Impression d’artiste de la sonde Cassini traversant des panaches provenant du pôle sud d’Encelade, une lune de Saturne. Ces panaches ressemblent à des geysers et expulsent une combinaison de vapeur d’eau, de grains de glace, de sels, de méthane et d’autres molécules organiques. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Le phosphore, un élément chimique clé pour de nombreux processus biologiques, a été trouvé dans les grains de glace émis par la petite lune et est probablement abondant dans son océan souterrain.
Le phosphore, un élément essentiel à la vie, a été découvert dans des grains de glace émis par Encelade, une lune de Saturne, par la mission Cassini de la NASA. Cette première découverte dans un océan au-delà de la Terre laisse entrevoir la possibilité de conditions propices à la vie dans l’océan souterrain d’Encelade et peut-être dans d’autres mondes océaniques glacés. Toutefois, la présence de la vie reste à confirmer.
Grâce aux données recueillies par la mission Cassini de la NASA, une équipe internationale de scientifiques a découvert du phosphore – un élément chimique essentiel à la vie – enfermé dans des grains de glace riches en sel éjectés dans l’espace depuis Encelade.
On sait que la petite lune possède un océan souterrain, dont l’eau jaillit par des fissures dans la croûte glacée d’Encelade sous forme de geysers au pôle sud, créant ainsi un panache. Ce panache alimente ensuite en particules glacées l’anneau E de Saturne (un anneau peu lumineux situé à l’extérieur des anneaux principaux plus brillants).
Un panache spectaculaire projette de la glace et de la vapeur d’eau depuis la région polaire sud d’Encelade, une lune de Saturne. Cassini a observé ce panache pour la première fois lors de son survol de la lune glacée, le 17 février 2005. Crédits : NASA/JPL/Space Science Institute
Au cours de sa mission auprès de la géante gazeuse, de 2004 à 2017, Cassini a traversé le panache et l’anneau E à de nombreuses reprises. Les scientifiques ont découvert que les grains de glace d’Encelade contiennent une riche gamme de minéraux et de composés organiques – y compris les ingrédients des acides aminés – associés à la vie telle que nous la connaissons.
Le phosphore, le moins abondant des éléments essentiels aux processus biologiques, n’avait pas été détecté jusqu’à présent. Cet élément est un élément constitutif de l’ADN, qui forme les chromosomes et porte l’information génétique, et il est présent dans les os des mammifères, les membranes cellulaires et le plancton océanique. Le phosphore est également un élément fondamental des molécules porteuses d’énergie présentes dans toutes les formes de vie sur Terre. Sans lui, la vie ne serait pas possible.
Vu comme un arc lumineux dans cette observation de Cassini en 2006, l’anneau E de Saturne est alimenté par des particules glacées provenant du panache d’Encelade, créant des doigts de matière brillante qui sont rétro-éclairés par le Soleil. L’hémisphère ombragé de la lune est visible sous la forme d’un point sombre à l’intérieur de l’anneau. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute
« Nous avions déjà constaté que l’océan d’Encelade était riche en divers composés organiques », a déclaré Frank Postberg, spécialiste des planètes à la Freie Universität Berlin (Allemagne), qui a dirigé la nouvelle étude, publiée le 14 juin dans la revue Nature. « Mais aujourd’hui, ce nouveau résultat révèle la signature chimique claire de quantités substantielles de sels de phosphore à l’intérieur de particules glacées éjectées dans l’espace par le panache de la petite lune. C’est la première fois que cet élément essentiel est découvert dans un océan au-delà de la Terre ».
Des analyses antérieures des grains de glace d’Encelade ont révélé des concentrations de sodium, de potassium, de chlore et de composés contenant des carbonates, et la modélisation informatique suggère que l’océan souterrain est d’une alcalinité modérée – autant de facteurs qui favorisent des conditions habitables.
Sommaire
Encelade et au-delà
Pour cette dernière étude, les auteurs ont accédé aux données par l’intermédiaire du système de données planétaires de la NASA, une archive à long terme de produits de données numériques provenant des missions planétaires de l’agence. Ces archives sont gérées activement par des scientifiques spécialistes des planètes afin de garantir leur utilité et leur utilisation par la communauté mondiale des sciences planétaires.
