Une célèbre vue du géologue Harrison Schmitt proche du rocher de Tracy lors de la mission Apollo 17. © Nasa
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Eau sur la Lune : la Nasa pense avoir résolu une énigme

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[EN VIDÉO] La Lune comme vous ne l'avez jamais vue !  Découvrez la Lune en 4K à travers les yeux de la sonde LRO. Cette dernière, qui vient de fêter ses 10 ans, nous livre des images très détaillées de plusieurs régions de notre satellite. Ici, le cratère Tycho et les pentes de sa montagne centrale surmontée d’un rocher solitaire ; là, le vaste réseau de cratères au pôle sud, à l’intérieur du plus ancien bassin d’impact de la Lune. Un régal pour les yeux. Une balade à savourer en plein écran. 

L'année dernière, la Nasa annonçait la détection d'eau presque partout sur la Lune via le télescope à infrarouge aéroporté Sofia. On pensait que la présence d'eau était nécessairement limitée au fond de certains cratères lunaires, dans l'ombre, sous forme de glace. On pense comprendre maintenant pourquoi il n'en serait rien.

Les déclarations de Jeff Bezos ont défrayé la chronique dernièrement après le succès de son vol suborbital. Comme Futura l'expliquait dans un article à ce sujet, Bezos entend relancer l’intérêt pour les colonies spatiales de Gerald O’Neill et faire avancer les recherches à leur sujet. Rappelons que pour faire ces colonies il n'est évidemment pas question de les fabriquer à partir de matériaux arrachés à la surface de la Terre et encore moins de mettre en orbite à partir de notre Planète bleue des usines déjà existantes.

Le puits de gravité de la Terre étant bien trop coûteux en carburant pour ceux qui veulent s'en évader (ce serait bien pire sur une superterre), les matériaux doivent être extraits de la Lune et des astéroïdes par des pionniers et très certainement des robots doués d’IA qu'ils fabriqueront massivement par une sorte de processus autocatalytique (les robots servant à fabriquer des robots en suivant une logique proche de celle des machines auto-reproductices de von Neumann).

Que ce soit pour la fabrication des colonies ou pour la production industrielle qu'elles permettraient, tout serait largement décarboné car basé sur l'énergie solaire disponible en abondance dans l'espace. Une fois le processus amorcé, il serait donc largement indépendant de la Terre et de son économie et une fois son but atteint, il pourrait à l'inverse contribuer à changer bien des choses sur Terre.

Mais ça c'est la théorie, et de plus une théorie basée sur des estimations à la Fermi. En pratique, d'ici quelques décennies on pourrait fort bien découvrir qu'il y a en réalité des verrous technologiques et physiques absolument insurmontables.

Comme le montre cette courte vidéo, les matériaux permettant la construction de colonies spatiales sont tirés d'une colonie lunaire, là où la gravité est faible en comparaison de la Terre. © Erik Wernquist

De l'eau dans le régolite lunaire d'un pôle à l'autre

Bien évidemment aussi, ces colonies ne nous concernent en rien pour résoudre les graves problèmes environnementaux et énergétiques auxquels nous sommes confrontés aujourd'hui à l'horizon des scénarios du Club de Rome. Il faudra les résoudre avant, comme Bezos l'a expliqué, car même en supposant que ces colonies soient vraiment réalisables et importantes pour relever les défis de l'Humanité, leur construction ne pourrait commencer que lors de la seconde moitié du XXIe siècle et même plutôt vers sa fin.

Reste que déjà pour des petites colonies lunaires avant, débroussaillant le chemin menant à ces colonies, il faudrait pouvoir disposer d'oxygène, d'hydrogène et d'eau ne venant pas de la Terre car le prix et la quantité d'énergie nécessaire dans le cas contraire sont clairement exorbitants pour le moment. Heureusement, on a de bonnes raisons de penser qu'il existe de la glace d'eau dans certains cratères, partiellement éternellement dans l'ombre, au niveau des pôles lunaires. Les raisons sont d'abord théoriques et soutenues par des simulations sur ordinateur.

En effet, des petites comètes tombant depuis des milliards d'années sur la surface de la Lune vont libérer de la vapeur d'eau en raison de la chaleur dégagée par un impact sur le sol lunaire, l'injectant dans l'atmosphère de la Lune. Celle-ci est bien réelle bien que quasiment inexistante, sa densité n'excédant pas le cent-millionième de celle de la Terre.

