La vie dans l`Univers - Sciences et techniques

SOMMAIRE
1
Titre du document + date Arial 8 Æ à modifier dans le masque (Affichage/Masque/Masque des diapositives)
LESIA
Observatoire de Paris
Thérèse Encrenaz
SOMMAIRE
La vie dans l’Univers :
50 ans d’exploration spatiale
2
La recherche de la vie dans l’Univers
Quelles formes de vie et comment les chercher?
Chimie prébiotique dans le milieu interstellaire et les
comètes
Les niches dans le système solaire
ÊMars
ÊLes satellites extérieurs
La matière extraterrestre
La vie dans les exoplanètes?
Conclusions et perspectives
Titre du document + date Arial 8 Æ à modifier dans le masque (Affichage/Masque/Masque des diapositives)
Une quête aussi vieille que l’humanité
Antiquité: Epicure (341-270 av. JC) croyait
en une infinité de mondes
L’ère de Copernic: G. Bruno,
Galilée, Huygens évoquent la possibilité de
multiples systèmes stellaires
… et plus récemment :
Fontenelle, Kant, Laplace,
Flammarion soutiennent le concept
de la pluralité des mondes
3
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
La vie dans l’Univers: L’approche scientifique
• Le concept d’une chimie prébiotique:
– Oparine (1920), Miller & Urey (1952)
– > synthèse en laboratoire
d’acides aminés
• Une définition du vivant:
• autoreproduction,
• autorégulation,
• évolution par mutation
L’apparition de la vie sur Terre:
une question ouverte
- apport externe de molécules prébiotiques?
- apparition au fond des océans?
Eléments nécessaires:
eau liquide, carbone, source d’énergie
4
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
H2O liquide
Comment rechercher une
vie extraterrestre?
Les diagnostics possibles:
-la chiralité: la matière vivante privilégie la chiralité L
(excès L aussi observé dans les météorites)
En laboratoire: synthèse d’amino-acides avec excès
de chiralité L dans des échantillons irradiés par un
flux UV polarisé -> origine interstellaire possible de
l’homochiralité biologique observée sur Terre
-les rapports isotopiques: -
12C/13C
= 89 sur la
Terre, 91 pour la matière vivante
- D/H dans l’eau > diagnostic de l’origine de l’eau
terrestre
5
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Expérience UV/CPL sur SOLEIL/DESIRS
De Marcellus et al. 2011
Du nouveau dans le milieu interstellaire:
Après ISO, Herschel
• ISO (ESA, 1995-97): L’eau
est présente partout dans
l’Univers !
• Herschel (ESA, 2009 ->):
Composition chimique des
régions de formation stellaire
Ceccarelli et al. 2010 Programme clé
HIFI/CHESS
<CH3OH
> HDO
6
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Les comètes: des objets primitifs
1986: Halley
Giotto (ESA), Vega (URSS/CNES)
H2O, CO2, hydrocarbures
-> analogie avec le MIS
IKS-Vega 2.5 – 5.0 μm
Combes et al. 1986
1997: Hale-Bopp
ISO (ESA)
Halley, Hale-Bopp:
D/H = 2 x [D/H]T
< H2O 2.66 μm
Crovisier et al. 1997, ISO-SWS
2009: Hartley 2 Herschel/HIFI (ESA):
D/H = [D/H]T Hartogh et al. 2011 >
–> D’où vient l’eau de la Terre
(comètes, astéroïdes?)
7
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Les niches dans le système solaire : (1)
• Une question ancienne…Mars
• En 1879, Schiaparelli croit
détecter sur Mars des « canaux »,
signes d’une vie intelligente
(hypothèse démentie par les
observations d’Antoniadi en
1930)
Les canaux de Schiaparelli…
… et les images d’Antoniadi
• Une exploration spatiale
soutenue depuis les années
1970: Mariner 9, Viking… (NASA)
8
Réseau
de vallées ramifiées sur Mars
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
L’eau a probablement coulé sur
Mars dans le passé
- Quand? Combien de temps?
- La vie a-t-elle pu apparaître et se
développer?
- Si oui, avons-nous une chance
de trouver des traces fossiles?
