Le rover martien Curiosity de la NASA a capturé ces nuages juste après le coucher du soleil le 19 mars 2021, le 3 063e jour martien, ou sol, de la mission du rover. L’image est composée de 21 images individuelles assemblées et dont les couleurs ont été corrigées afin que la scène apparaisse telle qu’elle serait perçue par l’œil humain. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
Ce type de carbone est associé à des processus biologiques sur Terre. Les scientifiques de Curiosity proposent plusieurs explications pour les signaux inhabituels de carbone.
Après avoir analysé des échantillons de roche en poudre recueillis à la surface de Mars par NASALes scientifiques ont annoncé que plusieurs des échantillons sont riches en un type de carbone qui, sur Terre, est associé à des processus biologiques.
En effet, les scientifiques n’ont pas encore trouvé de preuves concluantes de l’existence d’une vie ancienne ou actuelle sur Mars, comme des formations rocheuses sédimentaires produites par d’anciennes bactéries ou une diversité de molécules organiques complexes formées par la vie.
“Nous trouvons des choses sur Mars qui sont très intéressantes, mais nous aurions vraiment besoin de plus de preuves pour dire que nous avons identifié la vie”, a déclaré Paul Mahaffy, qui a été le chercheur principal du laboratoire de chimie SAM (Sample Analysis at Mars) à bord de Curiosity jusqu’à sa retraite du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, en décembre 2021. “Nous cherchons donc à savoir ce qui aurait pu causer la signature carbonée que nous observons, si ce n’est la vie”.
Dans un rapport de leurs conclusions qui a été publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences le 18 janvier 2022, les scientifiques de Curiosity proposent plusieurs explications pour les signaux de carbone inhabituels qu’ils ont détectés. Leurs hypothèses sont tirées en partie des signatures de carbone sur Terre, mais les scientifiques préviennent que les deux planètes sont si différentes qu’ils ne peuvent pas tirer de conclusions définitives en se basant sur des exemples terrestres.
Cette image montre le trou de forage Highfield réalisé par le rover Curiosity de la NASA lors de la collecte d’un échantillon sur la “crête Vera Rubin” dans le cratère Gale. Crédit : NASA/Caltech-JPL/MSSS
“Le plus difficile est d’oublier la Terre, d’abandonner nos préjugés et d’essayer de comprendre les principes fondamentaux de la chimie, de la physique et des processus environnementaux sur Mars”, a déclaré l’astrobiologiste Jennifer L. Eigenbrode, qui a participé à l’étude sur le carbone. Auparavant, Eigenbrode a dirigé une équipe internationale de scientifiques de Curiosity dans la détection d’une myriade de molécules organiques – celles qui contiennent du carbone – sur la surface martienne.
“Nous devons ouvrir nos esprits et sortir des sentiers battus”, a déclaré Eigenbrode, “et c’est ce que fait cet article”.
L’explication biologique que les scientifiques de Curiosity présentent dans leur article s’inspire de la vie sur Terre. Elle implique d’anciennes bactéries à la surface qui auraient produit une signature carbone unique en libérant du méthane dans l’atmosphère où les rayons ultraviolets auraient converti ce gaz en molécules plus grandes et plus complexes. Ces nouvelles molécules seraient tombées en pluie sur la surface et pourraient maintenant être préservées avec leur signature carbone distincte dans les roches martiennes.
Deux autres hypothèses proposent des explications non biologiques. L’une suggère que la signature carbonée pourrait résulter de l’interaction de la lumière ultraviolette avec le gaz carbonique de l’atmosphère martienne, produisant de nouvelles molécules contenant du carbone qui se seraient déposées à la surface. L’autre hypothèse est que le carbone pourrait avoir été laissé derrière lui par un événement rare, il y a des centaines de millions d’années, lorsque le système solaire a traversé un nuage moléculaire géant riche en carbone.
Assemblé à partir de 28 images, le rover martien Curiosity de la NASA a capturé cette vue du ” fronton de Greenheugh ” le 9 avril 2020, le 2 729e jour martien, ou sol, de la mission. Au premier plan, on voit le chapeau de grès du fronton. Au centre, l'” unité argileuse ” ; le fond du cratère Gale est au loin. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
“Les trois explications correspondent aux données”, a déclaré Christopher House, un scientifique de Curiosity basé à l’Université d’État de Pennsylvanie qui a dirigé l’étude sur le carbone. “Nous avons simplement besoin de plus de données pour les exclure ou les rejeter”.
our analyser le carbone présent sur la surface martienne, l’équipe de House a utilisé l’instrument TLS (Tunable Laser Spectrometer) à l’intérieur du laboratoire SAM. SAM a chauffé 24 échantillons provenant dedes endroits géologiquement diversifiés dans le cratère Gale de la planète à environ 1 500 degrés. Fahrenheitou 850 degrés Celsiuspour libérer les gaz à l’intérieur. Le TLS a ensuite mesuré les isotopes d’une partie du carbone réduit qui a été libéré lors du processus de chauffage. Les isotopes sont des atomes d’un élément ayant des masses différentes en raison de leur nombre distinct de neutrons, et ils sont essentiels pour comprendre l’évolution chimique et biologique des planètes.
