La récente découverte du biomarqueur phosphine dans l'atmosphère de Vénus a suscité de nombreuses controverses - y a-t-il de la vie là-bas ? Tout n'est pas encore clair avec cela. Mais il est clair que Roscosmos apprend à utiliser HYIP à des fins de relations publiques: la société d'État a déjà proposé de prélever un échantillon de la substance de cette planète. Pour ce faire, elle abandonnera le projet commun avec la NASA "Venus-D" ("D" signifie "Longue vie") et le remplacera par "la sienne". Mais y a-t-il une raison à une telle ruée ? De quoi parle réellement la phosphine dans les nuages de la deuxième planète ? Et, plus important encore, la Russie s'occupera-t-elle de prélever des échantillons là-bas ? Essayons de le comprendre.
Qu'ont-ils trouvé
Selon un travail scientifique publié dans Nature Astronomy, la phosphine, un gaz de formule PH3, a été découverte sur Vénus à des altitudes de 50-60 km. Sa concentration était faible, seulement 20 parties par milliard, légèrement supérieure à celle du méthane sur Mars, mais il est très difficile de contester le fait même de l'enregistrement.
Les médias - cette fois très correctement - ont écrit qu'il s'agissait d'un signe de vie très probable. Cela vaut la peine de comprendre pourquoi. Premièrement, la phosphine est très réactive. En conséquence, il se décompose à des températures élevées en phosphore pur et en hydrogène, dont il est composé. Deuxièmement, après cela, le phosphore, dans les conditions des nuages vénusiens, devrait simplement tomber, là où, notons-le, il n'y a pas d'hydrogène - c'est-à-dire qu'à partir des endroits où il a été remarqué par les télescopes terrestres, la phosphine devrait constamment disparaître. Troisièmement, et surtout, sur Terre, ce gaz ne s'est formé que d'une seule manière avant l'apparition de l'homme - en raison de l'activité de bactéries anaérobies.
Malheureusement, ce gaz est si rare même sur Terre qu'il est difficile de savoir quelles bactéries le produisent. Cependant, le fait que dans notre pays, il soit principalement biogénique est un fait, puisqu'il apparaît littéralement à chaque décharge ou à n'importe quel gros tas de fumier. Là et là, les microbes anaérobies (bactéries et, dans une moindre mesure, archées) se multiplient rapidement, mais aucun processus inorganique capable de générer un tel composé ne s'y rend.
Est-il possible en principe de produire de la phosphine de manière non biogénique ? Oui, bien sûr: par exemple, il en existe des traces dans l'atmosphère de Jupiter. Mais les calculs montrent que pour l'obtenir sans la participation des êtres vivants, avec leurs processus catalytiques complexes, une énorme quantité d'énergie est nécessaire.
Dans le cas de Jupiter, on voit bien d'où il peut provenir: la phosphine y monte des entrailles de la planète, où les températures se mesurent en milliers de degrés, ce qui permet au phosphore de réagir avec l'hydrogène, ce qui est très fréquent chez les géantes gazeuses. De ce fait, c'est de la phosphine qui se forme inévitablement. Mais Vénus est beaucoup plus froide qu'à l'intérieur de Jupiter, et surtout, il n'y a presque pas d'hydrogène libre dans son atmosphère.
Purement théoriquement, la phosphine sur Vénus peut être émise par les volcans (bien que cela ne se produise pas sur Terre à une échelle notable). Cependant, les auteurs des travaux de Nature Astronomy notent à juste titre que l'échelle requise des éruptions devrait être des centaines de fois supérieure à celle de la Terre. Et cela si nous partons des évaluations les plus optimistes de la capacité de survie de la phosphine dans l'atmosphère de la deuxième planète. Mais Vénus n'a aucune trace d'activité volcanique actuelle des centaines de fois supérieure à celle de la Terre. De plus, dans les basses couches de son atmosphère, la phosphine, en raison de la température élevée, doit se désintégrer en une heure, c'est-à-dire presque immédiatement après les éruptions.
