Encelade, lune de Saturne, avec son panache. Des jets cryovolcaniques glacés jaillissent dans l’espace à travers les fissures de la croûte de glace d’Encelade. Les grains de glace proviennent de l’océan global situé sous la couche de glace de quelques kilomètres d’épaisseur. Crédit : NASA/JPL-Caltech/SSI/Kevin M. Gill
Des chercheurs de l’université libre de Berlin ont découvert du phosphore dans l’océan souterrain d’Encelade, lune de Saturne.
La recherche de vie extraterrestre dans notre système solaire vient de faire un pas de géant. Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Frank Postberg, spécialiste des planètes à la Freie Universität Berlin, a découvert de nouvelles preuves que l’océan souterrain de la lune glacée de Saturne, Encelade, contient un élément essentiel à la vie. L’équipe de recherche internationale a utilisé les données de la mission spatiale Cassini pour détecter le phosphore sous forme de phosphates dans les particules de glace – provenant de l’océan global recouvert de glace de la lune – qui ont été éjectées dans l’espace par le panache cryo-volcanique de la lune. L’étude a été publiée dans la revue scientifique Nature le mercredi 14 juin 2023.
« Les modèles géochimiques précédents étaient divisés sur la question de savoir si l’océan d’Encelade contenait des quantités significatives de phosphates », explique le professeur Postberg. « Ces mesures de Cassini ne laissent aucun doute sur la présence de quantités substantielles de cette substance essentielle dans l’eau de l’océan. Le phosphore sous forme de phosphates est indispensable à toute vie sur Terre. Il est essentiel à la création de l’ADN et de l’ARN, des membranes cellulaires et de l’ATP (le transporteur d’énergie universel dans les cellules), par exemple. La vie telle que nous la connaissons n’existerait tout simplement pas sans phosphates.
« En déterminant des concentrations de phosphate aussi élevées, facilement disponibles dans l’océan d’Encelade, nous avons satisfait à ce qui est généralement considéré comme l’une des exigences les plus strictes pour déterminer si les corps célestes sont habitables », déclare Fabian Klenner, chercheur en début de carrière, qui s’est depuis installé à Seattle où il poursuit ses recherches à l’université de Washington. « La prochaine étape est claire : nous devons retourner sur Encelade pour voir si l’océan habitable est réellement habité », ajoute Nozair Khawaja, un planétologue originaire du Pakistan, aujourd’hui solidement établi à la Freie Universität Berlin.
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
Il y a quelques années, la sonde Cassini-Huygens, déployée par la NASA et l’ESA sur l’orbite de Saturne entre 2004 et 2017, a découvert l’océan d’eau liquide souterrain d’Encelade et analysé des échantillons dans un panache de grains de glace et de gaz qui s’échappent dans l’espace à partir de fissures dans la croûte glacée de la lune. Dans des études antérieures, l’équipe de Postberg avait déjà déterminé qu’Encelade abritait un « océan de soude » (riche en carbonates dissous) et contenait une grande variété de composés organiques réactifs et parfois complexes. Ils ont également trouvé des indications d’environnements hydrothermaux sur le plancher océanique.
Cependant, l’équipe de recherche de la Freie Universität Berlin n’a découvert que récemment des signatures indubitables de phosphates dans les données. Ce qui est crucial pour la biodisponibilité, c’est que les phosphates ne sont pas piégés dans des minéraux rocheux, mais dissous dans l’océan sous forme de sel. Les concentrations de phosphates ont été déterminées comme étant au moins 100 à 1 000 fois plus élevées que dans les océans de la Terre. Pour comprendre comment Encelade peut maintenir des concentrations de phosphate aussi élevées dans son océan, des expériences en laboratoire ont été menées en coopération avec une équipe de chercheurs situés au Japon (dirigée par le professeur Yasuhito Sekine) et aux États-Unis (Dr. Christopher R. Glein).
Représentation artistique de la sonde Cassini de la NASA lors de sa « grande finale » de 2017, au cours de laquelle la sonde a plongé plusieurs fois entre Saturne et ses anneaux avant de s’écraser délibérément dans l’atmosphère de la planète. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Nos expériences géochimiques et notre modélisation démontrent que ces concentrations élevées de phosphate résultent d’une solubilité accrue des minéraux phosphatés, pour laquelle les conditions spécifiques existent non seulement sur Encelade, mais plus généralement dans l’ensemble du système solaire externe », explique Postberg. « C’est une excellente nouvelle pour un certain nombre de mondes océaniques en dehors de Jupiter.
L’une des découvertes les plus importantes des vingt-cinq dernières années dans le domaine des sciences planétaires est que les mondes dotés d’océans sous une couche superficielle de glace sont fréquents dans notre système solaire. Ils contiennent beaucoup plus d’eau que tous les océans de la Terre réunis et comprennent les lunes glacées de Jupiter et de Saturne comme Ganymède, Titan et Encelade, ainsi que des corps célestes encore plus éloignés comme Pluton. Les planètes dotées d’océans de surface comme la Terre doivent résider dans une fourchette étroite de distances par rapport à leur étoile hôte (dans ce que l’on appelle la « zone habitable ») afin de maintenir des températures auxquelles l’eau ne s’évapore pas et ne gèle pas. En revanche, les mondes dotés d’un océan intérieur comme Encelade peuvent se trouver à des distances beaucoup plus grandes, ce qui augmente considérablement le nombre de mondes habitables susceptibles d’exister dans la galaxie.
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
Le professeur Frank Postberg, responsable des sciences planétaires et de la télédétection à l’Institut des sciences géologiques, a dirigé l’étude « Détection de phosphates provenant de l’océan d’Encelade », à laquelle ont participé six autres employés de la Freie Universität Berlin. En analysant les données de l’analyseur de poussières cosmiques de la sonde Cassini-Huygens, l’équipe a pu détecter des signatures claires de fortes concentrations de phosphates de sodium solubles dans l’eau (tels que Na2HPO4) dans des particules de glace provenant de l’océan d’Encelade. Cet océan était déjà considéré comme l’un des sites les plus probables pour l’émergence d’une vie extraterrestre dans le système solaire sur la base d’études antérieures, car il abrite une variété de composés organiques réactifs et parfois complexes, ainsi qu’une activité hydrothermale sur le plancher océanique entraînée par la dissipation des marées. Le phosphore était la pièce manquante du puzzle qui a permis de considérer l’océan d’Encelade comme un environnement habitable. Les capacités limitées de la sonde Cassini, lancée en 1997, n’ont toutefois pas encore permis de trouver de la vie sur Encelade. Les recherches se poursuivront lors des prochaines missions.