Une large partie va rapidement échapper à la faible attraction lunaire mais les molécules se trouvant dans l'ombre des cratères polaires vont s'y déposer sous forme de glace au cours des milliards d'années, couche après couche. De fait, des missions comme celle de la sonde LCROSS (Lunar Crater Remote Observation and Sensing Satellite) et LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) ont bien livré des observations suggérant la présence de glace aux pôles lunaires.

Toutefois, les simulations excluaient la présence d'eau et bien sûr de glace sur le reste de la surface lunaire, périodiquement ensoleillée. Ce fut donc une surprise lorsque d'autres observations et notamment celles fournies par le Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia) montraient, elles, une quasi-omniprésence de l'eau sur la surface de la Lune comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous.

La Lune est recouverte de cratères et de roches, créant une « rugosité » de surface qui projette des ombres, comme le montre cette photographie de la mission Apollo 17 de 1972. Ces ombres froides peuvent permettre à la glace d'eau de s'accumuler sous forme de givre même pendant la journée lunaire. © Nasa

Des ombres froides à -210 °C

Pour résoudre cette énigme, les planétologues ont d'abord avancé comme hypothèse que de l'eau se retrouvait piégée dans des gouttelettes de roches fondues à l'occasion de l'impact de corps célestes en contenant, notamment des comètes. Sans cette protection, les simulations de l'évolution de la température à la surface de la Lune sous l'effet du rayonnement du Soleil montraient que le givre pouvant s'être formé durant la nuit lunaire allait se sublimer très rapidement en début de journée (pour mémoire, un jour lunaire vaut 14 jours terrestres).

Sauf que dans un tel scénario, on ne peut pas comprendre pourquoi les observations montrent tout de même une certaine décroissance de la présence d'eau au fur et à mesure que l'on se rapproche du midi lunaire et une croissance dans l'après-midi, ce qui suggère une circulation des molécules d'eau du régolite lunaire vers son atmosphère (qui ressemble physiquement à ce que l'on appelle l'exosphère dans le cas de la Terre) et ensuite en sens inverse.

Une autre explication a donc été avancée par Björn Davidsson et Sona Hosseini, tous deux membres du mythique Jet Propulsion Laboratory de la Nasa en Californie du Sud, comme ils l'expliquent dans un article publié dans la célèbre revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Cette illustration fait un zoom sur la zone encadrée indiquée sur la photo précédente, montrant comment les ombres permettent à la glace d'eau de survivre sur la surface lunaire éclairée par le Soleil. Lorsque les ombres se déplacent alors que le Soleil passe au-dessus du zénith, le givre exposé persiste suffisamment longtemps pour être détecté par les engins spatiaux. © Nasa, JPL-Caltech

Elle fait intervenir une modélisation nettement plus fine de la surface lunaire au point de prendre en compte les ombres projetées par tout le relief, jusqu'à descendre à l'échelle de simple caillou et bloc rocheux comme ceux que l'on peut voir sur l'image d'Apollo 17 ci-dessus. Comme la surface lunaire est plongée dans une exosphère, il n'existe pas de mécanisme vraiment efficace de redistribution de la chaleur tendant vers l'équilibre thermique assuré par une atmosphère dense et ses courants. Il existe donc des contrastes de température saisissants en plein jour lunaire.

Dans une région à l'ombre, la température peut tomber à -210 °C alors qu'elle se maintient à 120 °C juste à côté en pleine lumière. Voilà de quoi stocker temporairement de l'eau sous forme de givre.

Au fur et à mesure que le Soleil parcourt le jour lunaire, ce givre de surface qui peut s'accumuler dans ces zones froides et ombragées serait donc lentement exposé à la lumière du Soleil. Il se mettrait donc bien ensuite en place un cycle avec l'exosphère de la Lune. « Le givre est beaucoup plus mobile que l'eau emprisonnée », a déclaré Bjorn Davidsson dans un communiqué de la Nasa où Sona Hosseini explique que « si l'eau est disponible sous forme de givre dans les régions ensoleillées de la Lune, les futurs explorateurs pourraient l'utiliser comme source de carburant et d'eau potable. Mais d'abord, nous devons comprendre comment l'exosphère et la surface interagissent et quel rôle cela joue dans le cycle ».

