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Exobiologie : l'échelle CoLD
par Elisabeth Landau, NASA HQ Un nouveau cadre d'évaluation Comment comprendre l'importance des nouveaux résultats scientifiques liés à la recherche de la vie ? Quand serons-nous capables de dire : "oui, on a trouvé une vie extraterrestre ?" Dans un article publié dans la revue "Nature" (en PDF) le 27 octobre 2021, l'équipe de James L. Green, responsable scientifique au siège de la NASA à Washington encourage la communauté scientifique à établir un nouveau cadre afin de fournir un contexte standardisé pour les découvertes liées à la recherche de la vie. Les auteurs proposent de créer une échelle d'évaluation et de combinaison de différents éléments de preuve afin de pouvoir finalement répondre à la question ultime : sommes-nous seuls dans l'univers ? Green et son équipe proposent un exemple d'échelle à utiliser comme point de départ pour les discussions entre tous les utilisateurs, comme les scientifiques et les communicants. Cette échelle d'évaluation est fondée sur des décennies d'expériences en exobiologie (ou astrobiologie), un domaine qui explore les origines de la vie sur Terre et les possibilités de la vie ailleurs dans l'univers. Selon Green, "Avoir une telle échelle nous aide à comprendre où nous sommes en termes de recherche de vie dans des endroits particuliers, et en termes de capacités de missions et de technologies qui nous aident dans cette quête." L'échelle contient sept échelons ou niveaux, reflétant l'escalier sinueux et compliqué des marches qui conduiraient les scientifiques à déclarer qu'ils ont découvert une vie en dehors de la Terre. À titre d'analogie, Green et ses collègues se réfèrent à l'échelle TRL de niveau de préparation technologique (Technology Readiness Levels), un système utilisé par la NASA pour évaluer dans quelle mesure un vaisseau spatial ou une technologie est prête à voler. Le long de ce spectre, des technologies de pointes telles que l'hélicoptère Mars Ingenuity commence comme des idées et se développent sous forme de composants rigoureusement testés au cours de missions spatiales historiques. Les auteurs espèrent qu'à l'avenir les scientifiques noteront dans les études publiées comment leurs nouveaux résultats en exobiologie s'intègrent dans une telle échelle. Les journalistes pourraient également se reporter à ce type de cadre pour définir les attentes du public dans les articles décrivant les nouveaux résultats scientifiques afin que les petits pas ne semblent pas être des pas de géants. Selon Mary Voytek, responsable du programme d'astrobiologie au siège de la NASA à Washington et coauteur de l'étude, "Jusqu'à présent, nous avons fait croire au public qu'il n'y avait que deux options : c'est de la vie ou ce n'est pas de la vie. Nous avons besoin d'un meilleur moyen pour partager l'enthousiasme de nos découvertes et démontrer comment chaque découverte s'appuie sur la suivante, afin que nous emportions le public et les autres scientifiques dans le voyage."
Elisabeth Landau souligne que c'est excitant chaque fois qu'un rover ou un orbiteur apporte la preuve que de l'eau a déjà coulé sur Mars. Chaque nouvelle découverte nous montre que le climat passé de Mars était similaire à celui de la Terre et que la planète Rouge aurait pu autrefois abriter la vie. Mais cela ne signifie pas nécessairement qu'une forme de vie y ait jamais vécue, ou que quoi que ce soit y vit maintenant. Les découvertes d'exoplanètes rocheuses en orbite autour d'autres étoiles, en particulier celles qui pourraient abriter de l'eau liquide à leur surface - celles situées dans la zone habitable -, sont tout aussi alléchantes, mais ne prouvent pas en elles-mêmes qu'il existe de la vie ailleurs que sur la Terre. Alors, comment placer ces observations dans leur contexte ? Toute science est un processus consistant à poser des questions, à formuler des hypothèses, à développer de nouvelles méthodes pour rechercher des indices et à exclure toute explication alternative. Toute détection individuelle peut ne pas être entièrement expliquée par un processus biologique et doit être confirmée par des mesures de suivi et des études indépendantes. Parfois, il y a des incidents avec les instruments eux-mêmes. D'autres fois, les expériences ne découvrent rien du tout, mais fournissent toujours des informations précieuses sur ce qui ne fonctionne pas ou sur les endroits où ne pas chercher. L'exobiologie n'est pas différente. Cette science enquête sur certaines des questions les plus profondes que chacun peut se poser concernant nos origines et notre place dans l'univers. À mesure que les scientifiques rassemblent de nouveaux signes associés à la vie dans divers environnements terrestres, ils peuvent créer et améliorer les technologies nécessaires pour trouver des signes similaires ailleurs. Bien que les détails de l'échelle CoLD (Confidence of Life Detection ou confiance de la détection de la vie) évoluent à mesure que les intervenants s'appliquent, l'article de Green et ses collègues offre un point de départ pour la discussion. Voici comment fonctionne cette échelle. L'échelle CoLD Au premier échelon de l'échelle CoLD, le "niveau 1", les scientifiques rapporteraient des indices d'une signature de la vie, telle qu'une molécule biologiquement pertinente. Un exemple serait une mesure