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07/09/2012

Voyager, messager des hommes dans l'espace-temps

Il faut voyager 35 ans, à la vitesse de 20 kilomètres par seconde (soit 72 000 kilomètres par heure), pour atteindre les limites de notre système solaire, à 18,7 milliards de kilomètres de la Terre. Telle est la leçon que les hommes viennent d'apprendre, en constatant que la sonde interstellaire américaine Voyager-1 est entrée dans le monde des étoiles lointaines. Elle échappe définitivement, c'est-à-dire sans espoir de retour vers notre planète, à l'attraction de notre Soleil.

Depuis un siècle, les astronomes savent que notre galaxie, la Voie Lactée, est très grande. Et qu'elle n'est qu'un point brillant parmi des centaines de milliards d'autres, dans un Univers qui est bien plus immense encore. Dans la banlieue de notre Galaxie, se trouve une étoile jaune, assez banale mais autour de laquelle tournent huit planètes.

Notre Soleil nous éclaire, nous chauffe, permet à la Vie de s'épanouir sur Terre. Mais des question restaient sans réponse. Jusqu'où s'étend l'influence de ce Soleil ? Jusqu'où faut-il voyager pour ne plus sentir ni sa chaleur ni ses rayons ? A partir d'où serions-nous bousculés par les vents qui viennent des autres étoiles ? Voyager-1 vient d'y répondre.

 Le grand tour des planètes

 Voyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètesAvec ses 722 kilogrammes [Photo : NASA/JPL/CalTech], dont des caméras, des détecteurs divers, une grande antenne de télécommunications et trois mini-réacteurs nucléaires pour fournir de l'électricité, Voyager-1 (et sa sœur Voyager-2) est l'objet le plus lointain que les hommes aient lancé. Il a été envoyé dans l'espace par la NASA, l'agence spatiale américaine, le 5 septembre 1977. A ce moment-là, pour la plupart d'entre vous, jeunes lecteurs, vos parents n'étaient pas encore nés ou venaient juste de naître !

Sa mission initiale a été de survoler, pour la première fois, les deux grandes planètes du système solaire : Jupiter et Saturne. En passant, Voyager-1 a repéré les volcans actifs sur le satellite Io, la composition des anneaux de Saturne... Quelques mois plus tard, Voyager-2 a conduit les mêmes observations, avant de mettre le cap vers Uranus et Neptune. Ainsi, les deux sondes ont mené à bien la première grande reconnaissance du domaine solaire.

Les scientifiques et les ingénieurs de la NASA ont eu une autre idée en construisant ces engins : et s'ils étaient assez solides pour aller beaucoup, beaucoup plus loin ? Vers les étoiles, par exemple ? D'où leur nom : VoyagerVoyageur.

Un voyage sans retour, qui leur permettra de croiser le prochain système planétaire : dans 40 000 ans, Voyager-1 passera à 1,7 année-lumière d'une étoile dite naine rouge – appelée Gliese 445 – dans la constellation de la Girafe et proche de l'étoile Polaire. Quand je vous dis que l'espace est le domaine des très grands nombres...

Portrait de famille

 Voyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètes, PioneerLe 14 février 2004, Voyager-1 s'est retourné vers le Soleil et a pris, en quelques dizaines de clichés, le premier portrait de famille du système solaire vu de l'extérieur [Montage : Voyager/NASA/JPL]. A notre époque de haute définition en milliards de couleurs, j'admets que l'image n'est pas terrible, techniquement parlant. Pourtant, elle représente un véritable exploit : chaque point blanc ou gris est l'une des huit planètes.

Notre Terre, si grande à notre échelle, devient encore plus insignifiante que vue depuis la Lune. Et là où se trouve Voyager-1 aujourd'hui, même Jupiter, avec ses 142 000 kilomètres de diamètre, est pratiquement invisible...

Il faut dire que la puissance de l'émetteur radio de la sonde est minuscule : 2 watts... soit la puissance de votre téléphone portable ! Depuis 18,7 milliards de kilomètres de la Terre, son signal met plus de 33 heures et demi à nous parvenir. De plus, vous tous qui êtes habitués à internet à haut débit (20 Mo par seconde en moyenne), le débit de transmission sonde-Terre ressemble à celui d'un tam-tam préhistorique : entre 16 bits et 1,4 kilobits par seconde !

