Lunar Flashlight : une mission pour sonder la glace des cratères lunaires

L'eau est la clé d'une installation durable et autonome sur la Lune. La Nasa souhaite donc s'assurer que les dépôts de glace d'eau, que plusieurs satellites ont identifiés à l'intérieur de nombreux cratères lunaires situés aux pôles, existent bien. Elle prépare avec le JPL un petit satellite qui sera dédié à cette tâche et dont le lancement est prévu en 2021 lors du vol Artemis 1. Mais si cette eau a un intérêt évident, serons-nous capables de l'utiliser ?

En prévision des futures missions habitées à destination de la Lune et si l'on envisage des habitats permanents pour y vivre et y travailler, au-delà de simples visites d'exploration que seront les premières missions Artemis de la Nasa, il serait bon de savoir si la Lune dispose bien de glace d'eau en quantité suffisamment nécessaires pour faire vivre et travailler ses futurs colons.

Si, aujourd'hui, il ne fait plus guère de doute que de nombreux cratères polaires recèlent potentiellement d'épais dépôts de glace, de parfois plusieurs mètres d'épaisseur, certains scientifiques sont plus prudents. C'est le cas de Barbara Cohen, responsable scientifique de la mission Lunar Flashlight qui doit survoler en 2021 les cratères lunaires, notamment ceux du pôle sud, pour vérifier s'ils contiennent de la glace d'eau.

« Bien que nous ayons une assez bonne idée qu'il y a de la glace à l'intérieur des cratères les plus froids et les plus sombres de la Lune, les mesures sont tout de même un peu ambiguës. » Pour la chercheuse du Centre spatial Goddard de la Nasa, « scientifiquement ça va, mais si nous prévoyons d'envoyer des astronautes là-bas pour déterrer la glace et la boire, nous devons être sûrs qu'elle existe » !

Pour en voir le cœur net, le JPL de la Nasa développe le petit satellite Lunar Flashlight qui aura pour mission de cartographier les dépôts de glace d'eau supposés exister au fond des cratères polaires de la Lune, notamment ceux dont les planchers sont en permanence dans l'ombre du Soleil. Le but de la mission est de fournir des informations sans ambiguïté possible sur l'existence de dépôts de glace d’eau au fond de ces cratères lunaires. Son lancement est prévu lors de la mission Artemis 1 qui donnera le coup d'envoi du retour des Américains sur la Lune.

Cette question de l'utilisation de l'eau n'est pas trop d'actualité aujourd'hui. Il faut savoir que les missions du programme Artemis seront de durée très courte, d'une dizaine de jours et jusqu'à 45 jours. Par souci de simplification, chaque mission embarquera tout ce que son équipage aura besoin en oxygène, nourriture et eau. Plutôt que de se ravitailler en eau sur place, la Nasa préférera jouer la sécurité. D'ailleurs, il est peu probable que l'on soit capable d'en extraire et d'en utiliser d'ici ces vingt prochaines années ! Ce n'est seulement qu'à l'horizon 2050, si une base est effectivement construite, qu'il sera nécessaire de se préoccuper de cette question, si l'on souhaite que cette base soit autonome. À cela, s'ajoute qu'il n'est pas envisagé de ravitailler cette future base en eau car, à l'état liquide, il s'agit d'une ressource « lourde » en termes de masse et de volume. Et donc coûteuse et compliquée à lancer depuis la Terre.

Serons-nous capables d'utiliser l'eau de la Lune  ?

À l'état liquide, si les idées ne manquent pas pour utiliser cette eau, les possibilités sont tout de même assez restreintes. Avec des températures de plus ou moins - 200° degrés, faire fondre cette glace et s'en servir pour produire de l'eau à l'état liquide, de l'oxygène et de l'hydrogène, sera techniquement très complexe. Parmi les idées réalistes, malgré des difficultés de mise en œuvre, citons l'utilisation de larges paraboles qui focaliseraient le Soleil sur cette glace pour la réchauffer, la vaporiser et la voir se condenser sur des miroirs, d'où l'eau s'écoulerait dans des réservoirs. 

