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La Lune manque d'eau, Kaguya le confirme

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Par Laurent Sacco, Futura

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Dans une série de quatre articles, les chercheurs japonais font le bilan des observations et des mesures effectuées grâce à la sonde Kaguya-Selene, la plus importante mission lunaire depuis le programme Apollo, lancée en 2007. Comme le prédisait la théorie de sa formation, la Lune semble bien très pauvre en eau.

Une vue d'artiste de la mission Kaguya en orbite autour de la Lune. Crédit : Jaxa-Selene

Depuis la fin des expéditions Apollo, les données cosmochimiques et les progrès dans les simulations de la formation du système solaire ne cessent de donner de plus en plus de poids à un scénario précis pour la formation de la Lune. Il y a 4,533 milliards d'années, soit environ 34 millions d'années après la formation de la Terre, une petite planète de la taille de Mars (6.500 km de diamètre) aurait heurté la Terre. L'impact se serait fait tangentiellement, arrachant une partie du manteau terrestre. La violence du choc aurait conduit à la fragmentation complète et à une vaporisation importante de ce corps céleste qui a été baptisé Théia.

Cliquer pour agrandir. Une représentation d'artiste de la collision de Théia avec la Terre. Crédit : Fahad Sulehria

Probablement déjà différentié, le noyau ferreux de Théia se serait incorporé à celui de la Terre et un océan de magma aurait recouvert notre planète. Pendant ce temps, une partie du matériau du manteau terrestre et des restes de Théia seraient restés en orbite autour de la Terre où ils auraient fini par s'accréter pour former notre satellite. Bien que très crédible, cette théorie a encore besoin d'être étayée par des observations sur la nature géologique de la Lune. C'est une des raisons pour lesquelles la Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa) avait lancé la mission Selenological and Engineering Explorer (Selene), rebaptisée ensuite Kaguya.

Cliquer pour agrandir. Situé sur la face cachée de la Lune, le grand cratère Leibnitz 245 km de diamètre. En bas sur le bord à droite de l'image, le cratère Finsen (72 km). Sur le côté droit au milieu, le cratère Davisson (87 km). Crédit : Jaxa-NHK

En plus de nous ramener des images et des vidéos spectaculaires de la surface de la Lune et en particulier de sa face cachée, la sonde japonaise a poussé la cartographie et l'altimétrie lunaire jusqu'à un degré de précision sans égal. Son Laser ALTimeter (LALT) a permis de dresser une carte complète de la surface de la Lune avec une résolution de 1,5 kilomètre latéralement et de quelques mètres en altitude.

Précédemment, la mission américaine Clementine n'avait pas observé la totalité de la Lune et, de plus, les images récoltées présentaient des résolutions inégales, entre 20 et 60 kilomètres selon les régions. On sait maintenant que le point le plus élevé de la surface lunaire se trouve dans la partie sud du bassin Dirichlet-Jackson et le point plus bas dans le cratère Jackson.

Cliquer pour agrandir. Toujours sur la face cachée de la Lune, le cratère Titov (31 km) dans Mare Mascoviense. Crédit : Jaxa-NHK

La différence d'altitude entre ces deux points est de 19,81 km, supérieure à celle qui avait été déterminée jusqu'à présent. Cette meilleure connaissance de la topographie lunaire a fourni à elle seule une information précieuse. Le relief lunaire apparaît désormais plutôt rugueux, ce qui indique une croûte très rigide. Géologiquement, cette rigidité implique que l'eau est absente, même jusqu'à une grande profondeur. Sur la Terre, en effet, on sait que la tectonique des plaques, et donc une lithosphère capable de déformation et de mouvements, est reliée à la présence d'eau. Inversement, l'absence d'eau sur Vénus est aussi corrélée à une absence de tectonique des plaques.

Or, cette absence d'eau est précisément ce à quoi on doit s'attendre si la Lune provient bien de l'accrétion du matériau de Théia. Portée à de hautes températures par le choc, cette planète a dû perdre ses composants volatils dont, notamment, l'eau.


Cliquer pour agrandir. Une carte altimétrique de la Lune dressée d'après les mesures de Kaguya. Crédit : Jaxa-Selene
Cliquer pour agrandir. Une carte topographique de la Lune dressée d'après les mesures de Kaguya. Crédit : Jaxa-Selene

De quoi mieux comprendre l'histoire de notre satellite

La face cachée de la Lune nous étant perpétuellement invisible, il était impossible de suivre précisément les orbites des sondes lunaires. En conséquence, la connaissance précise du champ de gravitation lunaire, en particulier sur la face cachée, était fragmentaires. La sonde Kaguya et sa petite sœur laissée en orbite, Okina, ont permis pour la première fois d'effectuer des mesures gravimétriques précises. On va donc pouvoir affiner les modèles de l'intérieur de la Lune et donc aussi les scénarios de sa formation.

On savait déjà que, très curieusement, la face cachée est différente de la face visible, aussi bien du point de vue de son altitude moyenne que de son taux de cratérisation. Les mesures gravimétriques ont ajouté à la perplexité des sélénologues. En effet, si la face visible, notamment au niveau des mers, montre des anomalies positives de gravité, causées par des matériaux plus denses, la face cachée présente, elle, des anomalies négatives de gravité, en particulier au niveau des anneaux des cratères. Reliées à des remontées de matériaux mantelliques et au comportement de la croûte différents dans les deux hémisphères, ces observations donnent aux chercheurs des indications sur l'histoire thermique de la Lune.

 
Le cratère Apollon sur la face cachée de la Lune, d'un diamètre de 500 km. En rouge, les anomalies de gravité positives et en bleu les négatives. Crédit : Jaxa-Selene.
La Mer de la Sérénité sur la face visible de la Lune, d'un diamètre de 500 km. En rouge, les anomalies de gravité positives et en bleu les négatives. Crédit : Jaxa-Selene

De même, la meilleure résolution des images (10 m/pixel) a permis de détecter de nouveaux petits cratères et donc d'affiner la mesure du taux de cratérisation des terrains lunaires. Ce dernier étant lié à l'âge des terrains (plus ils sont jeunes moins ils sont cratérisés), on peut aussi affiner la chronologie lunaire. Ainsi, des zones volcaniques autrefois datées de -3 milliards d'années se sont révélées plus jeunes, en l'occurrence -2,5 milliards d'années.

Là aussi, il s'agit de renseignements précieux sur l'histoire thermique et donc l'histoire tout court de notre satellite. Ces résultats font l'objet de quatre publications dans la revue Science (voir les liens au bas de cette page).

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