La mission tant attendue qui pourrait transformer notre compréhension de Mars

Le 17 mars 2022 a été une journée difficile pour Jorge Vago. Physicien planétaire, Vago dirige la science pour une partie du programme ExoMars de l’Agence spatiale européenne. Son équipe n’était qu’à quelques mois du lancement du premier rover martien d’Europe, un objectif vers lequel ils travaillaient depuis près de deux décennies. Mais ce jour-là, l’ESA a suspendu ses relations avec l’agence spatiale russe suite à l’invasion de l’Ukraine. Le lancement avait été prévu pour le cosmodrome de Baïkonour au Kazakhstan, qui est loué à la Russie.

« Ils nous ont dit que nous devions tout annuler », explique Vago. « Nous étions tous en deuil. »

Ce fut un revers douloureux pour le rover assiégé Rosalind Franklin, initialement approuvé en 2005. Les problèmes budgétaires, les changements de partenaires, les problèmes techniques et la pandémie de COVID-19 avaient tous, à leur tour, causé des retards antérieurs. Et maintenant, une guerre. « J’ai passé la majeure partie de ma carrière à essayer de faire décoller ce truc », déclare Vago. Pour compliquer encore les choses, la mission comprenait un atterrisseur et des instruments de fabrication russe, que les États membres de l’ESA auraient besoin de financement pour remplacer. Ils ont envisagé de nombreuses options, y compris simplement mettre le rover inutilisé dans un musée. Mais ensuite, en novembre, est venue une bouée de sauvetage, lorsque les ministres européens de la recherche ont promis 360 millions d’euros pour couvrir les frais de mission, y compris le remplacement des composants russes.

Lorsque le rover décollera enfin, espérons-le, en 2028, il emportera une suite d’instruments avancés, mais un en particulier pourrait avoir un impact scientifique énorme. Conçu pour analyser tout matériau contenant du carbone trouvé sous la surface de Mars, le spectromètre de masse de nouvelle génération du rover est la clé de voûte d’une stratégie pour enfin répondre à la question la plus brûlante sur la planète rouge : existe-t-il des preuves de vie passée ou présente ?

« Il existe de nombreuses façons différentes de rechercher la vie », explique le chimiste analytique Marshall Seaton, boursier du programme postdoctoral de la NASA au Jet Propulsion Laboratory et coauteur d’un article sur l’analyse planétaire dans l’Annual Review of Analytical Chemistry. La voie la plus évidente et la plus directe consiste peut-être simplement à rechercher des microbes fossilisés. Mais la chimie non vivante peut créer des structures faussement réalistes. Au lieu de cela, le spectromètre de masse aidera les scientifiques à rechercher des modèles moléculaires qui ont peu de chances de se former en l’absence de biologie vivante.

La chasse aux modèles de vie, au lieu de structures ou de molécules spécifiques, présente un avantage supplémentaire dans un environnement extraterrestre, explique Seaton. « Cela nous permet non seulement de chercher la vie telle que nous la connaissons, mais aussi la vie telle que nous ne la connaissons pas. »

Emballage pour Mars

Au Goddard Space Flight Center de la NASA, près de Washington, DC, le scientifique planétaire William Brinckerhoff présente un prototype du spectromètre de masse du rover, connu sous le nom de Mars Organic Molecule Analyzer, ou MOMA. À peu près de la taille d’une valise à main, l’instrument est un labyrinthe de fils et de métal. « C’est vraiment une bête de somme », déclare Brinkerhoff alors que son collègue, le scientifique planétaire Xiang Li, ajuste les vis sur le prototype avant de faire la démonstration d’un carrousel contenant des échantillons.

Ce prototype fonctionnel est utilisé pour analyser les molécules organiques dans les sols de type Mars sur Terre. Et une fois que le vrai MOMA arrivera sur Mars, vers 2030, Brinckerhoff et ses collègues utiliseront le prototype – ainsi qu’une copie vierge conservée dans un environnement de type Mars à la NASA – pour tester les ajustements des protocoles expérimentaux, résoudre les problèmes qui surgissent pendant la mission et faciliter l’interprétation des données de Mars.

Ce dernier spectromètre de masse remonte à près de 50 ans, à la première mission qui a étudié le sol martien. Pour les atterrisseurs jumeaux Viking de 1976, les ingénieurs ont miniaturisé des spectromètres de masse de la taille d’une pièce à peu près à l’encombrement des imprimantes de bureau d’aujourd’hui. Les instruments étaient également à bord de l’atterrisseur Phoenix 2008, du rover Curiosity 2012 et plus tard des orbiteurs martiens de Chine, d’Inde et des États-Unis.

Toute personne visitant le prototype de Brinckerhoff doit d’abord passer devant une vitrine avec une copie démontée de l’instrument Viking prêté par la Smithsonian Institution. « C’est comme un trésor national », déclare Brinckerhoff, montrant avec enthousiasme les composants.

Les spectromètres de masse sont des outils indispensables utilisés pour la chimie analytique dans les laboratoires et autres installations du monde entier. Les agents de la TSA les utilisent pour tester les bagages à la recherche d’explosifs à l’aéroport. Les scientifiques de l’EPA les utilisent pour tester l’eau potable pour les contaminants. Et les fabricants de médicaments les utilisent pour déterminer les structures chimiques de nouveaux médicaments potentiels.

Il existe de nombreux types de spectromètres de masse, mais chacun « est un instrument en trois parties », explique Devin Swiner, chimiste analytique à la société pharmaceutique Merck. Tout d’abord, l’instrument vaporise les molécules dans la phase gazeuse et leur donne également une charge électrique. Ces molécules de gaz chargées ou ionisées peuvent ensuite être manipulées avec des champs électriques ou magnétiques afin qu’elles se déplacent à travers l’instrument.

Deuxièmement, l’instrument trie les ions par une mesure que les scientifiques peuvent associer au poids moléculaire, afin qu’ils puissent déterminer le nombre et le type d’atomes que contient une molécule. Troisièmement, l’instrument enregistre tous les « poids » d’un échantillon ainsi que leur abondance relative.

Avec le MOMA à bord, le rover Rosalind Franklin atterrira sur un site martien qui, il y a environ 4 milliards d’années, contenait probablement de l’eau, un ingrédient crucial pour la vie ancienne. Les caméras et autres instruments du rover aideront à sélectionner des échantillons et fourniront un contexte sur leur environnement. Une foreuse récupérera des échantillons anciens jusqu’à deux mètres de profondeur. Les scientifiques émettent l’hypothèse que c’est assez loin, dit Vago, pour être à l’abri du rayonnement cosmique sur Mars qui brise les molécules « comme un million de petits couteaux ».

Les spectromètres de masse spatiaux doivent être robustes et légers. Un spectromètre de masse doté des capacités du MOMA occuperait normalement plusieurs établis, mais il a été considérablement réduit. « Pouvoir prendre quelque chose qui peut être aussi grand qu’une pièce à la taille d’un grille-pain ou d’une petite valise et l’envoyer dans l’espace est une très grosse affaire », déclare Swiner.