Séparées en leurs deux éléments constitutifs, l'hydrogène et l'oxygène, les molécules d'eau peuvent aussi fournir de l'air mais aussi de l'hydrogène et de l'oxygène utiles pour des carburants de véhicules spatiaux. L'idée est d'utiliser ces deux éléments pour produire des ergols liquides de moteurs à oxygène et hydrogène liquides. Or, l'hydrogène produit par électrolyse, puis liquéfié, nécessite des quantités d'énergies considérables et une infrastructure complexe de stockage. Cette complexité explique le choix des constructeurs de lanceurs d'abandonner l'utilisation de l'hydrogène, lui préférant le méthane comme ergol pour les futurs moteurs chimiques des lanceurs (LOX-méthane). Il faudra donc fabriquer des moteurs spécifiques à des usages « lunaires », ce qui limitera leur attrait. Tout comme faire le plein ! Si l'on peut comprendre que ce carburant pourrait être utilisé par des véhicules spatiaux retournant sur Terre avec une cargaison ou un équipage, le coût sera exorbitant.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/exploration-lunar-flashlight-mission-sonder-glace-crateres-lunaires-80810/?fbclid=IwAR1O33rA6LVEjd6sqHR9V1tS-oTOwscHO52vodPi1xNFH9BsXOVwKKWAz0w#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Sur Terre ou dans l'espace, la microgravité a des effets positifs sur le cœur

Deux études récentes révèlent que la microgravité, dans des proportions mesurées, pourrait avoir un effet positif sur la régénération des cellules cardiaques. Mieux encore, il semblerait qu'un voyage dans l'espace ne soit pas forcément nécessaire pour observer ces bénéfices.

La vie dans l'espace peut avoir bien des impacts sur le fonctionnement corporel : atrophie musculaire, fièvre, douleurs articulaires et autres surprises. Plus récemment, les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS) se sont penchés sur les conséquences d'un séjour spatial sur les cellules souches cardiaques. Cultivées sur terre, celles-ci ont été emmenées à bord de la station afin d'y étudier leur évolution.

Cellules cardiaques dans l'espace

Les cellules souches cardiaques, ou cellules progénitrices cardiaques, sont multipotentes. Cela signifie qu'elles sont encore indifférenciées et peuvent évoluer en différents types de cellules cardiovasculaires, et participer à la multiplication de ces dernières. C'est du moins ce qu'il se passe en théorie, car deux nouvelles études, publiées dans les revues npj Microgravity et Stem Cells Development, révèlent qu'il en va autrement dans l'espace.

La microgravité impacte en effet la communication entre les cellules, leur développement, et même certaines de leurs propriétés centrales. En temps normal, la voie Hippo, nécessaire au développement cardiaque, est active chez les adultes et inhibe l'expression de la protéine YAP1, qui régule la survie cellulaire et stimule leur prolifération. Or, les expériences menées à bord de l'ISS et en clinostat (un appareil utilisant la rotation pour annuler les effets de la gravité) sur Terre démontrent que la microgravité est responsable d'une expression accrue de YAP1. Ce phénomène résulte en une prolifération importante des cellules cardiovasculaires qui, si elle est correctement régulée, offre de saines possibilités de régénération.

Des bénéfices d'un séjour spatial

Si un long voyage vers Mars risque de causer une prolifération cellulaire trop importante, résultant en l'apparition de cancers, un séjour de durée plus respectable à bord de l'ISS peut avoir de véritables bénéfices pour le cœur des astronautes. Mary Keams-Jonker, chercheuse à l'université de médecine Loma Linda, explique qu'un épisode de microgravité permet une expression accrue de YAP1 sur le court terme, favorisant la régénération cardiovasculaire sans risque de prolifération incontrôlée. Élevée durant la période néonatale, l'expression de la protéine décroît une fois celle-ci terminée, et, avec elle, les possibilités de régénération. Grâce à ces études, les chercheurs révèlent les potentielles implications thérapeutiques que pourrait avoir la microgravité sur des cellules n'exprimant plus YAP1 dans les mêmes proportions qu'au stade néonatal.

Microgravité sur Terre et dans l'espace

Autre découverte importante : le travail de l'auteur principal Jonathan Baio et de son équipe a permis de démontrer que la microgravité simulée en clinostat affecte les cellules de la même façon que la microgravité à bord de l'ISS. « C'est important, souligne le chercheur Victor Camberos, car peu de laboratoires ont l'opportunité de mener des recherches dans l'espace. »

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/sante-astronautes-terre-espace-microgravite-effets-positifs-coeur-80792/?fbclid=IwAR0ZpRamTJTG26e9rl0Tr5whiBUxgEwBO7nKGOiaXrBNoZhHkBTScm-gFKc#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura

Une étoile géante rouge a survécu à un trou noir en devenant naine blanche

L'observation des émissions de rayons X par les trous noirs permet bien souvent de découvrir ce qu'il se passe dans leur voisinage. Celles associées au trou noir supermassif de la galaxie GSN 069 sont remarquablement quasi-périodiques, ce qui suggère la présence d'une naine blanche, reste d'une géante rouge, qui survit aux forces de marée du trou noir.