Les deux chercheurs soulignent également que leur nouvelle étude pourrait nous aider à mieux comprendre le rôle que jouent les ombres dans l'accumulation de glace d'eau et de molécules de gaz au-delà de la Lune, comme sur Mars ou même sur les particules des anneaux de Saturne.

Une hypothèse pour expliquer la présence d'eau sur la surface de la Lune est que les molécules sont piégées dans la matière lunaire (à gauche). Mais une nouvelle étude postule que les molécules d'eau (à droite) restent sous forme de givre à la surface dans les ombres froides et se déplacent vers d'autres endroits froids via la fine exosphère lunaire comme l'illustre ce schéma. © Nasa, JPL-Caltech
Pour en savoir plus

La Nasa a découvert de l'eau partout sur la Lune !

Article de Laurent Sacco publié le 01/11/2020

Comme prévu, la Nasa vient bien d'annoncer la détection d'eau sur la Lune via le télescope à infrarouge aéroporté Sofia. La détection d'eau sur notre satellite n'est pas en soi une nouveauté mais cette fois-ci, c'est bien la confirmation solide que cette eau n'est pas limitée au fond de certains cratères lunaires, dans l'ombre, sous forme de glace. Elle pourrait être omniprésente à la surface de la Lune.

Il y a plus de 10 ans déjà les analyses des données fournies par les sondes Chandrayaan-1 et Epoxi laissaient penser que la surface lunaire contiendrait l'équivalent d'un demi litre d'eau par hectare en moyenne, selon l'un des chercheurs auteurs de cette découverte, le Français Olivier Groussin, du Laboratoire d'astrophysique de Marseille.

La signature de molécules d'eau dans le domaine de l'infrarouge semblait avoir été obtenue par les instruments des sondes spatiales survolant la Lune, notamment celui nommé Moon Mineralogy Mapper équipant Chandrayaan-1. Rappelons que, sur Terre, l'atmosphère est presque opaque dans la bande où cette signature spectrale serait observable. Mais, avec un télescope à infrarouge emporté par un avion en haute altitude -- comme c'est le cas avec le Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia) à bord d'un Boeing 747 SP développé par la Nasa et l'agence spatiale allemande --, tout change. On pouvait donc espérer confirmer cette découverte et c'est bien ce que Futura pensait en annonçant la semaine dernière que la Nasa allait faire l'annonce d'une découverte concernant notre satellite naturel comme on peut le voir dans le précédent article ci-dessous.

L'annonce est spectaculaire au moins sur un aspect car, outre une confirmation de la présence d'eau dans le régolite lunaire, l'article exposant les travaux de chercheurs de la Nasa dans Nature Astronomy explique que les molécules de H2O ont été identifiées dans un cratère mythique pour tous les fans de 2001, l'Odyssée de l'espace, le cratère Clavius !

Les observations de Sofia le prouvent : il y a de l'eau dans le régolite lunaire. En tout cas, au moins dans le sol du mythique cratère Clavius. © Nasa

De l'eau partout pour les colons lunaires ?

C'est l'un des plus célèbres cratères lunaires, le deuxième par la taille avec 225 kilomètres de diamètre et il est situé à proximité du pôle sud avec des sommets sur ses bords pouvant atteindre les 4.600 mètres d'altitude. Dans son roman, Arthur Clarke situe précisément la base lunaire permanente des USA dans ce cratère. Ce n'est pas un hasard car on spéculait déjà dans les années 1960, sur la possibilité que de l'eau gelée, vestige d'un intense bombardement cométaire, pouvait se trouver au niveau des pôles au fond de certains cratères lunaires perpétuellement dans l’ombre et donc bien au-dessous de 0 °C depuis des milliards d'années. Cela a été confirmé par des missions lunaires comme celle de Chandrayaan-1 Lcross (Lunar Crater Remote Observation and Sensing Satellite) .

On peut donc trouver dans les cratères très proches des pôles lunaires de l'eau pour des colons. Mais le cratère Clavius lui-même est tout de même un peu loin du pôle sud et c'est donc une surprise d'y trouver des molécules de H2O dans des régions généralement exposées à la lumière du jour lunaire comme l'expliquent les chercheurs. Et il s'agit bien de molécules d'H2O.

Comme l'explique Casey Honniball, l'auteur principal de l'article publié dans Nature Astronomy, il y avait bien depuis des années des indications de la présence d'eau un peu partout sur la surface de la Lune mais il était difficile de dire s'il s'agissait de molécules d'H2O ou hydroxyle sous la forme OH. Mais les observations de Sofia semblent trancher maintenant en faveur de la première hypothèse. La quantité d'eau présente est cependant modeste car le sable du Sahara en contient environ 100 fois plus en moyenne.