Le carbone est particulièrement important car cet élément est présent dans toutes les formes de vie sur Terre ; il circule continuellement dans l’air, l’eau et le sol dans un cycle qui est bien compris grâce aux mesures isotopiques.
Cet autoportrait en contre-plongée du rover martien Curiosity de la NASA montre le véhicule à l’endroit d’où il est descendu pour forer dans une cible rocheuse appelée “Buckskin” sur le bas du Mont Sharp. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS
es créatures vivantes sur Terre utilisent par exemple le carbone 12, plus petit et plus léger. atome pour métaboliser la nourriture ou pour la photosynthèse par rapport à l’atome de carbone-13, plus lourd. Ainsi, la présence d’une quantité nettement plus importante de carbone 12 que de carbone 13 dans les roches anciennes, ainsi que d’autres indices, suggère aux scientifiques qu’ils sont en présence de signatures de la chimie de la vie. L’examen du rapport entre ces deux isotopes du carbone aide les scientifiques à déterminer le type de vie qu’ils observent et l’environnement dans lequel elle vivait.
Sur Mars, les chercheurs de Curiosity ont découvert que près de la moitié de leurs échantillons contenaient des quantités étonnamment élevées de carbone 12 par rapport à ce que les scientifiques ont mesuré dans l’atmosphère martienne et les météorites. Selon les chercheurs, ces échantillons provenaient de cinq endroits distincts du cratère Gale, qui pourraient être liés au fait que tous ces endroits présentent des surfaces anciennes bien préservées.
“Sur Terre, les processus qui produiraient le signal de carbone que nous détectons sur Mars sont biologiques”, a déclaré House. “Nous devons comprendre si la même explication fonctionne pour Mars, ou s’il existe d’autres explications, car Mars est très différente.”
Vue de Curiosity depuis le sommet du fronton de Greenheugh. Crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mars est unique car elle a peut-être commencé avec un mélange d’isotopes de carbone différent de celui de la Terre, il y a 4,5 milliards d’années. Mars est plus petite, plus froide, sa gravité est plus faible et son atmosphère contient des gaz différents. De plus, le carbone sur Mars pourrait être cyclique sans qu’aucune vie ne soit impliquée.
“Il y a une énorme partie du cycle du carbone sur la Terre qui implique la vie, et à cause de la vie, il y a une partie du cycle du carbone sur la Terre que nous ne pouvons pas comprendre, parce que partout où nous regardons, il y a de la vie”, a déclaré Andrew Steele, un scientifique de Curiosity basé à l’Institut Carnegie pour la Science à Washington.
Steele a noté que les scientifiques n’en sont qu’aux premiers stades de la compréhension du cycle du carbone sur Mars et, par conséquent, de l’interprétation des rapports isotopiques et des activités non biologiques qui pourraient conduire à ces rapports. Curiosity, qui est arrivé sur la planète rouge en 2012, est le premier rover doté d’outils permettant d’étudier les isotopes du carbone à la surface. D’autres missions ont recueilli des informations sur les signatures isotopiques dans l’atmosphère, et les scientifiques ont mesuré les ratios des météorites martiennes qui ont été collectées sur Terre.
“Définir le cycle du carbone sur Mars est absolument essentiel pour essayer de comprendre comment la vie pourrait s’intégrer dans ce cycle”, a déclaré Steele. “Nous l’avons fait avec beaucoup de succès sur Terre, mais nous commençons tout juste à définir ce cycle pour Mars”.
Les scientifiques de Curiosity continueront à mesurer les isotopes de carbone pour voir s’ils obtiennent une signature similaire lorsque le rover visitera d’autres sites soupçonnés d’avoir des surfaces anciennes bien préservées. Pour vérifier davantage l’hypothèse biologique impliquant des micro-organismes producteurs de méthane, l’équipe de Curiosity aimerait analyser le contenu en carbone d’un panache de méthane libéré de la surface. Le rover a rencontré de manière inattendue un tel panache en 2019, mais il n’y a aucun moyen de prédire si cela se reproduira. Sinon, les chercheurs soulignent que cette étude donne des indications à l’équipe derrière le rover Perseverance de la NASA sur les meilleurs types d’échantillons à collecter pour confirmer la signature carbone et déterminer définitivement si elle provient de la vie ou non. Perseverance collecte des échantillons de la surface martienne en vue d’un éventuel retour sur Terre.
La mission de Curiosity est dirigée par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud ; JPL est géré par Caltech.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Carbone nouvellement découvert sur Mars : Origin May Be Biologically ProducedMéthane.
Référence : “Depleted carbon isotope compositions observed at Gale crater, Mars” par Christopher H. House, Gregory M. Wong, Christopher R. Webster, Gregory J. Flesch, Heather B. Franz, Jennifer C. Stern, Alex Pavlov, Sushil K. Atreya, Jennifer L. Eigenbrode, Alexis Gilbert, Amy E. Hofmann, Maëva Millan, Andrew Steele, Daniel P. Glavin, Charles A. Malespin et Paul R. Mahaffy, 17 janvier 2022, Actes de l’Académie nationale des sciences.
DOI : 10.1073/pnas.2115651119