Comment la Lune s’est-elle formée ?

En tant que l’une des vues les plus familières de la Terre dans le ciel, la lune a inspiré des milliards de personnes à regarder vers le haut avec émerveillement. Au début de l’histoire de l’humanité, nous avons construit mythes à propos de cet orbe argenté, et plus tard, nous avons poursuivi une course spaciale pour le découvrir à pied. Toujours, il y avait un mystère hors du commun : comment la lune s’est-elle formée et a-t-elle trouvé une maison en orbite autour de notre planète bleue ?

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Les astronautes d’Apollo ont lancé des recherches scientifiques pour répondre à cette question lorsqu’ils sont revenus de la lune en 1969 avec environ 48 livres de roche lunaire et de poussière. En mesurant l’âge des roches, les scientifiques ont appris que la lune s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années, au milieu des premières années chaotiques de la propre formation de notre système solaire. Les outils et techniques d’aujourd’hui peuvent analyser la chimie de la matière lunaire d’une manière qui était impossible il y a à peine 50 ans, révélant plus de détails que jamais sur l’histoire de notre lune.

☄️ L’hypothèse de l’impact géant reste la meilleure explication

Le modèle généralement accepté de la création de la lune suppose qu’un objet massif, surnommé Theia, s’est écrasé directement sur la Terre il y a 4,51 milliards d’années, alors que notre planète était encore occupée à atteindre sa taille actuelle et à former son noyau. L’impact qui en a résulté a vaporisé une partie des jeunes manteau terrestre, jetant des pierres et des gaz vers l’extérieur. Après un certain temps, la matière éjectée (une combinaison de matériau terrestre et de matériau Theia) a commencé à orbiter autour de notre planète. Les amas de gaz, de poussière et de roche sont entrés en collision et se sont collés.

Après seulement quelques milliers d’années—récentes des modèles révèlent cette période étonnamment courte – ils se sont fusionnés en une forme sphérique qui a continué à orbiter autour de la Terre. La roche lunaire primitive était si chaude qu’elle était un monde entièrement en fusion, et il a fallu 150 à 200 millions d’années pour se refroidir et se cristalliser dans son extérieur rocheux gris et familier. Theia a également été le catalyseur de la formation de notre planète, car elle a aidé à pousser des éléments plus lourds comme le nickel et le fer vers le noyau.

Frontières spatialesGetty Images

«Au cours des 50 dernières années, l’hypothèse de l’impact géant est devenue l’explication privilégiée, ce qui, à mon avis, est la meilleure approximation de ce qui s’est probablement passé compte tenu des données géochimiques que nous avons pu collecter», a déclaré le géochimiste Erick Cano de l’Université du Nouveau-Mexique. à Albuquerque raconte Mécaniques populaires dans un e-mail.

Bien que l’hypothèse de l’impact géant soit généralement acceptée, nous avons encore de nombreux mystères sur l’histoire de la lune.

Le plus grand défi pour les planétologues essayant de reconstituer l’histoire de la lune est que leurs indices proviennent de roches «très transformées», raconte Anthony Gargano, un autre géochimiste de l’Université du Nouveau-Mexique. Mécaniques populaires. La lune a subi des milliards d’années de changements depuis sa création. Notre satellite a connu la vaporisation, le magma et la cristallisation, qui ont tous transformé les roches.

🌝 Étudier la composition chimique de la Lune pour trouver des indices

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Heureusement, les technologies de mesure utilisées pour étudier la formation des planètes s’améliorent rapidement. Les scientifiques sont capables de mesurer les compositions chimiques d’une manière qu’ils ne pouvaient pas faire à l’époque d’Apollo. Par exemple, nous pouvons maintenant examiner une tranche de roche lunaire au microscope électronique ou même étudier un grain de poussière lunaire à l’aide de la tomographie par sonde atomique (APT). Cette technique distingue les différences de niveau atomique dans les matériaux.

La mesure des isotopes stables est également particulièrement instructive. L’oxygène, par exemple, se décline en variétés légères et lourdes, la version «lourde» ayant deux neutrons de plus dans son noyau atomique que la version «légère». Les quantités de chaque isotope présent sur les échantillons lunaires en disent plus sur les processus qui ont façonné l’environnement sur la lune.

Les premières études ont calculé la valeur moyenne des isotopes de l’oxygène dans la roche lunaire trouvée dans plusieurs régions différentes de la lune, dit Cano. Parce que ces études ont pris une moyenne des mesures, les scientifiques savent aujourd’hui que les résultats étaient trompeurs ; les mesures ont indiqué que la composition chimique de la lune était pratiquement identique à celle de la Terre, mais cette preuve va à l’encontre de l’idée d’une lune contenant des matériaux provenant d’un corps secondaire entrant en collision avec la Terre. Une explication pour justifier la composition chimique identique est que les impacts de météores ont délivré l’oxygène.

Grâce à une approche différente qui a examiné les mêmes échantillons, une étude en mars 2020 a dissipé la confusion. La preuveque Cano et d’autres chercheurs ont présenté dans Géoscience de la nature, ont examiné chaque échantillon séparément avec des outils de mesure de haute précision, trouvant des caractéristiques distinctes dans chacun. Les scientifiques ont conclu que la lune semble avoir des compositions d’isotopes d’oxygène différentes de notre planète.