Une histoire de l’eau sur Mars
OMEGA/Mars Express (ESA)
• Mise en évidence d’argiles dans les terrains les plus
anciens
• Mise en évidence
de sulfates dans les
terrains chaotiques et
les vallées de débâcle
(plus récents)
Argiles dans Marwth Vallis, Bibring et al.06 >
¾ L’eau a coulé de manière abondante au début de l’histoire
de Mars (avant -3.7 Ga) puis ensuite de manière épisodique
¾ Si la vie a existé sur Mars, il faut la chercher dans les
terrains les plus anciens (les plus cratérisés)
9
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
(2) Les satellites extérieurs
Europe: un océan probable sous la
surface : Voyager, Galileo (NASA)
2011: un lac en subsurface?
<B. Schmidt et al.2011
Encelade: un cryovolcanisme
actif, source de l’anneau E de Saturne :
Cassini (NASA, ESA)
L’anneau E
vu par Herschel/HIFI
dans la raie 557 GHz
de H2O (ESA)
Hartogh et al. 2011
10
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Titan:
une Terre primitive?
• Une atmosphère proche de celle de la
Terre :
N2, Ps= 1.5 bar
• Des molécules prébiotiques
dans l’atmosphère
Voyager (NASA)
ISO (ESA)
Cassini/Huygens
Tomasko et al. 2005
(ESA/NASA)
INMS- Cravens et al. 2006
11
Stofan et al. 2007
ISO-SWS
Coustenis
et al 1997
Images de la Recherche Scientifique
Spatiale Française
– 12 décembre 2011
•Des ions lourds complexes dans l’ionosphère Cassini/INMS (NASA/ESA) •Des lacs de méthane et d’hydrocarbures Cassini/radar (NASA/ESA) La matière extraterrestre (1)
Les météorites
– Origine: astéroïdes (+Mars, Lune)
– Murchison: chondrite carbonée
(plus de 70 acides aminés, dont
ceux présents dans les
organismes vivants)
– Les météorites martiennes:
silicates hydratés
– > datation
Murchison
ALHA 77005
(météorite
martienne)
Les micro-météorites
12
Images de la Recherche
© Scientifique
J. DupratSpatiale Française – 12 décembre 2011
- Origine: comètes
- Composition: primitive
(chondrites carbonées)
- A l’origine de l’atmosphère
et de l’eau terrestre ?
La matière extraterrestre (2)
Les collectes de poussières
interplanétaires
Particule de
Brownlee
(collecte
stratosphérique,
NASA)
– Avions stratosphériques (NASA)
• Agrégats poreux chondritiques
– Station MIR : COMET 95-99
(Russie/CNES)
Les expériences d’irradiation:
‐ Exposition d’acides aminés
‐ EXPOSE‐E & R/ISS(ESA), EXOBIO/MIR,BIOPAN/FOTON
‐ Altération d’une météorite artificielle STONE/FOTON (Russie, CNES)
EXOBIO/MIR
Cottin et al. 2009 >
< STONE/FOTON
Foucher et al. 2010
v
13
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
La matière extraterrestre (3)
L’analyse in situ d’échantillons planétaires
et cométaires (solides, gaz)
– Spectro X/γ, GCMS
-> composition chimique élémentaire
– Missions martiennes (NASA)
Viking, Pathfinder, MERs, Curiosity >
– Huygens/Titan (ESA/NASA)
Les retours d’échantillons
Echantillons lunaires -> datation du syst.sol.
Stardust (NASA) : comète Wild 2, 2004 - 2006):
origine
origine de la matière cométaire; découverte de la
glycine
Hayabusa (JAXA)
14
Itokawa:
Itokawa >
astéroïde
de type S
< Particule de Stardust (forstérite)
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
La révolution des exoplanètes
• XXème siècle: recherches
vaines par astrométrie
• 1992: première détection de
planètes autour d’un pulsar
• 1995: première détection
d’une planète autour d’une
étoile de type solaire par
vélocimétrie
Fin 2011: > 700 détections
Mayor et Queloz, 1995
Tel.193, OHP
Une grande surprise:
de nombreuses exoplanètes géantes
sont très proches de leur étoile
> Le scénario de formation du
système solaire n’est pas universel!