d'une molécule découverte sur Mars potentiellement liée à la vie. En passant au "niveau 2", les scientifiques s'assureraient que la détection n'est pas influencée par des instruments ayant été contaminés sur Terre. Au "niveau 3", ils montreraient comment ce signal biologique fut découvert dans un environnement analogue, tel qu'un ancien lit de lac sur Terre similaire au site d'atterrissage du rover Perseverance de la NASA dans le cratère Jezero. Pour ajouter des preuves au milieu de l'échelle, les scientifiques compléteraient ces détections initiales par des informations sur la capacité de l'environnement à soutenir la vie et excluraient les sources non biologiques. Pour Mars en particulier, les échantillons ramenés par les prochaines missions spatiales pourraient permettre ce genre de progrès. Le rover Perseverance collectera et stockera des échantillons qui seront ramenés sur Terre par la future mission spatiale Mars Sample Return organisée conjointement par la NASA et l'ESA prévue en théorie vers 2026-2027 mais plus vraisemblablement après 2030. Étant donné que différentes équipes de chercheurs auront la possibilité de vérifier indépendamment les éventuels indices de vie dans les échantillons martiens avec différents instruments, la combinaison de leurs preuves pourrait atteindre le "niveau 6". Mais dans cet exemple, pour atteindre le "niveau 7", la norme selon laquelle les scientifiques pourraient avoir détecté de la vie sur Mars, une mission supplémentaire dans une autre région de Mars peut être nécessaire. Selon les auteurs, "Atteindre les plus hauts niveaux de confiance nécessitent la participation active de la communauté scientifique au sens large." Cette échelle s'appliquerait également aux découvertes au-delà du système solaire. Les exoplanètes, c'est-à-dire des planètes situées en dehors du système solaire, sont théoriquement plus nombreuses que les quelque 300 milliards d'étoiles de la Voie Lactée. Mais les petites exoplanètes rocheuses sont plus difficiles à étudier à distance que les géantes gazeuses. Les futures missions et technologies sont prévues pour analyser les atmosphères des exoplanètes de la taille de la Terre, ayant des températures similaires à celles de notre planète et recevant des quantités suffisantes de lumière de leur étoile pour supporter la vie telle que nous l'entendons. Le télescope spatial James Webb de la NASA qui sera lancé le 18 décembre 2021 représente la prochaine grande avancée dans ce domaine. Mais il faudra probablement un télescope encore plus sensible pour détecter la combinaison de molécules indiquant la présence de vie. Détecter de l'oxygène dans l'atmosphère d'une exoplanète serait une étape importante dans le processus de recherche de la vie. Nous associons l'oxygène à la vie car il est fabriqué par les plantes et nous le respirons. Mais il existe également des processus géologiques qui produisent de l'oxygène, ce n'est donc pas une preuve en soi de la vie. Pour écarter l'origine géologique, les chercheurs doivent monter dans l'échelle CoLD et démontrer que l'émission d'oxygène n'est pas contaminée par la lumière réfléchie par la Terre(c'est une analyse spectrale) et étudier la chimie de l'atmosphère de l'exoplanète pour écarter l'origine géologique. Des preuves supplémentaires d'un environnement favorable à la vie, tel qu'un océan, renforcent l'hypothèse selon laquelle cette exoplanète hypothétique est habitée. Les exobiologistes qui étudient les exoplanètes sont impatients de trouver à la fois de l'oxygène et du méthane, une combinaison de gaz présents dans l'atmosphère terrestre indiquant la présence de la vie. Du fait que ces gaz conduiraient à des réactions qui s'annulent à moins qu'il y ait des sources biologiques, trouver les deux gaz seraient une étape clé de "niveau 4". Pour atteindre le "niveau 5", les astronomes auraient besoin d'une seconde détection indépendante d'une trace de vie, comme des images globales de l'exoplanète avec des couleurs suggérant l'existence de forêts ou d'algues. Les scientifiques auraient besoin de télescopes supplémentaires ou d'observations à plus long terme pour être sûrs d'avoir découvert de la vie sur cette exoplanète. Les auteurs de l'étude soulignent que l'échelle ne doit pas être considérée comme une course vers le sommet. L'échelle souligne l'importance du travail de base réalisé par de nombreuses missions de la NASA qui n'ont pas directement détecté des signes biologiques, notamment par la caractérisation des environnements extraterrestres. Les futures missions spatiales telles que Europa Clipper, un orbiteur qui explorera la lune glacée Europe de Jupiter, et Dragonfly (libellule), un octocoptère qui explorera la lune Titan de Saturne, fourniront des informations vitales sur les environnements dans lesquels une certaine forme de vie pourrait un jour être découverte. Selon Voytek, "Avec chaque mesure, nous en apprenons davantage sur les processus planétaires biologiques et non biologiques. La recherche de la vie au-delà de la Terre nécessite une large participation de la communauté scientifique et de nombreux types d'observations et d'expériences. Ensemble, nous pouvons être plus forts dans nos efforts pour rechercher des indices indiquant que nous ne sommes pas seuls." Texte traduit par T.Lombry, LUXORION.
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