Une présentation résumée de la découverte de la Nasa. 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's Ames Research Center

L'origine de cette eau n'est pas encore très claire. Elle pourrait avoir été apportée par le flux de micrométéorites frappant constamment le régolite lunaire ou être le produit d'un processus en deux étapes par lequel le vent solaire fournit de l'hydrogène à la surface lunaire et ensuite, y provoque une réaction chimique avec des minéraux contenant de l'oxygène dans le sol pour créer des radicaux hydroxyles, lesquels vont ensuite se transformer en molécules d'H2O.

Les chercheurs s'interrogent aussi sur la manière dont ces molécules sont piégées dans le sol lunaire. Parmi les hypothèses envisagées, il y a celle où l'eau pourrait être piégée dans de minuscules structures en forme de perle qui se forment à cause de la chaleur élevée créée par les impacts de micrométéorites, créant donc des gouttes de magma qui se refroidissent vite en piégeant les molécules d'H20.

Voilà de passionnantes questions à étudier avec la mission Artemis et de nouvelles perspectives pour la colonisation lunaire.


La Nasa va-t-elle annoncer la découverte d'un monolithe noir sur la Lune ?

Article de Laurent Sacco publié le 23/10/2020

Lundi prochain, la Nasa annoncera la nature d'une découverte importante faite sur la Lune et qui concerne le programme d'exploration lunaire des prochaines décennies, donc avec Artemis. Futura pense savoir de quoi il s'agit...

Voilà quelques jours, la Nasa a fait savoir qu'elle allait annoncer une découverte excitante concernant la Lune le lundi 26 octobre 2020 en fin d'après-midi, heure de Paris. On aimerait qu'elle révèle enfin qu'elle possède une base lunaire permanente depuis 1999 sur notre satellite naturel et qu'un monolithe noir, preuve de l'existence d'une civilisation extraterrestre technologiquement hyper avancée, y a été découvert en 2001, comme le montre cette vidéo de Stanley Kubrick qui a fuité grâce à Arthur Clarke, qui n'est pas mort mais a profité de la gravité réduite sur la Lune pour devenir plus que centenaire et en bonne santé.

Un célèbre extrait de 2001, l'Odyssée de l'espace. © Metro-Goldwyn-Mayer

Hélas, la nouvelle ne devrait concerner que des observations faites dans l'infrarouge avec le télescope à bord du Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia). Il s'agit d'un instrument aéroporté par un Boeing 747 SP développé par la Nasa et l'agence spatiale allemande.

En montant à haute altitude, l'avion peut ainsi se retrouver dans des régions de l'atmosphère plus pauvres en eau et donc s'affranchir dans une certaine mesure des effets délétères de cette molécule sur les observations dans le domaine de l'infrarouge. Plutôt que d'envoyer un télescope dans l'espace, tel Spitzer, celui de Sofia, avec son miroir principal de 2,5 mètres de diamètre, est alors suffisant pour faire certaines observations qui comprennent l'étude de la composition de l'atmosphère des planètes du Système solaire et de leur surface. On peut également grâce à lui étudier les comètes, ainsi que la physique et la chimie du milieu interstellaire, là où se forment des étoiles.

Une présentation de l'Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge, en anglais Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (Sofia). 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 Armstrong Flight Research Center

De la glace d'eau aux pôles lunaires ?

Il n'est probablement pas difficile de deviner ce que Sofia a découvert sur la Lune. Le plus spectaculaire serait sans doute l'observation d'une éruption volcanique transitoire mais parions plutôt sur la présence d'eau sous forme de glace dans certaines régions lunaires.

En effet, la Nasa ne fait pas mystère que parmi les experts invités pour présenter sa découverte ce lundi, il y aura Casey Honniball, postdoctorante au Goddard Space Flight Center de la Nasa (Greenbelt, Maryland).

Google et la toile mondiale fournissent rapidement à son sujet des informations qui laissent peu de doutes à avoir. Casey Honniball a en effet passé sa thèse de doctorat sur la possibilité de détecter de l'eau sur la Lune grâce aux observations dans l'infrarouge possibles avec Sofia. Un des articles que l'astronome a publié est très révélateur également.

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