Méthane et autres matières organiques sur Mars

Le rover Curiosity a détecté des molécules organiques dans d'anciennes roches sur Mars.

Curiosity effectue un exercice de test sur le site de Mojave. Les tests chimiques révèlent que les échantillons prélevés sur les sites de forage de Mojave et de Confidence Hills contiennent des molécules organiques.
NASA / JPL-Caltech

L'exploration planétaire peut être un long et dur travail, riche en découvertes qui mettent du temps à se tisser. Depuis son atterrissage sur Mars en 2012, le robot Curiosity de la NASA, laboratoire scientifique, a découvert des argiles, des roches sédimentaires formées dans des cours d'eau, et la preuve qu'un lac et des conditions favorables à la vie existaient il y a quelque 3 milliards et demi d'années dans le cratère Gale. Le mobile a également détecté des allusions à un cycle saisonnier du méthane.

Mais les scientifiques ont également recherché quelque chose d’autre de Curiosity: des preuves concluantes de multiples types de composés organiques . Les matières organiques sont celles qui contiennent du carbone et de l'hydrogène - ce qui décrit la grande majorité des molécules contenant du carbone (y compris le méthane, la plus simple des substances organiques). Les matières organiques apparaissent dans le système solaire sous toutes ses formes, des comètes aux météorites, en passant par Titan, la lune de Saturne. Malgré le nom provocateur, ils ne doivent pas nécessairement être fabriqués par la vie; les processus abiotiques les créent aussi. Mais la vie en fabrique et en utilise certains, notamment les sucres et les acides aminés. Les recherches sur la vie extraterrestre, qu’elles soient existantes ou disparues, se concentrent donc souvent sur les matières organiques.

Dans l'édition du 8 juin de Science, les membres de l'équipe Curiosity ont signalé la détection concluante d'un cycle saisonnier du méthane et la présence de plusieurs composés organiques dans d'anciens mudstones. Aucun de ces moyens ne signifie que nous ayons trouvé la vie martienne, mais ils font de la question de savoir si elle a jamais existé une question plus raisonnable à poser.

Les études ont utilisé différents instruments dans l'analyse d'échantillons sur Mars (SAM) de Curiosity, un logiciel de laboratoire de la taille d'un micro-ondes qui constitue une grande partie du corps du rover. (Vous trouverez une explication détaillée de SAM dans le blog 2012 d'Emily Lakdawalla.) Pour l'étude sur le mudstone, Jennifer Eigenbrode (NASA Goddard) et ses collègues ont chauffé de la poudre de roche à des températures extrêmement élevées - près de 900 ° C ou 1 600 ° F. En s'abaissant à des températures aussi élevées, l'équipe a évité l'ambiguïté d'un résultat de 2015 qui a révélé que des substances organiques avaient été produites en interagissant avec le vilain sel de perchlorate sur la surface martienne, au lieu d'identifier clairement ce qui se trouvait à l'origine dans la roche.

Cette illustration montre les niveaux de méthane détectés par Curiosity (points) ainsi que la manière dont le gaz pourrait se frayer un chemin vers la surface martienne par le dessous. Les sources potentielles de méthane comprennent la méthanogenèse par les microbes, la dégradation ultraviolette des matières organiques ou la chimie eau-roche. Le méthane pourrait par la suite être détruit par photochimie atmosphérique ou réactions de surface, à titre d'exemple. Les saisons se rapportent à l'hémisphère nord.
NASA / JPL-Caltech

Lorsque le mudstone pulvérisé chauffe, il génère des gaz, soit parce que les molécules présentes dans la roche subissent des réactions chimiques, soit qu’elles se décomposent. Ces gaz circulent dans un pipeline et sont ionisés, reniflés et pesés pour déterminer leurs masses moléculaires et leurs composants spécifiques, révélant ainsi leur identité chimique.

Sur la base de ces données, les chercheurs ont déterminé que les mudstones contenaient des composés organiques constitués de carbone, d'hydrogène et de soufre. Le soufre pourrait expliquer pourquoi les matières organiques contenues dans ces échantillons, provenant de la formation de Murray à la base de Aeolis Mons, étaient moins dégradées que celles des autres formations rocheuses testées précédemment. Le soufre est plus vulnérable à l'oxydation que le carbone, il agit donc comme un «élément sacrificiel», dit Eigenbrode, servant de victime chimique dans l'environnement oxydant de Mars à la place du carbone. Le même processus se produit sur Terre, lorsque la présence de soufre protège les gisements de charbon et de schiste, ajoute-t-elle.

Si les produits organiques testés par Curiosity provenaient de la vie, ils ont été considérablement modifiés: ils ne montrent pas la diversité des molécules ni les schémas structurels généralement créés de manière biologique.

Christopher Webster (Laboratoire de propulsion par réaction de la NASA) et ses collègues décrivent en détail le cycle du méthane. Curiosity avait déjà détecté du méthane, y compris une flambée spectaculaire en 2013. Le nouveau résultat repose sur la détection via deux méthodes révélant une nette tendance saisonnière, avec un pic à la fin de l’été de l’hémisphère Nord. (La tempête se trouve juste au sud de l'équateur.)

Dans des travaux antérieurs, des scientifiques planétaires avaient suggéré que le méthane proviendrait de la décomposition de débris de météorites par la lumière ultraviolette, qui serait la source de carbone la plus probable. Mais cette fois, l’équipe dit que le scénario ne correspond pas aux niveaux qu’ils voient actuellement. Les chercheurs pensent plutôt que le gaz provient du sous-sol, peut-être par des fissures dans la roche. Certains processus liés à la température de surface doivent être impliqués dans la libération, mais les chercheurs ne peuvent en dire beaucoup plus.

Références:

Jennifer L. Eigenbrode et al. «Matière organique préservée dans des mudstones datant de 3 milliards d'années au cratère Gale, Mars.» Science . 8 juin 2018.

Christopher R. Webster et al. «Niveaux de fond de méthane dans l’atmosphère de Mars»: fortes variations saisonnières. Science . 8 juin 2018.

Inge Loes ten Kate. «Molécules organiques sur Mars». Science . 8 juin 2018. (Pièce de perspective.)

Emily Lakdawalla. "Plus que vous ne vouliez probablement savoir sur l'instrument SAM de Curiosity." The Planetary Society. 30 novembre 2012.