https://bodybydarwin.com
Slider Image

Ces robots chauds nous aideront à trouver la vie sur des lunes glacées

2021

Les lunes en orbite autour de Jupiter et de Saturne sont loin de la chaleur du soleil. La plupart n’ont pas d’atmosphère et beaucoup sont recouverts d’une épaisse couche de glace recouvrant des kilomètres. Ils sont également notre meilleur choix pour trouver la vie dans notre propre système solaire. De vastes océans se trouvent sous la croûte gelée, et les agences spatiales aux États-Unis et au-delà travaillent fort aux robots qui les visiteront un jour.

"Dans le passé, nous avions supposé qu'il y avait cette zone de Goldilocks entre Vénus et Mars où l'on trouverait de l'eau liquide, et… c'était le seul endroit du système solaire où l'on retrouverait la vie", déclare Hari Nayar, chef d'un groupe de robotique Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, mais Europa et la lune saturnienne Enceladus semblent avoir les ingrédients essentiels de la vie: beaucoup d’eau liquide, de la nourriture et de l’énergie provenant des bouches d’évacuation en eau profonde.

Cette vie, si elle existe, ne sera pas facile à atteindre. On le trouve très probablement en train de nager en profondeur sous la surface d'océans extraterrestres glaciaux. Mais une fois qu'un vaisseau spatial se dirigera vers le système solaire extérieur et parviendra à atterrir sur Europa ou Encelade, il sera toujours bien au-dessus de ces eaux. Les sondes robotiques devront s’enfoncer dans la glace en s’enfouissant dans un environnement presque aussi froid que l’azote liquide.

Il y a différentes façons de percer cette forteresse glacée. La NASA a récemment annoncé qu'elle testait de nouveaux prototypes pour des robots explorant les mondes glacés, y compris une sonde qui découperait la glace et réchaufferait les copeaux dans ses entrailles grillées. Des chercheurs allemands développent un robot capable de faire fondre la glace sur son passage. Et ce ne sont pas les seules idées.

Les ingénieurs à l'origine de ces robots ne seront pas satisfaits d'une sonde qui creusera tout simplement vers le bas. Leurs créations devront naviguer et renvoyer des échantillons à la surface, au-dessus d'un tunnel pendant des mois ou plus. Voici comment ces sondes intrépides s'attaqueront au monde de la glace et chercheront la vie.

Ce qui se trouve en dessous

S'il y a de la vie sur Europa ou Enceladus, ce sera microscopique. "Il n’ya probablement pas de baleines, d’encornets géants, ni même de petits vers tubulaires ou quelque chose du genre ici, explique Cynthia Phillips, géologue planétaire au Jet Propulsion Laboratory. Nous pensons qu’il n’ya pas assez d’énergie pour mener une vie multicellulaire."

Mais les orifices de ventilation situés sur le fond de la mer seraient un foyer prometteur pour les microbes extraterrestres (et constituent le même type d’écosystème où la vie sur Terre aurait pu démarrer). Et peu importe où se trouvent ces évents, s’ils abritent de la vie, les traces de cette vie auront parcouru bien longtemps.

"Dans l'océan de la Terre, si vous prenez un mètre cube d'eau dans l'océan, il contient [probablement] du matériel génétique de la plupart des organismes sur Terre", déclare Brian Wilcox, ingénieur en aérospatiale à le laboratoire de propulsion par jet. Il en va de même pour les mers d'Europe ou d'Encelade. Ainsi, lorsque nos sondes atteindront enfin la mer, les gouttes d’eau qu’elles captureront seront éclairantes.

«Si vous avez assez d'instruments capables de trouver des substances à de très faibles concentrations, vous êtes pratiquement assuré de trouver des molécules biologiques, le cas échéant», déclare Wilcox.

Cependant, cela impose certaines limites aux sondes que nous pouvons envoyer. Étant donné que, par définition, le robot recherche la vie, il doit respecter des règles strictes pour éviter la présence de microbes terrestres. Avant de toucher le sol, il sera stérilisé à des températures telles que rien ne pourrait plus survivre, pas même l'électronique moderne. La NASA envisage des sondes reposant sur de simples moteurs en graphite et en cuivre, comme ceux inventés au 19ème siècle. "Vous pouvez fabriquer un moteur du type utilisé il y a 120 ans. Tout ce que nous aurons aujourd'hui résoudra ce qui a survécu, a déclaré Wilcox.

Un atterrisseur peut être épargné ce nettoyage le plus dur, car il ne touchera jamais l'océan. C’est donc là que réside l’électronique qui contrôle réellement la sonde et analyse l’eau qu’elle recueille. "La sonde ressemble à une marionnette au bout d'une ficelle et elle n'a aucune intelligence en soi, déclare Wilcox." Nous devons mettre la protection planétaire au centre de nos préoccupations, car c'est le plus dur de tous les problèmes. "

Trancher et couper en dés

Sur Terre, nous explorons la glace épaisse dans des endroits tels que l'Antarctique et le Groenland en utilisant des forets ou des sondes qui s'enfoncent de plus en plus profondes en chauffant la glace qui les entoure jusqu'à ce qu'elle fonde.