Pour cette raison, dès 2019, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (États-Unis), dans leurs travaux dans la revue Astrobiology, ont suggéré de rechercher la phosphine sur les exoplanètes terrestres comme signe de la présence de vie là-bas. C'est sur ses traces que s'est organisée l'analyse des spectres de l'atmosphère vénusienne - et ce gaz y a été trouvé.
Mais qu'en est-il des « conditions infernales sur Vénus », où « il ne peut rien y avoir de vivant » ?
Le lecteur a le droit de douter. L'école dit que sur Vénus +462 ° C Celsius, c'est-à-dire plus chaud que le point de fusion du plomb. Et la pression est 93 fois plus élevée qu'à la surface de la Terre - si vous y mettez un cube de pin, il sera comprimé deux fois, sur Terre la même pression est de 930 mètres sous l'eau. Quel genre de vie peut exister dans de telles conditions ?
Cependant, il n'y a pas de paradoxe ici. Le fait est qu'à une altitude de 50 à 60 kilomètres, Vénus, comme les sondes soviétiques l'ont établi il y a un demi-siècle, a des conditions de température approximativement terrestres: par exemple, à 55 kilomètres, il fait invariablement 21 degrés Celsius. Jour et nuit, hiver et été - bon en raison de la densité de l'atmosphère vénusienne, il n'y a tout simplement pas de fluctuations de température saisonnières et quotidiennes. La pression à 55 kilomètres est égale à la moitié de la pression terrestre au niveau de la mer - ou la même que la nôtre à 5,5 kilomètres. C'est tout à fait acceptable pour les microbes terrestres, et même certains grimpeurs, après une longue adaptation, sont tout à fait capables de fonctionner à cette pression.
C'est à cause des températures et des pressions à peu près terrestres que les nuages de Vénus ont longtemps été suggérés comme zone possible de colonisation. Le fait est que, du point de vue de la santé des colons, la présence d'une gravité décente sur eux est considérée comme la principale ressource des autres planètes. Sinon, il faut soit des centrifugeuses pour augmenter la gravité pendant le sommeil, soit de l'humilité devant les processus de dégradation des tissus osseux et musculaires des personnes qui y vivent. Le niveau de gravité vénusien est de 90,4% de celui de la Terre, et à cet égard, nous ne trouverons pas le meilleur objet pour la colonisation dans ce système.
En même temps, contrairement à Mars, à 55 kilomètres d'altitude, les colons n'auront besoin ni de chauffage ni de refroidissement: il suffira de maintenir des ballons avec leurs villes « aéronautiques » à la même altitude. Le niveau d'éclairement solaire à 55 kilomètres est même légèrement supérieur à celui du terrestre, c'est-à-dire que dans des galeries transparentes au "dos" des dirigeables géants, il sera tout à fait possible de faire pousser des plantes terrestres. À une altitude de 100 kilomètres, il y a une couche d'ozone, bien que beaucoup plus mince que la terre.
Bien sûr, à 55 kilomètres, le niveau de rayonnement ultraviolet est supérieur à "notre" norme, mais le verre ordinaire le bloque facilement à des valeurs inférieures à la terre. Bien que la deuxième planète n'ait pas de champ magnétique sérieux, le niveau de rayonnement cosmique y est assez faible: après tout, l'atmosphère, comme sur Terre, absorbe efficacement les rayons cosmiques. En général, comme le note Jeffrey Landis de la NASA: « L'atmosphère de Vénus est l'environnement le plus semblable à la Terre dans le système solaire (après la Terre) ».
D'ailleurs, quand on dit "ballon", cela ne veut pas du tout dire qu'une telle colonisation nécessiterait des gaz légers spéciaux qui sont utilisés pour remplir les ballons sur Terre. En fait, cela ne nécessite même pas de ballon au sens habituel du terme.
Le fait est que l'air terrestre ordinaire est beaucoup plus léger que vénusien - du dioxyde de carbone presque pur. Dès lors, un simple confinement, rempli d'air banal, flottera dans l'atmosphère de Vénus. Et en présence d'un réacteur atomique compact et/ou de centrales en galeries transparentes, les colons pourront toujours puiser de l'oxygène à partir de l'enveloppe gazeuse de dioxyde de carbone de la deuxième planète entourant la colonie-ballon.