 Des voix dans le cosmos

 Voyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètesOn peut considérer Voyager-1 comme une sorte de bouteille à la mer cosmique. Certes, elle ne ressemble en rien à ces récipients que l'on trouve parfois sur une plage. Mais comme eux, elle est gardienne d'un message. Sur une de ses parois, est fixé un disque de 20 centimètres de diamètre, pouvant tourner à 16 tours un tiers par minute – il ressemble à un 33 tours, comme dans les collections de vos parents. Il est recouvert d'aluminium et d'or – d'où son nom : le Golden Record [Photos : NASA/JPL/CalTech] ou l'enregistrement en or – pour le protéger des poussières et des rayons cosmiques, qui pourraient l'endommager ou le détruire.

Sur une face, sont gravés des symboles – lisibles, on l'espère, par n'importe quel extraterrestre doué d'intelligence – expliquant comment mettre en marche le disVoyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètes, Pioneerpositif d'écoute. Sur l'autre face, des microsillons (rappelons que le CD ou le DVD étaient encore inconnus en 1977...) renferment des voix : celles de dizaines de chefs d’État prononçant des discours dans leur propre langue, de dizaines de personnes disant « Bonjour » dans leur langue. Il contient aussi des sons naturels de la Terre (le vent, le tonnerre, des trilles d'oiseaux, le chant des baleines...), ainsi que 115 images révélant les paysages et les civilisations de notre Terre. Tous ces éléments ont été choisis par le grand astronome Carl Sagan, qui a eu l'idée de cette étrange cargaison.

Voyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètes, PioneerIl n'en était pas à son coup d'essai. Les premières sondes interplanétaires, Pioneer-10 et 11, lancées en 1973 et 1974, transportent elles aussi un message sous forme de plaque, pour les éventuels extraterrestres qui pourraient les trouver dans l'océan cosmique [Images : Sagan/CalTech/NASA/JPL]. Il montre un couple, nu, résumant toutes les caractéristiques physiques des humains, avec la sonde à l'arrière-plan pour calculer notre taille. Le plan du système solaire montre que Pioneer est parti de la troisième planète en passant près de Jupiter. Enfin, des points de repère dans la Galaxie, qui symbolisent les étoiles à éclats – ou pulsars – visibles de partout, donnent la position du Soleil dans la Voie Lactée.Voyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètes, Pioneer

 La connaissance et le rêve

 Alors, me direz-vous, pourquoi tout cela est-il si important pour qu'on y consacre des milliards d'euros durant des dizaines d'années ?

D'abord parce que, depuis toujours, l'humanité se pose de multiples questions sur l'Univers qu'elle habite. Quelle est sa taille ? Comment s'est-il formé ? Quelles sont les forces naturelles qui le dirigent ? Comment s'est formé le système solaire ? Comment la Vie est-elle apparue sur Terre ? Y a-t-il des chances pour qu'elle existe ou ait existé sur d'autres planètes du système solaire ? Où débute le domaine des étoiles en dehors de notre système solaire ? Y a-t-il de la Vie ailleurs – y compris intelligente – sur d'autres planètes lointaines ?

Car au 6 août 2012, 777 exoplanètes ont été confirmées [Image : Observatoire de Paris], presqueVoyager, cosmos, espace, infini, planètes, NASA, Sagan, exoplanètes, Pioneer toutes de masse supérieure à la Terre – dont plusieurs théoriquement habitables –, dans 623 systèmes planétaires dont 105 à étoiles multiples. Et au moins 2 321 autres, repérées par le satellite astronomique Kepler, sont à confirmer. C'est dire l'importance et l'universalité de ce phénomène dans la Galaxie – et, partant, dans les centaines de milliards d'autres galaxies de l'Univers.

Et puis, vous ne pouvez pas supporter d'être séparés de vos parents, de vos copains. A l'échelle de l'humanité, c'est la même chose : elle veut savoir si elle est seule ou si un jour elle pourra converser avec une autre civilisation – loin des frissons inspirés par la science-fiction. D'où ces bouteilles à la mer, dont on ne connaîtra peut-être jamais le sort, mais qui sont devenues nos messagers dans l'immense cosmos.

 Un salut de paix, pour une Terre qui en a bien besoin.

PHILIPPE DAGNEAUX

28/03/2012

Antarctique – Le lac Vostok, un univers sous la glace (2)

 lac,vostok,antarctique,bactéries,vie,eau« Eau, tu n'as ni goût, ni odeur, ni arôme », écrivait Antoine de Saint-Exupéry, l'auteur du "Petit prince",  dans son merveilleux roman « Terre des hommes ». Il précisait : « Tu n'es pas nécessaire à la vie : tu es la vie ». Car sur notre Terre, et peut-être ailleurs dans l'Univers, l'eau est à la base même de la Vie. Elle seule permet, à notre connaissance, le mélange des éléments chimiques qui, du carbone à l'oxygène, ont provoqué la naissance et l'évolution des millions d'espèces, animales et végétales, qui peuplent notre planète.