15
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Un mécanisme possible: la migration
Dans le système solaire,
les planètes géantes se
forment à l’extérieur (plus
de masse solide
disponible -> noyaux de
glace de > 10 MT
-> Capture du gaz
Dans les systèmes planétaires, les
planètes géantes peuvent se former
à l’extérieur et migrer à l’intérieur par
interaction avec le disque
Une migration modérée est
intervenue dans le système solaire
(Jupiter s’approchant jusqu’à l’orbite
de Mars) Walsh et al. 2011
16
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
© G. Bryden, JPL
A la recherche des exoterres:
La mission spatiale COROT Lancée par le CNES en 2006
(télescope de 27cm+
Caméras CCD)
Objectif: Recherche des
exoplanètes par transit
+ oscillations stellaires
Fin 2011: découverte
de > 25 exoplanètes +
des dizaines de candidats
(à confirmer par vélocimétrie)
17
Le successeur de CoRoT:
Kepler (NASA, 2009)
-> des centaines d’objets
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Un objet
exotique:
CoRoT-7b
(R = 1.7 RT,
P < 1 jour)
De la détection à la
caractérisation
Analyse des transits (primaires et
secondaires)
-> spectroscopie des atmosphères
Transit secondaire
Swain et al 2009
Transit primaire
Swain et al 2008
18
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Données: HST, Spitzer,
télescopes sol
Comment rechercher la vie dans les
exoplanètes?
La zone habitable: Température compatible avec
l’eau liquide (T = 250 -320 K)
CO2
Vénus
Terre
La recherche de bio-signatures:
O3 + (H2O, CO2) @ 6 – 20 μm
19
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
H2O
O3
H 2O
Mars
Hanel et al. 1992
Les projets du futur:
(1) Le système solaire
2012+ : Poursuite EXPOSE/ISS
2014 : Le survol de 67 P/C-G
par la sonde Rosetta (ESA)
2014+ : Hayabusa 2 – MASCOT
collecte d’échantillons
d’astéroïde C (JAXA/DLR)
2016-2018 : ExoMars (ESA/NASA)
Orbiter + Rover
2022 : Juice/JGO (candidat L1/ESA)
exploration du système de Jupiter
2024 : MarcoPolo-R (candidat M3/ESA)
collecte d’échantillons d’astéroïde C
Orbite Rosetta
Horizon 2025-2030 :
Rover ExoMars
Hayabusa 2 - MASCOT
Mars Sample Return (NASA/ESA)
retour d’échantillons martiens
-
Juice/JGO
20
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
Les projets du futur:
(2) Au delà du système solaire
Chimie prébiotique
dans le MIS:
SPICA (ESA, JAXA)
(en attente de décision)
SPICA
Caractérisation des exoplanètes:
2018+ : JWST/NIRSPEC,MIRI (NASA,ESA)
2024 : PLATO, EChO : détection & spectroscopie
des exoplanètes par transit (candidats M3/ESA)
A plus long terme : Imagerie & spectroscopie
par coronographie ou interférométrie
EChO
(concepts à l’étude au CNES & à l’ESA)
JWST
21
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011
PLATO
MIRI
En conclusion…
Quelques priorités :
L’exploitation scientifique des missions en
cours
-Cassini, Rosetta, Mars Express, Herschel, CoRoT…
Les observations au sol en complément des
données spatiales
- Suivi des candidats CoRoT par vélocimétrie
- Observation des comètes et du milieu interstellaire avec
l’IRAM et ALMA
ALMA
Les expériences de laboratoire en support
aux missions spatiales
- Origine de l’homochiralité biologique
- Simulation des aérosols de Titan
L’histoire dynamique du système solaire et
des systèmes planétaires par simulation
Expérience SETUP
Gazeau et al. 2009
numérique
La recherche de la vie dans l’Univers :
Au delà de l’astronomie, un enjeu majeur pour la prochaine décennie…
22
Images de la Recherche Scientifique Spatiale Française – 12 décembre 2011