Avec la détection sur Terre des ondes gravitationnelles, les observations de l'Event Horizon Telescope et celles de la mission Planck, l'astrophysique et la cosmologie relativiste sont plus importantes que jamais pour décrire notre univers observable. C'est une belle revanche des pionniers du début des années 1960, tel Kip Thorne, qui ont dû aller à contrecourant du paradigme de l'époque, reléguant les étoiles relativistes solutions des équations de la relativité générale et les univers en expansion de type Big Bang comme de simples curiosités mathématiques, sans véritable signification physique, surtout lorsqu'il s'agissait de prendre au sérieux ce que nous appelons des trous noirs.

Presque 60 ans plus tard, les choses ont bien changé et aujourd'hui, les études sur les trous noirs supermassifs au cœur des galaxies sont courantes depuis déjà quelques décennies grâce à l'essor de l'astronomie X avec des instruments dans l'espace comme Chandra et XMM Newton, respectivement de la Nasa et de l'ESA, rejoints récemment par Spektr-RG, le Hubble des rayons X russe de Pockocmoc.

Les yeux dont s'est doté l'humanité permettent notamment de mettre en évidence et d'étudier un scénario examiné en mars 1982 par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter dans un article publié dans le journal Nature. Ils y montraient qu'une étoile pénétrant dans la zone définie par le rayon de marée d'un trou noir supermassif devait d'abord être aplatie comme une crêpe par les forces de marée, puis dans un second temps, du fait de ces forces, être le lieu de l'allumage de réactions thermonucléaires tellement violentes qu'elles conduisaient à une détonation capable de disloquer l'étoile.

Présenté par Hubert Reeves et Jean-Pierre Luminet, Du Big bang au vivant est un projet TV-Web-cinéma qui couvre les plus récentes découvertes dans le domaine de la cosmologie. © Dubigbangauvivant, YouTube

Des flashs quasi périodiques de rayons X dans un disque d'accrétion

Il semble toutefois que ce scénario, déjà observé, ne s'applique pas toujours si l'on en croit une publication d'Andrew King de l'université de Leicester au Royaume-Uni. Le chercheur y explique en effet, dans l'article à consulter sur arXiv, qu'une étoile, en orbite autour du trou noir super massif au cœur de la galaxie GSN 069, a échappé au destin qui aurait dû la transformer en crêpe stellaire juste avant de mourir.

Cela fait déjà quelque temps que les astrophysiciens avaient repéré des flashs quasi-périodiques de rayons X toutes les 9 heures environ au centre de GSN 069 avec le satellite XMM Newton. Cette galaxie est située à environ 250 millions d'années-lumière de la Voie lactée et on a de bonnes raisons de penser que ces flashs qui voient les émissions de rayons X multipliées par 100 se produisent à proximité d'un trou noir supermassif léger de seulement 400.000 masses solaires, pas loin de la limite qui en ferait un trou noir de masse intermédiaire -- rappelons que le trou noir supermassif de notre Galaxie contient 4 millions de masses solaires.

Les observations de XMM Newton ont été confirmées par Chandra et selon Andrew King ; une bonne façon de les interpréter serait la suivante. Au départ, une étoile en phase géante rouge se serait approchée si près du trou noir géant de GSN 069 que les forces de marée qu'elle a commencées à subir sont devenues capables de lui arracher de la matière de ses couches supérieures dilatées. L'étoile étant sur une orbite particulièrement elliptique, c'est au moment où elle est au plus proche de l'astre compact que ce phénomène se produirait.

Il aurait finalement mis à nu le cœur de la géante rouge qui est dans un état où la matière est devenue « dégénérée », comme on dit en physique quantique, c'est-à-dire que ce qui reste de l'étoile est tout simplement une naine blanche. Le transfert de masse continuerait toutes les 9 heures environ et il se produirait dans le disque d'accrétion entourant le trou noir super massif, toutes les fois que la naine blanche est au plus près, mais pas encore à moins 15 fois le rayon de l'horizon des événements du trou noir selon les estimations d'Andrew King. Au-delà, le trou noir avalerait l'étoile.

C'est à l'occasion de ce transfert de matière périodique dans le disque d'accrétion que les flashs de lumière X seraient produits.

