Les scientifiques détectent à distance des signatures de vie

La main gauche et la main droite sont des images miroir presque parfaites l’une de l’autre. Mais quelle que soit la façon dont ils se tordent et se tordent, ils ne peuvent pas se chevaucher. C’est pourquoi le gant gauche ne convient tout simplement pas à la main droite aussi bien qu’à la gauche. En science, cette propriété est connue sous le nom de chiralité.

Tout comme les mains sont chirales, les molécules peuvent aussi être chirales. En fait, la plupart des molécules présentes dans les cellules des organismes vivants, comme l’ADN, sont chirales. Cependant, contrairement aux mains, qui viennent généralement par paires de gauche et de droite, les molécules de vie se présentent presque exclusivement dans leurs versions « gauchers » ou « droitiers ». Ils sont homochiraux, comme disent les chercheurs. Il n’est pas encore clair pourquoi il en est ainsi. Mais cette homochiralité moléculaire est une propriété caractéristique de la vie, une signature dite biologique.

Dans le cadre du projet MERMOZ (voir encadré), une équipe internationale dirigée par l’Université de Berne et le Centre national de recherche de compétences PRN PlanetS, est parvenue à détecter cette signature à une distance de 2 kilomètres et à une vitesse de 70 kilomètres. par heure. Jonas Kühn, directeur du projet MERMOZ à l’Université de Berne et co-auteur de l’étude qui vient d’être publiée dans la revue Astronomy and Astrophysics, déclare : « L’avancée significative est que ces mesures ont été faites sur une plate-forme qui se déplaçait , vibrant et que nous détectons encore ces biosignatures en quelques secondes. »

“Lorsque la lumière est réfléchie par la matière biologique, une partie des ondes électromagnétiques de la lumière se déplacera en spirales dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse. Ce phénomène est appelé polarisation circulaire et est causé par l’homochiralité de la matière biologique. Ils ne sont pas produits par abios not – living nature », déclare le premier auteur de l’étude Lucas Patty, chercheur postdoctoral MERMOZ à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS,

Cependant, mesurer cette polarisation circulaire est difficile. Le signal est assez faible et représente généralement moins d’un pour cent de la lumière réfléchie. Pour le mesurer, l’équipe a développé un appareil dédié appelé spectropolarimètre. Il se compose d’une caméra équipée d’objectifs spéciaux et de récepteurs capables de séparer la polarisation circulaire du reste de la lumière.

Cependant, même avec cet appareil élaboré, de nouveaux résultats auraient été impossibles jusqu’à récemment. « Il y a tout juste 4 ans, nous ne pouvions détecter le signal qu’à une distance très proche, environ 20 cm, et il fallait pour cela observer le même point pendant plusieurs minutes », se souvient Lucas Patty. Mais les mises à jour de l’instrument que lui et ses collègues ont apportées permettent une détection beaucoup plus rapide et plus stable, et la force de la signature sur la polarisation circulaire persiste même avec la distance. Cela a rendu l’instrument adapté aux premières mesures aériennes en polarisation circulaire.

À l’aide de cet instrument amélioré, appelé FlyPol, ils ont démontré qu’en quelques secondes de mesures, ils pouvaient différencier les champs herbeux, les forêts et les zones urbaines à partir d’un hélicoptère se déplaçant rapidement. Les mesures montrent aisément que la matière vivante présente des signes de polarisation caractéristiques, alors que les routes, par exemple, ne présentent aucun signe de polarisation circulaire significatif. Avec la configuration actuelle, ils sont même capables de détecter des signaux provenant d’algues dans les lacs.

Après leurs tests réussis, les scientifiques cherchent désormais à aller encore plus loin. « La prochaine étape que nous espérons franchir est de faire des détections similaires depuis la Station spatiale internationale (ISS), en regardant vers la Terre. Cela nous permettra d’évaluer la détectabilité des signatures biologiques à l’échelle planétaire. Cette étape sera décisive pour permettre la rechercher la vie à l’intérieur et au-delà de notre système solaire en utilisant la polarisation », explique le chercheur principal et co-auteur de MERMOZ, Brice-Olivier Demory, professeur d’astrophysique à l’Université de Berne et membre du PRN PlanetS.

L’observation sensible de ces signaux polarisés circulairement n’est pas seulement importante pour les futures missions de détection de vie. Lucas Patty explique : “Parce que le signal est directement lié à la composition moléculaire de la vie et, par conséquent, à son fonctionnement, il peut également offrir des informations complémentaires précieuses en télédétection de la Terre.” Par exemple, il peut fournir des informations sur la déforestation ou les maladies des plantes. Il serait même possible de mettre en œuvre une polarisation circulaire pour surveiller les efflorescences algales toxiques, les récifs coralliens et les effets de l’acidification sur ceux-ci.