Les employés de la NASA déclarent qu'un confinement sphérique d'un kilomètre de long sur Vénus aura une force de levage de 0,7 million de tonnes - assez pour soutenir une grande colonie. Le ballon de deux kilomètres soulèvera déjà environ six millions de tonnes.
La dernière objection demeure: les nuages vénusiens contiennent des gouttelettes d'acide sulfurique. Cela corrodera-t-il la structure d'une telle colonie ? Cette question a été répondue il y a longtemps par les ingénieurs soviétiques. En 1985, les ballons qu'ils ont créés ont exploré avec succès la couche nuageuse de Vénus et, en même temps, leur coque était constituée d'une fine couche de téflon ordinaire.
Puis, pour la première fois dans l'histoire des terriens, deux ballons ont pu explorer un autre corps céleste pendant quelques jours d'affilée, après avoir parcouru onze mille kilomètres au-dessus de lui, avant de descendre (suivant le plan) à la surface de la planète. Au cours du processus, ils ont sensiblement clarifié nos idées sur la couche nuageuse de la planète et ont également découvert la présence de forts orages sur Vénus.
Soit dit en passant, aujourd'hui - 45 ans plus tard - l'humanité n'a pas été en mesure de répéter l'exploit soviétique. Pas une seule fois depuis les années 1980, un ballon, un avion ou un avion de type hélicoptère n'a pu explorer une autre planète. Ce n'est que dans les années à venir qu'un drone miniature du rover américain pourra commencer des vols expérimentaux de trois minutes sur Mars.
En fait, les missions soviétiques ont montré que toute personne portant une combinaison en téflon avec un appareil à oxygène peut marcher à la surface d'une colonie de ballons sans aucune combinaison spatiale - mais sur Mars et la Lune, comme nous l'avons déjà écrit, la nécessité de telles combinaisons spatiales est très grand et difficile, problème en cours de résolution.
D'où vient la vie ?
Donc, en principe, la phosphine sur la deuxième planète peut vraiment être un produit de l'activité vitale des bactéries anaérobies - du moins, la science d'aujourd'hui ne connaît pas les processus non biogéniques qui pourraient la former là-bas. Mais une autre question se pose: d'où viennent de tels micro-organismes sur Vénus ?
Bien sûr, il serait tentant de supposer que les terriens eux-mêmes les ont apportés. Un certain nombre de véhicules de descente soviétiques - et les mêmes ballons - ont été désinfectés, ce qui, comme on le sait aujourd'hui, est insuffisant pour tuer les bactéries terrestres et les archées les plus tenaces. Mais c'est assez douteux: de nombreux microbes anaérobies supportent mal l'air saturé en oxygène, d'où leur présence dans les ateliers de montage de NPO im. Lavochkin "à l'époque soviétique semble peu probable.
Il y a une explication beaucoup plus simple. En 2016, il est devenu clair qu'à un stade précoce de l'histoire du système solaire, Vénus pourrait être nettement plus propice à l'émergence de la vie que la Terre. Après tout, une journée sur la deuxième planète de notre système est 243 fois plus longue que les journées terrestres actuelles - et c'est un facteur de refroidissement extrêmement puissant du climat planétaire.
La longue nuit signifie que bien plus que sur Terre, une partie de la chaleur reçue des rayons du soleil sera réémise dans l'espace sous forme de rayonnement infrarouge. Autrement dit, bien que Vénus reçoive près d'une fois et demie plus d'énergie solaire que notre planète, mais avec la composition terrestre de l'atmosphère, elle aurait une température moyenne égale à la nôtre.
De plus, il y a 0, 7-2, 9 milliards d'années, cette température aurait dû être encore légèrement inférieure à celle de la Terre d'aujourd'hui - à peu près la même que la nôtre il y a 15 000 ans, c'est-à-dire environ plus 11 degrés Celsius. Selon les calculs de chercheurs américains et suédois, à cette époque, les océans et les mers couvraient jusqu'à 60% de la surface de la deuxième planète et l'atmosphère était principalement composée d'azote - comme sur la Terre primitive. Selon certains chercheurs, on ne peut exclure que c'est sur Vénus que la vie est apparue pour la première fois dans le système solaire.
Mais comment pourrait-elle survivre là-bas ?
Comme vous le savez, au cours des dernières centaines de millions d'années, des éruptions géantes ont commencé sur Vénus, qui a émis d'énormes quantités de dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Il a élevé la température au-dessus de plus de 450 degrés Celsius, en conséquence, les océans et les mers de la planète ont été perdus depuis longtemps et sa surface n'est plus adaptée à la vie terrestre. Il s'avère que même si cette planète était le foyer ancestral de la vie dans notre système, elle devrait maintenant devenir morte. Même des conditions relativement favorables dans la couche nuageuse n'aideront pas: après tout, la vie ne peut pas planer dans les nuages pendant des centaines de millions d'années d'affilée. Ou peut-il encore l'être ?
Un groupe dirigé par Sara Seager, l'une des auteurs d'un récent travail sur la phosphine de Vénus, a tenté de répondre à cette question dans une autre publication. Avec ses co-auteurs, elle s'est tournée vers les résultats d'une étude de la tropo- et de la stratosphère de la Terre et a découvert qu'il y avait des microbes jusqu'à une altitude de dizaines de kilomètres, et jusqu'à la partie supérieure de la troposphère - où la température et la pression sont beaucoup plus basses que dans les nuages vénusiens - ils conservent une activité métabolique. Ils n'y ont pas trouvé de traces de division, mais il faut comprendre qu'il est extrêmement difficile d'étudier les organismes unicellulaires dans de telles conditions, donc une telle division (reproduction) ne peut en aucun cas être exclue.
Mais le problème est que les nuages de Vénus sont composés majoritairement d'acide sulfurique (pas moins de 85%). Il y a aussi de la vapeur d'eau là-bas, mais à une concentration de 40-200 ppm, ce qui est extrêmement faible. Disons que sur Terre, l'air le plus sec se trouve dans l'Atacama - mais même là, l'humidité relative est de 2 % et dans les nuages de Vénus de 0,07 %. Dans de telles conditions, l'eau, en principe, peut encore être concentrée en quantités formellement suffisantes pour la survie - en gouttes d'acide sulfurique, constituant une impureté qui ne dépasse pas 15 %. De plus, dans ces gouttes, les molécules d'eau sont en quelque sorte « attachées » à des molécules d'acide sulfurique, et donc leur utilisation pour une éventuelle vie locale est difficile.
Et pourtant, il est impossible de nier la possibilité de l'existence de la vie même dans de telles conditions. Premièrement, du sulfure d'hydrogène et du dioxyde de soufre ont été trouvés il y a longtemps dans les nuages de Vénus, qui réagissent les uns avec les autres. Et donc, à proprement parler, ils ne peuvent exister sans réapprovisionnement externe dû à des réactions chimiques inhabituelles. Du sulfure de carbonyle (O = C = S) y a également été trouvé.
Sur Terre, ce composé est un biomarqueur clair, en modifiant les traces dans l'atmosphère, les chercheurs sur les carottes de glace polaire peuvent déterminer avec précision comment la biomasse de notre planète change au fil du temps. De plus, il n'est pas très difficile d'obtenir du sulfure de carbonyle par voie biogénique, et avant l'avènement de l'industrie, il était produit sur la planète exclusivement par des organismes vivants, en raison de la présence de catalyseurs extrêmement efficaces.
Enfin, note Seager et al., les images UV montrent qu'il y a des formations obscures dans les nuages de Vénus qui absorbent la lumière ultraviolette - la partie principale qui atteint cette couche de l'atmosphère. La taille de ces particules varie de l'ordre du micromètre (sur notre planète, les spores bactériennes ont souvent de telles tailles) à des tailles encore plus grandes. Ceci, couplé à la présence sur Terre de micro-organismes anaérobies photosynthétiques qui utilisent du soufre à la place du carbone, permet en principe de s'attendre à des possibilités de photosynthèse dans les nuages vénusiens.
La lumière ultraviolette relativement élevée ne peut pas l'empêcher - au contraire, il existe des organismes vivants sur Terre (champignons Cryptococcus neoformans) qui utilisent le rayonnement ionisant à ondes courtes comme source d'énergie. De plus, note Seager, sur notre planète, de tels amateurs de rayonnement se trouvent à la fois dans la nature (montagnes antarctiques) et dans un environnement technogénique (éléments de systèmes de refroidissement pour réacteurs nucléaires, ISS). Autrement dit, pour de nombreux organismes vivants, la lumière ultraviolette n'est pas un problème, mais une source d'énergie utile.
De tout cela, son groupe conclut: sur Vénus, la vie dans les nuages est possible, mais la vie est inhabituelle, rappelant plus la photosynthèse « sulfurique » terrestre sans accès à l'oxygène qu'autre chose. Le cycle de vie de ces microbes photosynthétiques est simple: dans la couche nuageuse, en raison de la membrane hydrophile, ils deviennent le centre de la formation de gouttelettes d'acide sulfurique et d'eau. Ensuite, ils commencent à faire de la photosynthèse en utilisant le dioxyde de soufre (SO2) et l'eau qui les entourent. A partir de leurs molécules, ils produisent du H2SO4, le très acide sulfurique, dont sont en fait principalement constitués les nuages locaux.
Le phosphore, comme par exemple le fer, est un participant inévitable dans le cycle de vie d'une grande variété d'organismes, par conséquent, au cours d'un certain nombre de réactions, il peut, à l'état de traces, être libéré sous forme de phosphine, que les chercheurs ont trouvé à l'aide de télescopes.
D'ailleurs, nous avons mentionné le fer pour une raison: les appareils soviétiques, y compris les ballons, ont trouvé des traces de chlore au fond de la couche nuageuse. Pendant ce temps, comme le note Seger, le chlorure de fer s'élève de la surface de la planète avec des courants ascendants. Si des microbes locaux utilisent ce fer, ils doivent inévitablement libérer une certaine quantité de chlore libre dans l'environnement.
Seeger et autres Donnez un exemple d'une créature proche de la vie vénusienne possible - le procaryote photosynthétique Prochlorococcus. C'est un très petit organisme, d'un diamètre de 0,5-0,7 micromètre, dans lequel, en raison de l'environnement pauvre en phosphore, la paroi externe est constituée de composés de soufre et de sucre. 99% des lipides de la membrane cellulaire de cet organisme comprennent des groupes sulfate au lieu de groupes phosphate - et une adaptation similaire aurait du sens sur Vénus, avec sa carence en phosphore et son excès de soufre.
Les gouttes, qui contiennent de tels organismes photosynthétiques qui produisent de l'acide sulfurique, grossissent avec le temps (en raison des vapeurs d'acide sulfurique et de l'eau environnantes) et commencent à descendre. Dans ce cas, les organismes locaux doivent entrer dans la phase de production de spores puis mourir. Les courants ascendants élèveront inévitablement certaines des gouttelettes à une hauteur où certaines des spores peuvent donner lieu à un nouveau cycle de vie dans les nuages vénusiens.
Bien sûr, un tel environnement sera très difficile à survivre. Il n'y a aucun endroit sur Terre où des bactéries ou des archées pourraient vivre dans de l'acide sulfurique légèrement dilué avec de l'eau. Par conséquent, nous ne savons pas avec certitude s'ils sont capables de se protéger des effets des acides dans de telles conditions. Mais il est également impossible d'exclure ce scénario à l'avance.
La réponse de Roscosmos est-elle adéquate ? Le mirage vénusien vaut-il la peine de rompre avec la NASA ?
Ainsi, nous avons établi que la vie sur Vénus est, en principe, possible. Mais avec certains aspects de l'activité de la vie intelligente sur Terre, des questions demeurent.
Le 15 septembre 2020, un message est apparu sur le site de Roscosmos répondant à la découverte de la phosphine et précisant:
« … Une décision a été prise de mettre en œuvre la mission Venera-D précédemment prévue, qui comprend des modules d'atterrissage et d'orbite, en tant que projet national indépendant sans une large implication de la coopération internationale. Dans le cadre d'études approfondies de la planète, entre autres, des échantillons de son sol et de son atmosphère seront étudiés, ainsi que la nature des processus évolutifs de Vénus, qui aurait subi une catastrophe climatique associée à l'effet de serre, qui est tant de choses dont on parle aujourd'hui par rapport à la Terre.
Qu'est-ce que c'est? Il est bien connu que le budget de Roscosmos est une demi-douzaine de fois inférieur à celui de la NASA. Alors à quoi bon refuser de coopérer avec l'Agence, envisagée auparavant dans le cadre du programme Venera-D ? Cependant, un examen plus approfondi de la question des raisons du refus de coopérer devient beaucoup plus facile à comprendre.
Comme l'a noté N+1, dont le rédacteur en chef s'est entretenu avec des membres du RAS Council on Space, en juillet 2020, Roscosmos a proposé de revoir radicalement la mission Venera-D. Selon la version révisée, déjà à la fin des années 2020, une station d'atterrissage avec un certain nombre de ballons pourrait voler vers la planète, et cette station était censée prélever un échantillon de sol à la surface de la planète - puis le livrer sur Terre.
Il est facile de voir qu'un tel projet n'aurait de toute façon pas pu être mis en œuvre en coopération internationale: la NASA ne l'aurait jamais fait. Pour commencer, la collecte du sol nécessite sa livraison sur Terre, ce qui est difficile à faire depuis la surface de Vénus. Par conséquent, la proposition de Roskosmos prévoyait la remontée d'un échantillon de sol dans un ballon dans la haute atmosphère. De là, une fusée, soulevée par un ballon, était censée emporter l'échantillon dans l'espace, où il se dirigerait vers la Terre.
Ce sont des tâches d'une complexité extrêmement élevée et, franchement, nécessitent une masse énorme de l'atterrisseur. Nous parlons de plusieurs tonnes: comme nous l'avons déjà mentionné, la gravité sur Vénus est de 90% de celle de la Terre, et le retour du sol à partir de là, pour cette raison, même avec un ballon, sera extrêmement énergivore. Naturellement, la NASA ne se lancerait pas dans un projet aussi risqué - ce n'est pas le style de l'Agence.
La question se pose: pourquoi Roscosmos a-t-il besoin de cela ? Depuis ces missions soviétiques sur Vénus, la Russie n'a pas eu de missions interplanétaires réussies, même avec des tâches modérément difficiles. La dernière tentative d'une telle mission s'est noyée dans l'océan Pacifique ("Phobos-ground"). Essayer de passer directement de zéro mission à une mission d'une telle ampleur et complexité semble extrêmement spécifique - en termes simples, comme un pari avec des moyens d'exécution non travaillés. Il n'est pas surprenant que les membres du RAS Space Council se soient prononcés contre.
Il est difficile de comprendre clairement les motivations de la direction de Roskosmos dans cette affaire. Il y a deux versions les plus probables: soit il ne compte pas s'asseoir dans ses fauteuils avant la fin des années 2020 et être responsable des risques d'un tel projet; ou il veut tellement d'images impressionnantes et réussies pour le public qu'il est prêt même pour de tels projets, dans la langue de l'Académie des sciences de Russie, des projets "semi-fantastiques", juste pour créer une impression favorable de ses activités parmi les masses.
Si l'un des cas énumérés est vrai, vous pouvez alors comprendre le leadership de Roscosmos. Il est assez évident pour tous les observateurs de l'industrie spatiale que dans les années 2020, SpaceX déboguera son transporteur spatial super-lourd et le plus grand de l'histoire de l'humanité, Starship. Après cela, les États-Unis iront inévitablement sur la Lune, et dans quelques années - sur Mars. Des années de mépris obstiné de Roscosmos à l'égard des projets de Musk (sous la forme d'une réticence à créer des transporteurs concurrents pour un vol vers Mars) empêchent d'y envoyer des expéditions dans un avenir prévisible pour notre pays.
Dans ce contexte, il est urgent d'annoncer un projet de grande envergure, et le degré de sa faisabilité dans un avenir prévisible peut ne pas être particulièrement important. Après tout, il est clair qu'après le début des vols de Starship, l'ensemble du programme spatial russe devra de toute façon être révisé, Angara deviendra instantanément profondément obsolète et notre pays devra refaire tous les projets spatiaux notables en général. Dans le contexte de tout cela, presque personne ne demandera le projet inachevé de livrer le sol de Vénus.