Cela ne fonctionnera pas sur les lunes de Jupiter et de Saturne. «Il est presque impossible [de penser] que nous pourrions livrer du matériel de forage à une lune glacée», a déclaré Bernd Dachwald, professeur d'ingénierie astronautique à l'Université des sciences appliquées d'Aix-la-Chapelle, en Allemagne.

Et la glace est à des centaines de degrés en dessous de zéro. "Cela évacuerait toute cette chaleur, " dit Nayar. La sonde que lui-même, Wilcox et leurs collègues ont en tête, garde sa chaleur à l’intérieur, là où elle ne peut pas fuir.

La sonde utilise une scie à métaux rotative pour fendre la glace et un tourne-pieu pour s’enfoncer plus profondément dans le trou. La sonde peut diriger en coupant plus profondément dans la glace d’un côté que de l’autre. Les copeaux de glace, quant à eux, sont jetés dans le corps isolé de la sonde pour être fondus. "Le corps entier de la sonde est essentiellement une bouteille à vide, tout comme une bouteille thermos qui garderait votre boisson au chaud toute la journée, déclare Wilcox.

La chaleur viendra du plutonium (le type qui alimente le rover Curiosity et les autres engins spatiaux, pas celui utilisé pour fabriquer des armes nucléaires). La plus grande partie de l'eau fondue sera pompée à l'arrière. Mais la sonde peut également collecter des échantillons d'eau dans de minuscules bidons et les renvoyer à la surface à travers un tube d'aluminium à l'intérieur de son attache.

Une fois que l’eau fondue aura retrouvé de la glace, elle bloquera cette attache en place. Cela signifie que la sonde devra porter son propre câble au lieu de la tirer de la surface. Cela signifie également que la sonde ne peut pas être ramenée à la surface. «C’est une autre raison pour laquelle il doit être absolument stérilisé sans l'ombre d'un doute, car il sera stocké là-bas pour toujours», explique Wilcox.

Faire comme une taupe

Une autre sonde destinée aux mondes gelés est la IceMole, développée pour le projet Enceladus Explorer de l’Agence spatiale allemande (DLR). À environ 6 mètres de long, il n’est pas aussi petit que son homonyme poilu, bien que ses concepteurs prévoient de rendre les générations futures plus courtes et plus légères. Ils ont déjà testé ses prouesses fouisseuses en Antarctique et dans d’autres régions glacées.

IceMole est principalement une sonde de fusion, ce qui signifie qu’elle se réchauffera à travers la glace. Cela prend beaucoup d’énergie, aussi la sonde tirerait-elle probablement son énergie d’un générateur nucléaire de la taille d’un réfrigérateur en surface. Cependant, la taupe mécanique est également équipée d'une vis à glace. «Cette force presse fermement la tête en fusion contre la glace, de sorte que vous gardez toujours un très bon contact thermique», déclare Dachwald, qui a passé des années à concevoir et à perfectionner la sonde.

Un problème avec les sondes de fusion régulières est que la poussière ou le sable incrusté dans la glace peut couler au fond de l'eau fondue devant le robot et s'accumuler. Finalement, la sonde est confrontée à un bouchon de boue qu’elle ne peut pas chauffer et reste bloquée. IceMole éviterait cette catastrophe car sa vis à glace pourrait la faire glisser à travers une glace sale. Ses concepteurs ont testé la sonde dans la glace riche en sols et en sédiments du lac Hoare en Antarctique — Ice Mole a ralenti, mais cela ne s’est pas arrêté. La vis à glace pratique est également creuse, ce qui permet d’en extraire des échantillons.

Comme le robot proposé par la NASA, IceMole peut changer de cap. En dirigeant plus de chaleur sur un côté de la tête de fusion, IceMole peut être forcé dans une courbe. «Ils ne sont pas aussi bons qu'une vraie taupe, mais nous avons un rayon de braquage d'environ 10 mètres et cela devrait être suffisant pour éviter les grands obstacles», explique Dachwald.

Il utilisera différents instruments pour naviguer et peut même fondre vers le haut. Cela signifie que, peut-être, IceMole pourrait remonter à la surface.

Un environnement hostile

Europa et Enceladus ne sont pas des lieux accueillants, même en dehors du froid rigoureux. Les robots qui sillonnent la surface vont supporter le poids de ces conditions extrêmes.

D'une part, ils seront trop éloignés du soleil pour pouvoir compter sur l'énergie solaire. Et la glace peut ne pas être facile à conduire. On pense que Europa et Encelade projettent des panaches de vapeur d'eau qui gèlent et tombent au sol sous forme de minuscules grains. «Ce matériau se comporterait comme des dunes de sable dans le désert qui ne se lieraient pas et qui pourraient donc couler facilement», explique Nayar, dont l’équipe conçoit un véhicule léger qui ressemble à un buggy.

Europa reçoit une radiation du champ magnétique de Jupiter qui tuerait un être humain non protégé en 10 minutes. Ce n'est pas si bon pour les robots non plus. "La surface est fondamentalement simplement pilonnée avec des particules chargées de radiations qui seraient très dommageables pour tout type d’engin spatial de surface, déclare Phillips.