 Alors, quel rapport avec le lac Vostok ? Cette eau, qui n'a eu aucun contact avec l'atmosphère terrestre depuis des dizaines de milliers d'années, constitue peut-être une oasis sous la glace. Non au sens saharien du terme (avec palmiers et chameaux), mais une oasis de vie, avec des espèces qui se seront développées, isolées des millions d'autres qui peuplent notre planète (*). Attention, pas la peine de rêver à des monstres, comme dans les livres de science-fiction ! Les scientifiques y découvriront certainement des bactéries, des êtres microscopiques unicellulaires – constitués d'une cellule et non de milliards comme nous.

 Comment le sait-on ? Avant de parvenir juste au-dessus de la surface du lac Vostok, leslac,vostok,antarctique,bactéries,vie,eau Russes ont analysé certaines des carottes. Ils y ont découvert des colonies de bactéries (en marron clair sur la photo), endormies dans la glace depuis plusieurs milliers ou centaines de milliers d'années.

Vous avez bien lu : endormies ! Contrairement à ce que l'on croit, ce n'est pas parce qu'un être biologique est coincé dans la glace qu'il meurt, du moins dans le monde des bactéries.

Cet état s'appelle la dormance d'une bactérie.

 

C'est si bon, le froid !

 Imaginez-vous en bactérie. Vous mangez, vous bougez, vous vous reproduisez... et tout-à-coup votre environnement change. Il fait très froid, l'eau qui vous entoure gèle peu à peu, menaçant l'eau de votre corps de se figer aussi. Et de vous tuer. Comme vous êtes un microbe extrêmophile – car vous adorez les conditions extrêmes –, vous produisez alors une sorte d'antigel, qui va empêcher ce gel. Et pour perdre le moins de substance possible, vous vous endormez. Oh, pas comme un ours qui va hiberner.

 La dormance est un état très particulier, qui vous permet de survivre alors que vous n'avez presque plus rien à manger et à boire, que la température glaciale vous interdit tout mouvement. Vous continuez à vivre, mais extrêmement lentement, au ralenti extrême.

 lac,vostok,antarctique,bactéries,vie,eauEn examinant de près ces microbes, les chercheurs ont découvert d'autres mécanismes de survie dans leur enveloppe. Chaque être vivant possède dans chacune de ses cellules un exemplaires de son ADN (photo), son code génétique, qui permet à la peau de se reconstruire après une blessure ou qui détermine la couleur des yeux. Ces bactéries sont sur-équipées, puisque chacune en possède 4 exemplaires ! De plus, elles entretiennent des mécanismes chimiques, qui réparent leur ADN automatiquement lorsqu'il est cassé par le froid. Un peu comme les lézards ou les salamandres, qui peuvent reconstruire une queue ou un membre lorsqu'il est coupé.

 

Vous avez dit extrêmophile ?

 lac,vostok,antarctique,bactéries,vie,eauDepuis une cinquantaine d'années, les scientifiques ont découvert des bactéries qui résistent à peu près à n'importe quoi, un peu partout sur la Terre. Le sel, la chaleur, l'acide, la sécheresse, l'altitude, les rayons ultra-violets, la profondeur, rien ne les fait mourir.

On a même découvert une espèce qui se prélasse littéralement dans l'eau refroidissant les réacteurs nucléaires, là où théoriquement les radiations sont si fortes qu'elles tuent toute vie. Elle s'appelle Deinococcus radiodurans (photo) et a même été surnommée "la bactérie la plus résistante au monde"... C'est dire !

Bienvenue dans le monde des extrêmophiles !

 Dans le lac Vostok, il fait presque chaud – oh, rien de bien tropical, juste un petit - 2,5°C en moyenne – par rapport à la surface. Mais même au-dessous du point de congélation (0°C), l'eau ne gèle pas. Non seulement à cause du mouvement du glacier au-dessus (lire l'article 1), mais parce qu'il est possible que des sources d'eau chaude percent le plancher de ce lac mystérieux – le même phénomène existe au fond de l'océan Atlantique, où des colonies de microbes, de poissons et de crabes vivent autour des « fumeurs noirs » (la vidéo ci-dessous montre ces remontées d'eau chaude gorgées d'acides et d'éléments nutritifs). De là à rêver que des espèces inconnues ont pu se développer dans ces eaux, il n'y a qu'un pas.

 Cette adaptation au froid extrême pose une autre question, plus fondamentale, sur l'origine de la Vie sur Terre. Les scientifiques ont longtemps considéré qu'il fallait un environnement aquatique chaud pour permettre aux premières cellules de se former, dans l'océan primordial, il y a plus de 3,5 milliards d'années.

Une nolac,vostok,antarctique,bactéries,vie,eauuvelle hypothèse, celle de la « Terre boule de neige » (photo : Université de Copenhague), a émergé ces dernières années. Elle pose que les êtres unicellulaires primitifs ont dû se battre très tôt contre des froids rigoureux, alors que la quasi-totalité de la Terre était prise dans les glaces. Des poches d'eau dans la glace leur ont donné les moyens de survivre, avant que le réchauffement climatique – vous voyez qu'il peut y en avoir de bons ! – les libère et permette leur essor partout sur notre planète.

 

Mais comment faire pour voir ces bactéries ?

 

(*) On estime à 1,4 million le nombre d'espèces vivant sur les continents et à plus de 10 millions celles réparties dans les océans. C'est cela, la biodiversité.

 

24/03/2012

Antarctique – Le lac Vostok, un univers sous la glace (1)

 Au pôle Sud de la Terre, se situe l'immense continent gelé de l'Antarctique. Sous la glace, sont cachés des vallées, des montagnes... et même des lacs ! Le plus grand d'entre eux, le lac Vostok (qui veut dire « orient » en russe), pourrait accueillir des formes de vie vieilles de plus de 10 000 ans...

 Les antarctique,lac,vostok,glace,pôle,sud,continent,carotte,russesRusses aiment le froid, c'est bien connu. En 1957, ils ont installé une base, nommée Vostok, sur le continent antarctique. Dans les années 70, ont débuté les recherches sur l'évolution du climat de la Terre – on commençait seulement à parler sérieusement de réchauffement. Il était donc intéressant de creuser la glace, pour en extraire ce que les chercheurs appellent des carottes – de longs tuyaux de glace (photo) – qui contiennent les archives de la Terre. En effet, plus on creuse profond, plus on remonte le temps.

 La carotte de plus de 3,5 km de long obtenue – en 40 ans – par les Russes nous renseigne en effet sur le climat de notre planète depuis plus de 400 000 ans : la glace renferme des bulles de gaz et des morceaux de cailloux, qui datent de cette époque lointaine. Les scientifiques peuvent les analyser, pour connaître la composition de l'atmosphère – en gaz carbonique, par exemple – ou celle des poussières.

 Oui, mais... Tout en creusant, les Russes se sont rendus compte soudain antarctique,lac,vostok,glace,pôle,sud,continent,carotte,russesqu'il existait quelque chose sous les 3 800 m de glace. Les recherches géologiques révélaient l'existence d'une énorme poche d'eau au contact entre la glace et le rocher. Et pas n'importe laquelle ! Une superficie de 14 000 km2 (plus de la moitié du Languedoc-Roussillon), une profondeur comprise entre 900 et 1 100 m, un volume de 5 400 km3.

Ils l'ont donc appelée lac Vostok (photo NASA-GSFC).

 De l'eau sous la glace

 Un lac d'eau douce sous la glace ? Comment est-ce possible ? Question bien légitime, quand on croit savoir que tout ce que touche la glace... gèle. Car c'est faux dans certaines circonstances. L'énorme couche glacée n'est pas fixe. Elle coule vers les bords du continent, à une vitesse de quelques dizaines de centimètres par an. En partant du pôle Sud, il lui faut environ 500 000 ans pour atteindre l'océan. C'est donc très lent.

 antarctique,lac,vostok,glace,pôle,sud,continent,carotte,russesMalgré tout, le frottement de la glace sur le rocher crée de la chaleur – comme lorsque vous frottez vos mains l'une contre l'autre pour les réchauffer –, en même temps que la chaleur issue des profondeurs de la Terre remonte vers la surface. De l'eau est produite. Il suffit que cette eau rencontre une vallée pour la remplir. C'est ainsi que semblent s'être formés le lac Vostok et les 140 lacs (connus jusqu'à présent) sous-glaciaires (bloc-diagramme : Nicolle Rager-Fuller, NSF).

 Petit problème de mathématiques : sachant que le continent antarctique s'est formé il y a 250 millions d'années et que la couche de glace a commencé à s'épaissir il y a 30 millions d'années, calculer l'âge de Vostok. Les scientifiques ont cru d'abord que le lac pesait bien au moins un million d'années. Mais des études récentes ont montré que les lacs sous-glaciaires étaient interconnectés et que l'eau passait de l'un à l'autre au fil du temps. Conclusion : l'eau n'est pas âgée de plus de 13 000 ans, donc contemporaine des premières cultures agricoles au Moyen-Orient.

 

Mais la question qui suit est infiniment plus passionnante : qu'y a-t-il dans cette eau ?