Une présentation de la découverte faite avec le trou noir de GSN 069. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory

Une population cachée d'étoiles autour des trous noirs supermassifs ?

Cette situation va se prolonger mais, sous l'effet des ondes gravitationnelles émises par la naine blanche et du fait de ses pertes de masses, son orbite va tendre à se circulariser tout en augmentant de rayon, de sorte que les pertes de masses de l'étoile vont aller en diminuant (la naine blanche contiendrait actuellement 0,21 masse solaire).

« Elle s'efforcera de s'échapper, mais il n'y a pas d'échappatoire. Le trou noir la mangera de plus en plus lentement, mais ne s'arrêtera jamais », précise King, tout en ajoutant qu'« en principe, cette perte de masse se poursuivra jusqu'à ce que et même après que la naine blanche ait vu sa masse diminuer jusqu'à atteindre celle de Jupiter, dans environ un milliard d'années. Ce serait un moyen remarquablement lent et alambiqué pour que l'univers fasse une planète ! ». En effet, en se refroidissant, une naine blanche cristallise.

Pour le chercheur, les flashs de rayons X ne sont suffisamment intenses pour pouvoir être détectés par nos instruments que pendant une période d'environ 2.000 ans. C'est très court à l'échelle de temps du cosmos, de sorte que pour avoir eu la chance de le surprendre, ce type de scénario doit être très fréquent autour des trous noirs supermassifs.

Andrew King estime enfin que l'étoile est suffisamment proche pour qu'un effet de précession de Schwarzschild se produise, effet que l'on pourra peut-être observé dans un futur proche si son scénario est correct.

La comète Borisov a dégazé 230 millions de litres d’eau extrasolaire

Le dégazage de la comète interstellaire 2I/Borisov a été observé par une batterie d'instruments, notamment le télescope en orbite Swift de la Nasa. Il a permis aux chercheurs d'estimer la quantité d'eau extrasolaire libérée lors de son passage dans le Système solaire.

Le monde des exoplanètes nous fascine mais, malheureusement, même si une fraction de l'Humanité est occupée à développer un projet de sonde interstellaire via le projet Breakthrough Starshot, une nanovoile photonique propulsée par des faisceaux laser à destination des étoiles les plus proches du Soleil dans le système d'Alpha du Centaure, Homo sapiens en est encore à faire ses premiers pas hors de son berceau, la Terre, dans le Système solaire.

Pourtant, de la matière issue d'un autre système planétaire est à sa portée depuis l'identification des premiers objets interstellaires traversant le Système solaire. Il y a d'abord eu le désormais légendaire 'Oumuamua qui n'était pas sans faire penser au scénario du roman d'Arthur Clarke Rendez-vous avec Rama et dont on pense qu'il est peut-être né au voisinage d'une naine rouge. Il y a maintenant la comète interstellaire 2I/Borisov.

Une mission est envisagée pour tenter dans un avenir proche d'observer de plus près ces visiteurs interstellaires, et, pourquoi pas, en prélever des échantillons. Dans le cas de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, l'astrochimiste, exobiologiste et planétologue Olivier Poch, nous a récemment expliqué que son étude jetait une lumière nouvelle sur l'origine de l'azote sur Terre, azote que la vie utilise de façon cruciale dans les protéines et l'ADN. Une mission à destination d'une cousine de 2I/Borisov pourrait donc se révéler très bavarde sur l'exobiologie et nous aider à comprendre à quel point la vie sur Terre est une rare occurrence dans une galaxie, ou non.

Une présentation des découvertes faites avec Swift concernant 2I/Borisov. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

Swift, des sursauts gamma aux comètes

En attendant, les instruments dont s'est déjà dotée la noosphère du géochimiste Vladimir Vernadsky et du géologue et paléontologue Pierre Teilhard de Chardin, l'esprit collectif en quelque sorte des Homo sapiens, nous permettent déjà de sonder les arcanes de la formation des systèmes planétaires et de la chimie prébiotique qu'ils hébergeraient en plongeant dans la composition de la coma de 2I/Borisov. Ce fut le cas ces derniers mois avec le télescope Hubble, le réseau de radiotélescope Alma et on l'apprend maintenant via une publication d'un article dans The Astrophysical Journal et que l'on peut consulter en ligne sur arXiv, avec l'observatoire Neil Gehrels Swift de la Nasa.