Tous les robots au sol auront besoin d'un blindage pour se protéger de cet assaut. Cela pourrait ne pas sembler un problème pour les sondes situées loin en dessous, à l’abri de la glace. Mais ils continueront à utiliser du matériel en surface, qui devra durer pendant que les sondes pénètrent lentement dans des kilomètres de glace.

Et la glace elle-même présentera ses propres essais. Ce ne sera probablement pas simplement de l'eau pure. "Le problème est que nous ne savons pas quelle sera la composition réelle de ce matériau, a déclaré Nayar. Un robot pourrait être amené à contourner des rochers ou des crevasses, ou à faire face à des produits chimiques corrosifs tels que l'acide sulfurique.

«Avoir quelque chose qui fonctionne pendant plusieurs mois, voire plusieurs années, à travers la glace, dans un environnement inconnu et le moindre échec peut entraîner la perte de la mission, c'est un défi», déclare Dachwald.

La NASA peut envoyer des sondes pour des tests sur le terrain dans des endroits tels que l'Antarctique ou le Groenland afin de s'assurer qu'elles sont à la hauteur. Mais comparés à Europa ou à Enceladus, ces étendues de glace sont une piste de promenade. Les ingénieurs devront imiter certaines des conditions les plus dures du monde glacé du laboratoire, en utilisant des chambres spéciales à froid et à vide et des lits de glace extrêmement froide.

Malgré les tracas, voyager à travers la glace a ses avantages. Une sonde ne peut pas facilement se fondre dans le roc solide. «Nous voulons réellement faire fondre la glace, car il est si facile de manipuler de l'eau liquide», déclare Wilcox.

Et tous les échantillons que la sonde recueille au cours de ses déplacements seront faciles à filtrer. «Quelque part, comme Mars ou la Lune, où il s’agit vraiment d’un échantillon rocheux, vous devez… décomposer le roc pour pouvoir en étudier le contenu», explique Phillips. Les échantillons glacés peuvent simplement être chauffés. «C’est un moyen facile de séparer la glace des matériaux autres que de la glace.»

Mûr pour l'exploration

Aussi tentants qu'Europa et Enceladus soient, nous ne devons pas limiter nos explorations à ces deux lunes. Il existe de nombreux corps potentiellement aqueux au-delà de la Terre - Mars, les gros astéroïdes, Pluton et d’autres lunes comme Titan de Saturne ou les lunes joviennes Ganymède et Callisto. "Il existe des dizaines de mondes dans le système solaire externe où vous pouvez utiliser une architecture très similaire, a déclaré Phillips.

Les mêmes types d'atterrisseurs, de rovers et, éventuellement, de sondes peuvent amener tous ces mondes à notre portée. On ne sait toujours pas exactement à quoi ressemblera cette technologie. «Nous n'avons pas de solution éprouvée qui soit meilleure que toutes les autres solutions», explique Nayar. «C’est un environnement très différent de tous les autres où nous sommes allés.»

Nous en apprendrons davantage sur ces mondes lointains à mesure que de nouvelles informations nous parviendront de missions telles que Cassini et le futur Europa Clipper. Cela facilitera la conception des sondes qui plongeront un jour sous leurs surfaces de glace.

Il faudra plusieurs années avant que ces robots ne se posent sur Europa ou Enceladus; une sonde vers Europa ne devrait probablement pas être lancée avant 2028. Mais cela ne signifie pas que des sondes spatiales ne peuvent pas aider plus près de chez nous - nous pouvons faire beaucoup de recherches sur la glace. ici même sur Terre. «Ce serait un peu triste d’investir de l’argent dans des démonstrations techniques sans aucune science», déclare Dachwald. Son équipe et lui-même ont déjà utilisé IceMole pour prélever des bactéries à Blood Falls, en Antarctique, où un réservoir de saumure englacial est rempli de bactéries mal connues, isolées du monde extérieur depuis plus d'un million d'années.

Et nous aurons beaucoup d'autres occasions de tester la valeur de l'espace d'une sonde et de la mettre au travail en même temps. Sous les plaques de glace de l'Antarctique, il y a encore des lacs à explorer. Nous ne savons toujours pas jusqu'où la vie s'étend jusqu'à la glace ou comment elle peut survivre dans ces régions sauvages gelées. "Si nous voulons savoir si la vie peut exister dans la glace sur d'autres planètes et lunes, nous devons connaître les conditions de naissance ... sur Terre pour la vie dans la glace", dit Dachwald.

Comment garder vos vieilles vidéos, votre musique et vos photos en toute sécurité

Comment garder vos vieilles vidéos, votre musique et vos photos en toute sécurité

Les tornades sont un peu différentes quand elles se produisent au soleil

Les tornades sont un peu différentes quand elles se produisent au soleil

Comment savoir si vos règles abondantes sont le signe d'un trouble de la coagulation

Comment savoir si vos règles abondantes sont le signe d'un trouble de la coagulation