Les comètes ont-elles ramené la vie sur Terre ?

Nous, les humains, avons une étrange relation avec les comètes. Historiquement, ils étaient considérés comme des signes avant-coureurs de choses terribles à venir, et même aujourd’hui, nous les décrivons dans des films détruisant des villes et menaçant l’humanité.

Mais cette idée persiste comètes En tant que signe avant-coureur de la destruction, ce n’est pas tout.

Plusieurs lignes de recherche scientifique soutiennent la théorie selon laquelle les comètes ont joué un rôle vital dans la création de la vie sur Terre.

Regardez le ciel nocturne, et si vous avez un ciel sombre, vous ne verrez rien d’autre qu’une noirceur sombre entre les étoiles.

Nous aimons penser à l’espace comme une vaste étendue de vide, de néant.

Mais le fait est que l’espace interstellaire contient une énorme quantité de gaz et de poussière, et cette substance est la clé pour comprendre pourquoi les comètes fascinent les astrobiologistes qui étudient l’origine de la vie.

« Les comètes sont des collections de particules de poussière interstellaires », explique le Dr Richard Mathis de l’Université de Californie à Berkeley.

« Ce n’est pas le genre de poussière que vous trouvez dans votre maison lorsque vous secouez un drap ou quelque chose comme ça. Ce sont des particules de poussière relativement propres qui sont des agglomérations de petites particules comme le dioxyde de carbone, l’eau, l’ammoniac et les hydrocarbures. »

Les astronomes savent depuis des années que ces molécules peuvent être trouvées dans l’espace, et il a également été compris que les irradier pourrait produire des acides aminés, connus comme les « éléments constitutifs de la vie ».

« La vraie question est que se passe-t-il ensuite? » dit Mattis.

Plus précisément, Mathis et ses collègues de Berkeley et de l’Université d’Hawaï, Manoa, voulaient savoir ce qui était nécessaire pour créer des polymères – des chaînes d’acides aminés.

« La base de la vie est la formation de polymères de fusion », explique Matiz.

« C’est la base des peptides et des protéines, c’est la structure de base des acides nucléiques (ARN et ADN) et c’est la structure de base des sucres.

« Vous prenez des molécules simples et vous faites différentes combinaisons de chaînes linéaires et cela vous donne un moyen de générer une énorme complexité moléculaire. »

Pour explorer ce qui pourrait faire les polymères, l’équipe a entrepris de recréer l’environnement trouvé dans l’espace interstellaire à l’aide d’une chambre à vide.

À l’intérieur de la chambre, l’équipe a placé un petit disque d’argent d’environ deux centimètres de diamètre et de quelques millimètres d’épaisseur.

Cet argent sera la surface sur laquelle l’équipe pourra reproduire la même chimie que l’on pense se produire sur les particules de poussière interstellaires – et c’est ici qu’ils rechercheront les secrets de la formation des polymères.

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Avec de l’air pompé hors de la chambre pour simuler le vide de l’espace, la pièce d’argent a été refroidie à environ 260°C.

Ensuite, un mélange de composants connus pour être présents dans les particules de poussière interstellaires a été pompé dans la chambre sous forme gazeuse : ce mélange comprenait du méthane et de l’éthane (hydrocarbures), ainsi que de l’ammoniac et du dioxyde de carbone.

« Il fait si froid que le gaz se condense très rapidement sur l’argent et forme un film – la somme de toutes ces choses », explique Mathis.

« C’est comme de la vapeur d’eau qui se condense sur une fenêtre en hiver et forme un film de glace. C’est exactement ce qui se passe. »

Mais le film ne fait que simuler ce qui se trouve dans les particules de poussière elles-mêmes. Pour terminer l’expérience, l’équipe avait besoin d’autre chose.

Dans l’espace, la poussière sera bombardée de particules à haute énergie appelées particules galactiques rayons cosmiques.

Mathis explique que ceux-ci jouent un rôle important dans les interactions qui ont lieu sur les particules de poussière.

« Lorsque le dioxyde de carbone, l’ammoniac, l’eau et les hydrocarbures sont explosés par les rayons cosmiques galactiques, ils sont activés et peuvent former de nouvelles molécules », dit-il.

Pour recréer ce bombardement intense, l’équipe a tiré des électrons sur l’échantillon de glace, puis l’a analysé pour voir ce qui en était fait. Le résultat était excellent.

« Ce que nous avons montré, c’est qu’une fois que les acides aminés sont fabriqués dans ces glaces, une irradiation continue avec des rayons cosmiques galactiques conduit également à la formation de polymères simples – la première étape de l’évolution de molécules plus complexes », explique Mathis.

