Un éclatante boule de feu a traversé le ciel au-dessus des montagnes, des glaciers et des forêts de sapins près de la ville de Revelstoke, en Colombie-Britannique, au Canada, dans la soirée du 31 mars 1965. Des fragments de cette météorite, découverts par des trappeurs de castors, sont tombés sur un lac. Une couche de glace les a protégés des profondeurs et a permis aux scientifiques d’avoir un aperçu de la naissance du système solaire.
Près de 60 ans plus tard, la mission OSIRIS-REx de la NASA est revenue de l’espace avec un échantillon d’un astéroïde nommé Bennu, similaire à celui qui a déversé des roches sur Revelstoke. Notre équipe de recherche a publié une analyse chimique de ces échantillons, fournissant un éclairage sur la façon dont certains des ingrédients de la vie ont peut-être fait leur apparition sur Terre.
Nés dans les années entourant la chute de la météorite de Revelstoke, nous avons passé nos carrières dans les collections de météorites du Smithsonian Institution à Washington, D.C., et du Natural History Museum à Londres. Nous avons rêvé d’étudier des échantillons d’un astéroïde similaire à celui de Revelstoke, collectés par un vaisseau spatial.
Puis, il y a près de vingt ans, nous avons commencé à transformer ces rêves en réalité. Nous avons rejoint l’équipe de la mission OSIRIS-REx de la NASA, qui avait pour objectif d’envoyer un vaisseau spatial collecter un échantillon d’astéroïde et de le ramener sur Terre. Lorsque ces échantillons sont arrivés le 24 septembre 2023, nous avons plongé dans une histoire de roches, d’eau et de glace qui laisse entrevoir comment la vie pourrait s’être formée sur Terre.
Les chondrites CI et l’astéroïde Bennu
Pour en apprendre davantage sur un astéroïde, un objet rocheux ou métallique en orbite autour du Soleil, nous avons commencé par une étude des météorites.
Les astéroïdes comme Bennu sont des objets rocheux ou métalliques en orbite autour du Soleil. Les météorites sont les morceaux d’astéroïdes et d’autres objets extraterrestres qui survivent à la plongée ardente vers la surface de la Terre.
Nous voulions vraiment étudier un astéroïde similaire à un groupe de météorites appelées chondrites, dont les composants se sont formés dans un nuage de gaz et de poussière à l’aube du système solaire, il y a des milliards d’années.
La météorite de Revelstoke fait partie d’un groupe appelé les chondrites CI. Les compositions mesurées en laboratoire des chondrites CI sont essentiellement identiques, à l’exception de l’hydrogène et de l’hélium, à la composition des éléments transportés par convection depuis l’intérieur du Soleil et mesurés dans la couche extérieure du Soleil. Étant donné que leurs composants se sont formés il y a des milliards d’années, elles sont comme des capsules temporelles chimiquement inchangées du début du système solaire.
Ainsi, les géologues utilisent les compositions chimiques des chondrites CI comme référence ultime pour la géochimie. Ils peuvent comparer les compositions d’autres chondrites aux roches terrestres. Toute différence avec la composition des chondrites CI se serait produite par les mêmes processus ayant formé les astéroïdes et les planètes.
Les chondrites CI sont riches en argile et se sont formées lorsque la glace a fondu dans un astéroïde ancien, modifiant la roche. Elles sont aussi riches en molécules organiques prébiotiques. Certaines de ces molécules sont les éléments constitutifs de la vie.
Cette combinaison de roche, d’eau et d’organismes est l’une des raisons pour lesquelles OSIRIS-REx a choisi de prélever un échantillon de l’astéroïde riche en organiques Bennu, où de l’eau et des composés organiques essentiels à l’origine de la vie pouvaient être trouvés.
Les évaporites – l’héritage d’une saumure ancienne
Depuis que les échantillons de Bennu sont revenus sur Terre le 24 septembre 2023, nous et nos collègues sur quatre continents avons passé des centaines d’heures à les étudier.
Les instruments du vaisseau spatial OSIRIS-REx ont observé la lumière réfléchie, ce qui a révélé les minéraux et les organiques les plus abondants lorsqu’il était près de l’astéroïde Bennu. Nos analyses en laboratoire ont montré que les compositions de ces échantillons correspondaient à ces observations.
Les échantillons sont principalement constitués d’argile riche en eau, avec des minéraux de sulfure, de carbonate et d’oxyde de fer. Ce sont les mêmes minéraux que l’on trouve dans les chondrites CI comme Revelstoke. Cependant, la découverte de minéraux rares dans les échantillons de Bennu nous a étonnés. Malgré nos décennies d’expérience à étudier les météorites, nous n’avons jamais vu beaucoup de ces minéraux.