Comme le rappelle la vidéo ci-dessous, Swift a été développé pour étudier les sursauts gamma, les explosions parmi les plus lumineuses de l'Univers. Mais il s'est avéré par la suite que les instruments qui équipaient ce satellite de la Nasa, et en particulier son télescope ultraviolet/optique (Uvot), pouvaient être utilisés dans d'autres domaines de l'astrophysique. Le planétologue états-unien Dennis Bodewits de l'Université Auburn en Alabama s'en sert depuis quelques années pour étudier les comètes.

Avec ses collègues, notamment Zexi Xing en thèse à l'Université Auburn, il a donc obtenu du temps de télescope avec Swift pour prendre plusieurs clichés en ultraviolet de 2I/Borisov. Les chercheurs étaient notamment sur la trace des radicaux hydroxyles OH, des produits de la photodissociation des molécules d'eau dégazées de la comète par le rayonnement ultraviolet du Soleil. Rappelons que selon le fameux modèle de la « boule de neige sale » proposé par l'astronome Fred Whipple au début des années 1950, les comètes sont des petits corps célestes glacés contenant de la matière primordiale datant des premiers temps de la formation d'un système planétaire. Dans le cas du Système solaire, des centaines de milliards seraient « au congélateur » dans la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort à des milliards de kilomètres du Soleil.

Une présentation des découvertes faites avec Swift. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard

230 millions de litres d’eau extrasolaire dégazés

En tant que comète, 2I/Borisov devait également contenir de la glace d'eau, mais aussi en plus faible quantité de dioxyde de carbone (CO₂).  Récemment, Hubble a permis de détecter également la présence en quantité atypique de monoxyde de carbone (CO) dans la chevelure de la comète à l'occasion de son dégazage sous l'effet du rayonnement chaud du Soleil, en particulier au plus proche de notre étoile. En combinant toutes les observations, on arrive finalement aujourd'hui à un premier portrait de 2I/Borisov que résume une déclaration de Zexi Xing : « Borisov ne s'intègre parfaitement dans aucune classe de comètes du Système solaire, mais elle ne se distingue pas exceptionnellement d'elles. Il existe des comètes connues qui partagent au moins une de ses propriétés ».

Swift a permis de suivre la perte d'eau de la comète qui avait débuté à son approche à 370 millions de kilomètres du Soleil alors que 2I/Borisov fonçait à environ 161.000 kilomètres par heure sur une orbite hyperbolique sans retour à travers le Système solaire. Les astrophysiciens ont ainsi vu une augmentation de 50 % de la quantité d'hydroxyle - et donc d'eau - produite par Borisov entre le 1^er novembre et le 1^er décembre, à sept jours seulement de son passage au périhélie. Au pic de son dégazage, la perte d'eau s'élevait à 30 litres par seconde. Cumulée sur tout son temps d'activité la comète aurait libéré dans le Système solaire l'équivalent de 230 millions de litres d'eau extrasolaire. Toutefois alors qu'elle s'éloignait du Soleil, la perte d'eau de Borisov a chuté plus rapidement que n'importe quelle comète précédemment observée. Pour Zexi Xing, cela pourrait avoir été causé par une variété de facteurs comme un changement de rotation de la comète et même sa fragmentation qui a été mise en évidence fin mars.

Toujours est-il que la perte d'eau a permis de préciser la taille de la comète dont on estime qu'elle est d'environ 0,74 kilomètre. Par contre, c'est au moins 55 % de sa surface qui se sublimait sous l'action des rayons du Soleil, ce qui est 10 fois la surface impliquée dans la majorité des comètes du Système solaire. Borisov leur ressemble néanmoins partiellement du point de vue chimique car Uvot a permis d'identifier des molécules comme C2 et l'amidogène dans environ 25 % à 30 % de toutes les comètes du Système solaire.

Comète 2l/Borisov : quel est cet objet interstellaire ?  Dans ce petit film, nous vous racontons l’histoire de la comète interstellaire 2I/Borisov. Une histoire qui débute, pour nous Terriens, fin août 2019 quand nous l’avons croisée du regard pour la première fois, mais qui a commencé il y a des dizaines ou des centaines de millions d’années, voire même plus… car nous ne connaissons pas encore l'âge de cet objet venu d’ailleurs. 

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/comete-comete-borisov-degaze-230-millions-litres-eau-extrasolaire-80783/?fbclid=IwAR2b6Mtzn9dIH3b0SxUafmrQceri0GR-wqr2eaQBOm6NRUXejZ7eaBy-eiI#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura