bonne explication. Ce serait bien que le rover détecte un grand panache de méthane et mesure les isotopes du carbone à partir de celui-ci, mais bien qu’il y ait des panaches de méthane, la plupart sont petits, et aucun rover n’en a échantillonné un assez grand pour que les isotopes puissent être mesurés.”
House note également que la découverte de restes de tapis microbiens ou de preuves de dépôts glaciaires pourrait aussi éclaircir un peu les choses.
“Nous sommes prudents dans notre interprétation, ce qui est la meilleure chose à faire lorsqu’on étudie un autre monde”, a déclaré House.
Curiosity continue de collecter et d’analyser des échantillons et retournera dans un mois environ sur le fronton où il a trouvé certains des échantillons de cette étude.
“Cette recherche a permis d’atteindre un objectif de longue date pour l’exploration de Mars”, a déclaré House. “Mesurer différents isotopes de carbone – l’un des outils géologiques les plus importants – à partir de sédiments sur un autre monde habitable, et elle le fait en examinant 9 années d’exploration.”
Référence : “Des compositions isotopiques de carbone appauvri observées au cratère Gale, sur Mars” 17 janvier 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
Gregory M. Wong, récent titulaire d’un doctorat en géosciences, travaillait également sur le projet depuis Penn State.
Les autres participants à la recherche étaient, au Jet Propulsion Laboratory de la NASA : Christopher R. Webster, boursier et chercheur principal ; Gregory J. Flesch, ingénieur en logiciel d’applications scientifiques ; et Amy E. Hofmann, chercheur scientifique ; à la Division d’exploration du système solaire, NASA Goddard Space Flight Center : Heather B. Franz, chercheuse scientifique ; Jennifer C. Stern, assistante de recherche ; Alex Pavlov, scientifique de l’espace ; Jennifer L. Eigenbrode, assistante de recherche ; Daniel P. Glavin, directeur associé pour la science stratégique ; Charles A. Malespin, chef du Laboratoire des environnements planétaires ; et Paul R. Mahaffy, directeur retraité de la Division de l’exploration du système solaire ; à l’Université du Michigan : Sushil K. Atreya, professeur de sciences et d’ingénierie climatiques et spatiales et directeur du Planetary Science Laboratory ; à la Carnegie Institution for Science : Andrew Steele, scientifique ; et à l’université de Georgetown et au Goddard Space Flight Center de la NASA : Maëva Milan, boursière postdoctorale.
La NASA a soutenu ce projet.