Nous avons trouvé des minéraux dominés par le sodium, y compris des carbonates, des sulfates, des chlorures et des fluorures, ainsi que du chlorure de potassium et du phosphate de magnésium. Ces minéraux ne se forment pas simplement lorsque l’eau et la roche réagissent. Ils se forment lorsque l’eau s’évapore.
Nous n’avons jamais vu ces minéraux riches en sodium dans des météorites, mais ils se trouvent parfois dans des lits de lacs asséchés sur Terre, comme le lac Searles en Californie.
Les roches de Bennu se sont formées il y a 4,5 milliards d’années sur un astéroïde parent plus grand. Cet astéroïde était humide et boueux. Sous la surface, des poches d’eau de seulement quelques pieds de large s’évaporaient, laissant les minéraux évaporites que nous avons trouvés dans l’échantillon. Ce même processus d’évaporation a aussi formé les anciens lits de lacs que nous avons observés sur Terre.
L’astéroïde parent de Bennu a probablement éclaté il y a 1 à 2 milliards d’années, et certains des fragments se sont réunis pour former le tas de gravats que nous connaissons sous le nom de Bennu.
Ces minéraux se trouvent également sur les corps glacés du système solaire externe. Les dépôts brillants sur la planète naine Cérès, le plus grand corps de la ceinture d’astéroïdes, contiennent du carbonate de sodium. La mission Cassini a mesuré le même minéral dans les panaches de la lune Encelade de Saturne.
Nous avons également appris que ces minéraux, formés lorsque l’eau s’évapore, disparaissent lorsqu’ils sont exposés à nouveau à l’eau – même avec la petite quantité d’eau présente dans l’air. Après avoir étudié certains des échantillons de Bennu et leurs minéraux, les chercheurs ont stocké les échantillons dans l’air. C’est ce que nous faisons avec les météorites.
Malheureusement, nous avons perdu ces minéraux car l’humidité dans l’air sur Terre les a fait dissoudre. Mais cela explique pourquoi nous ne pouvons pas trouver ces minéraux dans les météorites qui ont été sur Terre pendant des décennies à des siècles.
Heureusement, la plupart des échantillons ont été stockés et transportés dans de l’azote, protégés des traces d’eau dans l’air.
Jusqu’à ce que les scientifiques aient pu mener un retour d’échantillons contrôlé avec un vaisseau spatial et stocker soigneusement les échantillons dans de l’azote, nous n’avions jamais vu cet ensemble de minéraux dans une météorite.
Une découverte inattendue
Avant le retour des échantillons, le vaisseau spatial OSIRIS-REx a passé plus de deux ans à observer Bennu. À partir de ces deux années de travail, les chercheurs ont appris que la surface de l’astéroïde était couverte de gros rochers.
Nous pouvions voir que l’astéroïde était riche en carbone et en argiles hydratées, et nous avons observé des veines de carbonates blanches de quelques pieds de long, déposées par de l’eau liquide ancienne. Mais ce que nous ne pouvions pas voir avec ces observations étaient les minéraux plus rares.
Nous avons utilisé toute une gamme de techniques pour examiner l’échantillon retourné, grain par grain. Parmi ces techniques, il y avait des scans CT, de la microscopie électronique et de la diffraction des rayons X, qui nous ont permis d’étudier la roche à une échelle impossible à atteindre sur l’astéroïde.
Cuisiner les ingrédients de la vie
À partir des sels que nous avons identifiés, nous avons pu déduire la composition de l’eau saumâtre à partir de laquelle ils se sont formés et observer comment elle a changé au fil du temps, devenant plus riche en sodium.
Cette eau saumâtre aurait été un endroit idéal pour que de nouvelles réactions chimiques aient lieu et que des molécules organiques se forment.
Alors que notre équipe caractérisait les sels, nos collègues chimistes organiciens s’employaient à identifier les molécules organiques présentes dans Bennu. Ils ont trouvé des niveaux inattendus d’ammoniac, un élément essentiel de la formation des acides aminés qui composent les protéines dans la matière vivante. Ils ont également trouvé les cinq bases nucléiques qui font partie de l’ADN et de l’ARN.
En nous basant sur ces résultats, nous dirions que ces poches de fluides saumâtres auraient été des environnements parfaits pour que des molécules organiques de plus en plus compliquées se forment, comme celles qui composent la vie sur Terre.
Lorsque des astéroïdes comme Bennu ont percuté la Terre primitive, ils ont peut-être fourni un ensemble complet de molécules complexes et des ingrédients essentiels à la vie, comme l’eau, le phosphate et l’ammoniac. Ensemble, ces composants auraient pu ensemencer le paysage d’origine de la Terre pour en faire un monde habitable.
Sans ce bombardement précoce, peut-être que lorsque les fragments de la météorite de Revelstoke sont tombés plusieurs milliards d’années plus tard, ces fragments venus de l’espace ne seraient pas arrivés dans un paysage ponctué de glaciers et de forêts.