Ces données, trouvées dans des échantillons du plus profond du manteau lunaire, à 30 miles sous la surface, soutiennent une histoire d’origine d’impact géant. De plus, cela en révèle plus sur la mystérieuse Theia. «Nos découvertes impliquent que les compositions isotopiques distinctes de l’oxygène de Theia et de la Terre n’ont pas été complètement homogénéisées par l’impact de la formation de la lune, fournissant ainsi des preuves quantitatives que Theia aurait pu se former plus loin du soleil que la Terre», notent les chercheurs dans leur article.

Une autre étude dirigée par la NASA en révèle également plus sur la géochimie de l’impact géant. Les planétologues savent que l’élément chlore se vaporise à basse température, ils ont donc utilisé du chlore pour suivre la formation des planètes. La terre a une abondance de chlore léger. En revanche, les roches lunaires examinées par les scientifiques contenaient davantage d’isotopes de chlore lourd. Une bonne explication est qu’au fur et à mesure que la Terre et la Lune se sont reformées après l’impact, la Terre au corps plus gros a retiré la majeure partie du chlore léger. «La perte de chlore de la lune s’est probablement produite lors d’un événement de haute énergie et de chaleur, ce qui indique la théorie de l’impact géant», a déclaré Gargano, l’un des principaux chercheurs, dans un rapport de la NASA. communiqué de presse. Le travail de l’équipe a été publié en septembre 2020 dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

🧪 D’où vient le carbone de la Lune ?

Récemment, des scientifiques de plusieurs universités japonaises et de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale ont découvert une surprise sur la lune sous la forme d’émissions d’ions carbone provenant de la surface de la lune. Ils ont utilisé les données recueillies lors de la KAGUYA mission, la deuxième mission du Japon pour explorer la lune depuis l’orbite. Lancé en 2007, il a créé le modèle topographique le plus détaillé que nous ayons de notre voisin rocheux à l’aide de 15 instruments différents. Les enquêtes sur les données recueillies pendant près de deux ans sur la géologie de la lune remettent en question les recherches antérieures sur des échantillons lunaires.

Les scientifiques pensaient auparavant qu’il n’y avait pas beaucoup de carbone sur la Lune, même si cet élément volatil influence normalement la formation et l’évolution des corps planétaires. Pourtant, les émissions de carbone estimées que KAGUYA a trouvées à la surface de la lune étaient bien plus importantes que prévu, selon des chercheurs signalé dans Avancées scientifiques en mai 2020. Les instruments ont montré que les ions carbone étaient répartis sur presque toute la surface lunaire. Par conséquent, il doit être indigène à la lune, ont conclu les chercheurs.

Cette preuve signifie que le carbone doit avoir été incrusté dans la lune lors de sa formation ou peu de temps après. L’étude note également que les plaines basaltiques de la lune émettent beaucoup plus d’émissions d’ions carbone que les hautes terres. C’est la preuve que le carbone existe sur la lune depuis des milliards d’années, plutôt que d’entrer plus tard à partir de sources extérieures telles que le vent solaire ou les météorites. Les instruments détectaient les émissions de carbone à un taux d’environ 5,0 × 10⁴ par centimètre carré par seconde, ce qui est bien supérieur à ce que le vent solaire et les micrométéoroïdes pourraient fournir, selon l’étude.

L’histoire de la lune prend encore forme

Javier Zayas PhotographieGetty Images

La même année, des chercheurs allemands ont découvert un autre élément convaincant de l’histoire, preuve que la lune a pris forme juste un quelques milliers d’années après le choc. le étudepublié en juillet 2020 dans la revue Avancées scientifiques, ont découvert que la matière éjectée de Thiea et de la Terre se condensait dans un océan de magma à 600 miles de profondeur. Il a fallu 150 à 200 millions d’années pour que cette roche liquide se cristallise complètement, selon les modèles de simulation informatique utilisés par les chercheurs dans cette étude. Les estimations précédentes indiquaient que la lune n’avait mis que 35 millions d’années à se refroidir en une croûte solide.

la Russie Missions Luna ont également collecté du matériel lunaire. La récente sonde chinoise Chang’e-5 a collecté des échantillons de la face cachée de la lune. La région d’où proviennent les roches d’Apollo n’est qu’une petite région de la lune, c’est donc comme essayer de reconstituer un puzzle géant alors que vous n’avez que quelques pièces, dit Cano.

Rassembler les données de toutes ces expériences et missions sera la clé pour brosser un tableau plus clair des expériences de la lune depuis sa naissance il y a 4,5 milliards d’années. Jusqu’à présent, nous n’avons pas accès aux données de certains de ces pays, comme la Chine.

«Même avec les échantillons et les données dont nous disposons actuellement, les scientifiques proposent toujours de nouvelles idées concernant les détails de la formation lunaire», a déclaré Cano.

Pourtant, une quantité écrasante de preuves chimiques existe pour soutenir l’hypothèse de l’impact géant, dit Gargano. À ce stade, le travail consiste à remplir les détails.

Canon est d’accord. «À mon avis, les données actuelles dont nous disposons sont suffisantes pour faire une hypothèse raisonnable sur l’origine de la lune. Cependant, afin de déterminer les détails spécifiques de sa formation, nous aurions probablement besoin de retourner sur la surface lunaire et de collecter plus d’échantillons et de faire une étude géologique plus approfondie », a déclaré Cano.

Nous n’aurons pas à attendre longtemps pour un autre lot d’échantillons lunaires pour éclairer nos questions persistantes sur la façon dont la lune est apparue. La NASA lancera un retour humain sur la lune d’ici 2024 avec le Mission Artémis.

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