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CH Lucas Patty et al. Al., Biosignatures of the Earth I. Détection spectropolarimétrique aéroportée de la vie photosynthétique, Astronomie et astrophysique
https : //est ce que je.org /dix.1051 /0004-6361 /2021140845

Le groupe de recherche SAINT-EX (financé par la Chaire SNF du Pr Brice-Olivier Demory) se concentre sur :

-détection d’exoplanètes tempérées de la taille de la Terre (observatoire SAINT-EX),

-Détection à distance de la vie dans les atmosphères/surfaces planétaires (MERMOZ),

-instrumentation pour le diagnostic et la stadification du cancer in vivo non invasif (BrainPol).

Le projet MERMOZ (Monitoring of Flat Surfaces with Modern Polarimetric Characterization) vise à déterminer si nous pouvons identifier et caractériser la vie sur Terre depuis l’espace, en construisant une bibliothèque de référence de signatures de caractéristiques de surface avec une spectropolarimétrie à distance complète de Stokes. Dans ce cadre, notre planète est considérée comme un proxy pour les autres corps et exoplanètes du système solaire.

MERMOZ est un projet en partenariat entre les universités de Berne, Leiden et Delft (NL).

L’étude de faisabilité du projet est financée par le Center for Space and Habitability (CSH) et le PRN PlanetS.

Plus d’informations sur le groupe de recherche SAINT-EX / MERMOZ : https : //www.saintex.unibe.ch /

En 2014, le Fonds national suisse de la recherche scientifique a décerné à l’Université de Berne le Centre national de recherche et de recherche (NCCR) PlanetS, qu’il gère avec l’Université de Genève.

Depuis sa participation au premier alunissage en 1969, l’Université de Berne participe aux missions spatiales de grandes organisations spatiales, telles que l’ESA, la NASA, ROSCOSMOS et JAXA. Il co-dirige actuellement la mission CHEOPS de l’Agence spatiale européenne (ESA) avec l’Université de Genève. De plus, les chercheurs bernois font partie des leaders mondiaux en matière de modélisation et de simulation de la formation et du développement des planètes.

Avec la découverte de la première exoplanète, l’Université de Genève s’est positionnée comme l’une des institutions leaders dans le domaine. Cela a conduit, par exemple, à la construction et à l’installation du spectrographe HARPS au télescope de 3,6 m de l’ESO à La Silla en 2003 sous la direction de Genève. Cela a été suivi par l’instrument ESPRESSO sur le télescope VLT de l’ESO à Paranal. Le « Science Operations Center » de la mission CHEOPS est également situé à Genève.

L’ETH Zurich et l’Université de Zurich sont également des institutions partenaires du PRN PlanetS. Des scientifiques des domaines de l’astrophysique, du traitement des données et des sciences de la Terre dirigent des projets et contribuent de manière significative à la recherche du PRN PlanetS. En outre, l’ETH est un leader mondial de l’instrumentation pour divers observatoires et missions spatiales.

Le PRN PlanetS est organisé autour des axes de recherche suivants :

-Les premiers stades de la formation planétaire

-Architecture des systèmes planétaires, leur formation et leur évolution.

-Atmosphères, surfaces et intérieur des planètes

-Détermination de l’habitabilité des planètes.

Plus d’informations: http: // nccr-planètes.ch /

Lorsque le deuxième homme, “Buzz” Aldrin, a quitté le module lunaire le 21 juillet 1969, la première tâche qu’il a effectuée a été de mettre en place l’expérience Bern Solar Wind Composition (SWC), également connue sous le nom de “voile à vent solaire”. le planter dans le sol de la lune, avant même le drapeau américain. Cette expérience, qui a été planifiée et dont les résultats ont été analysés par le professeur Dr. Johannes Geiss et son équipe de l’Institut de physique de l’Université de Berne, a été le premier jalon majeur de l’histoire de l’exploration spatiale de Berne.

Depuis lors, l’exploration spatiale de Berne fait partie de l’élite mondiale. L’Université de Berne a participé à des missions spatiales d’organisations spatiales de premier plan, telles que l’ESA, la NASA, ROSCOSMOS et JAXA. Il co-dirige actuellement la mission CHEOPS de l’Agence spatiale européenne (ESA) avec l’Université de Genève. De plus, les chercheurs bernois font partie des leaders mondiaux en matière de modélisation et de simulation de la formation et du développement des planètes.

Le travail fructueux du Département de recherche spatiale et des sciences planétaires (WP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne a été consolidé avec la création d’un centre de compétence universitaire, le Centre pour l’espace et l’habitabilité (CSH). Le Fonds national suisse a également attribué à l’Université de Berne le Centre national de recherche et de recherche (NCCR) PlanetS, qu’il gère avec l’Université de Genève.