Dans l’espace, ces particules complexes peuvent trouver leur chemin vers les comètes lorsque les particules de poussière s’agglutinent, et finalement, pense-t-on, vers les comètes qui auraient pu éventuellement entrer en collision avec la jeune Terre.

Alors que les travaux de Mathis et de ses collègues brossent un tableau saisissant des interactions qui se produisent probablement sur les particules de poussière interstellaires, l’idée d’une comète s’écraser sur la Terre suscitera sans aucun doute des images terrifiantes d’Armageddon pour beaucoup.

Mais dans le passé lointain de notre planète, ces violentes collisions ont peut-être été à l’origine d’une chimie plus intéressante.

Le Dr Nir Goldman du Lawrence Livermore National Laboratory et le professeur Isaac Tamblyn de l’Institut de technologie de l’Université de l’Ontario examinent les réactions qui ont pu se produire dans le noyau de la comète lorsqu’elle a frappé la Terre.

« Les comètes contiennent beaucoup de matières premières qui peuvent être utiles pour la chimie prébiotique – la chimie des éléments constitutifs de la vie – et l’impact contient beaucoup d’énergie », explique Goldman.

Cette énergie peut entraîner des modifications chimiques.

« Les prébiotiques, comme les acides aminés, par exemple, ont des barrières énergétiques relativement élevées à leur formation. Si les choses se passent de la bonne manière, cette matière première reçoit suffisamment d’énergie pour franchir ces barrières. Vous commencez par des choses très simples, puis l’événement percutant porte c’est un cran plus haut en complexité.

Le même impact crée une onde de pression incroyablement puissante à l’intérieur de la comète, entraînant des températures et des pressions inhabituellement élevées.

Cependant, la gravité des conditions pendant la collision dépend en grande partie de l’angle auquel la comète frappe, dit Goldman, et cela a des implications importantes pour la chimie qui s’y produit.

Que se passerait-il si une comète heurtait une planète ?

« Si une comète avait un impact direct sur une planète, des températures très élevées pourraient en résulter [around 10,000°C] pressions, et il n’est pas clair qu’une chimie intéressante puisse se produire parce que les conditions sont si extrêmes », explique Goldman.

« Maintenant, si la comète arrivait à un angle moins profond, disons 20 degrés, les conditions seraient beaucoup plus tendues. La température pourrait être supérieure à 3 000 degrés Celsius, tandis que la pression serait de l’ordre de 300 000 fois supérieure à la pression atmosphérique normale. pression.

« C’est très chaud et très compressé, ce qui améliore l’interaction, mais pas si chaud que tout soit effacé. »

Avec l’aide d’un supercalculateur, Goldman et Tamblyn ont pu modéliser les réactions chimiques qui ont conduit une comète à traverser des températures et des contraintes d’écrasement aussi extrêmes.

« [Our simulations] Je me suis concentré sur un grain de glace au plus profond de la comète », explique Goldman.

Des modèles informatiques ont montré que de nombreuses substances biologiquement importantes peuvent se former lors de la perturbation des impacts de comètes.

« Nous voyons des choses comme des précurseurs d’acides aminés, et des acides aminés et des composés aromatiques comme des structures d’anneaux de carbone, qui sont des anneaux très stables de molécules de carbone », explique Goldman.

Peut-être que les résultats des simulations de Goldman et Tamblyn sont plus intéressants lorsqu’ils sont considérés dans le contexte de ce qui se passait dans le chaos du système solaire primitif.

« Il y a eu des périodes de bombardements intenses au cours desquelles des milliards de tonnes de matière organique auraient pu atteindre la Terre primitive chaque année », explique Goldman.

« C’est une chose vraiment cool à contempler car la matière cométaire est susceptible de frapper la Terre sous toutes sortes d’angles différents – produisant une variété de pressions et de températures d’impact – ce qui peut finalement produire une énorme quantité de différents types de chimie. »

Pourtant, malgré tout ce que nous avons découvert sur la chimie des comètes, la question de savoir comment la vie elle-même est née sur Terre persiste.

« Il y a un énorme fossé dans nos connaissances », déclare l’astrobiologiste Dr Louisa Preston.

« Nous obtenons la chimie et nous obtenons ce dont la vie a besoin, mais à quel moment êtes-vous devenu biologie? »

Sur cette question, tout comme les comètes aux confins du système solaire, nous pourrions être dans le noir pendant un certain temps encore.

Cet article a été initialement publié dans le numéro de novembre 2013 de BBC Sky la nuit Magazine.