Les auteurs se sont concentrés sur les données collectées par l’instrument Cosmic Dust Analyzer de Cassini lorsqu’il a échantillonné des particules de glace provenant d’Encelade dans l’anneau E de Saturne. Beaucoup plus de particules de glace ont été analysées lorsque Cassini a traversé l’anneau E que lorsqu’elle n’a traversé que le panache, de sorte que les scientifiques ont pu examiner un nombre beaucoup plus important de signaux de composition à cet endroit. Ils ont ainsi découvert de fortes concentrations de phosphates de sodium – des molécules de sodium, d’oxygène, d’hydrogène et de phosphore liées chimiquement – à l’intérieur de certains de ces grains.
Lors d’un survol en 2005, la sonde Cassini de la NASA a pris des images haute résolution d’Encelade qui ont été combinées pour former cette mosaïque. On y voit les longues fissures au pôle sud de la lune qui permettent à l’eau de l’océan souterrain de s’échapper dans l’espace. Crédit : NASA/JPL/Space Science Institute
Des coauteurs européens et japonais ont ensuite réalisé des expériences en laboratoire pour montrer que l’océan d’Encelade contient du phosphore, lié à différentes formes de phosphate solubles dans l’eau, à des concentrations au moins 100 fois supérieures à celles des océans de notre planète. Une modélisation géochimique plus poussée réalisée par l’équipe a démontré qu’une abondance de phosphate pourrait également être possible dans d’autres mondes océaniques glacés du système solaire externe, en particulier ceux qui se sont formés à partir de glace primordiale contenant du dioxyde de carbone, et où l’eau liquide a facilement accès aux roches.
« Les fortes concentrations de phosphate résultent des interactions entre l’eau liquide riche en carbonate et les minéraux rocheux du fond océanique d’Encelade et pourraient également se produire sur un certain nombre d’autres mondes océaniques », a déclaré le cochercheur Christopher Glein, planétologue et géochimiste au Southwest Research Institute de San Antonio, au Texas. « Cet ingrédient clé pourrait être suffisamment abondant pour permettre la vie dans l’océan d’Encelade ; il s’agit d’une découverte stupéfiante pour l’astrobiologie.
Bien que l’équipe scientifique soit enthousiaste à l’idée qu’Encelade possède les éléments constitutifs de la vie, M. Glein souligne que la vie n’a pas été trouvée sur la lune – ou ailleurs dans le système solaire au-delà de la Terre : « Il est nécessaire d’avoir les ingrédients, mais ils peuvent ne pas être suffisants pour qu’un environnement extraterrestre puisse accueillir la vie ». La question de savoir si la vie a pu naître dans l’océan d’Encelade reste ouverte ».
La mission de Cassini s’est achevée en 2017, la sonde ayant brûlé dans l’atmosphère de Saturne, mais le trésor de données qu’elle a recueilli restera une ressource précieuse pour les décennies à venir. Lors de son lancement, Cassini avait pour mission d’explorer Saturne, ses anneaux et ses lunes. La panoplie d’instruments de cette mission phare a permis de faire des découvertes qui continuent d’avoir un impact sur bien d’autres domaines que la science planétaire.
« Cette dernière découverte de phosphore dans l’océan souterrain d’Encelade a ouvert la voie au potentiel d’habitabilité des autres mondes océaniques glacés du système solaire », a déclaré Linda Spilker, responsable du projet Cassini au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, qui n’a pas participé à l’étude. « Maintenant que nous savons que de nombreux ingrédients nécessaires à la vie existent, la question se pose : Y a-t-il de la vie au-delà de la Terre, peut-être dans notre propre système solaire ? Je pense que l’héritage durable de Cassini inspirera les futures missions qui pourraient, à terme, répondre à cette question.
Pour en savoir plus sur cette découverte :
Référence : « Detection of phosphates originating from Enceladus’s ocean » par Frank Postberg, Yasuhito Sekine, Fabian Klenner, Christopher R. Glein, Zenghui Zou, Bernd Abel, Kento Furuya, Jon K. Hillier, Nozair Khawaja, Sascha Kempf, Lenz Noelle, Takuya Saito, Juergen Schmidt, Takazo Shibuya, Ralf Srama et Shuya Tan, 14 juin 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05987-9
En savoir plus sur la mission
La mission Cassini-Huygens était un projet coopératif de la NASA, de l’ESA (Agence spatiale européenne) et de l’Agence spatiale italienne. Le JPL, une division du Caltech à Pasadena, en Californie, a géré la mission pour le Science Mission Directorate de la NASA à Washington. Le JPL a conçu, développé et assemblé l’orbiteur Cassini.