Des chercheurs de la Nasa (États-Unis) viennent de découvrir des quantités de métal inattendues dans le sous-sol de la Lune. Une découverte qui pourrait permettre de préciser la théorie de la formation de notre satellite naturel. © SkyLine, Adobe Stock

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Faut-il revoir le scénario de la formation de la Lune ?

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Comment la Lune s'est-elle formée ? La question n'est toujours pas résolue. Et des chercheurs apportent aujourd'hui à ce sujet, de nouvelles informations qui pourraient bien remettre en cause la théorie la plus populaire à ce sujet.

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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. 

La Lune se serait formée suite à la collision de la Terre avec un corps de la taille de Mars, nommé Théia. C'est l'hypothèse la plus communément admise par les astronomes. Mais la découverte de chercheurs de la Nasa pourrait bien remettre en cause ce scénario. Alors qu'ils fouillaient les cratères de notre satellite naturel en quête de glace cachée, ils ont trouvé des quantités de métaux inattendues.

Avec pour objectif de localiser de la glace, les astronomes mesuraient la constante diélectrique -- soit la capacité relative d'un matériau à transmettre des champs électriques -- du sol de cratères lunaires de l'hémisphère nord à l'aide d'un instrument de la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) -- le Miniature Radio Frequency (Mini-RF). Et c'est alors qu'ils ont fait une découverte surprenante. Pour des cratères de deux à cinq kilomètres de diamètre, la constante diélectrique augmente régulièrement avec la taille du cratère. En revanche, pour des cratères dont le diamètre est compris entre cinq et 20 kilomètres, la constante ne varie pas.

Dans le sous-sol de la Lune, des oxydes de fer et du titane en quantité

Quel lien avec la quantité de métal dans le sous-sol de la Lune ? Comme les météores qui forment les plus grands cratères sont ceux qui creusent la surface le plus en profondeur, les astronomes ont imaginé que ces valeurs de constante diélectrique élevées pourraient signer la présence, dans le sous-sol, d'oxydes de fer et de titane en quantité. Ainsi, seules les premières centaines de mètres sous la surface seraient pauvres en métaux.

Une hypothèse que les chercheurs ont pu confirmer grâce à la caméra grand-angle de la sonde LRO, la mission japonaise Kaguya et la mission Lunar Prospector. Les plus grands cratères sont plus riches en métaux. Ce qui suggère qu'à des profondeurs comprises entre 0,5 et deux kilomètres, on trouve, sur la Lune, plus d'oxydes de fer et de titane qu'à des profondeurs de 0,2 à 0,5 kilomètre.

Après plus de dix années à explorer la Lune, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la Nasa (États-Unis) continue à fournir aux astronomes des données précieuses. © Nasa Goddard, YouTube

Un scénario de formation de la Lune à revoir

Voilà donc qui pourrait chambouler le modèle actuel de la formation de la Lune. La plupart des astronomes pensent en effet qu'il y a environ 4,5 milliards d'années, une collision avec une protoplanète nommée Théia a projeté une grande partie de la croûte supérieure de la Terre en orbite. Mais cette croûte est réputée pauvre en métaux. Et les scientifiques savaient déjà que les concentrations lunaires ne correspondaient pas tout à fait. Ces travaux montrent que la différence pourrait être encore plus importante que ce qu'ils imaginaient.

D'autres hypothèses de formation de la Lune doivent donc être explorées. La collision avec Théia a peut-être été plus violente que ce que pensaient les astronomes. Et elle a arraché à notre Planète, des morceaux plus profonds et plus riches en métaux. La collision a aussi pu se produire lorsque notre planète était encore très jeune et couverte de magma. Mais cette concentration inattendue en métaux pourrait aussi s'expliquer par un processus de refroidissement complexe de la surface lunaire.

Pour éliminer les hypothèses et enfin comprendre comment la Lune s'est formée, les astronomes devront en apprendre encore plus que la quantité et la répartition des métaux dans le sous-sol lunaire. Ils ont d'ailleurs déjà commencé à explorer les cratères de l'hémisphère sud de notre satellite naturel.

Pour en savoir plus

La Lune cache une énorme masse métallique sous son plus grand cratère

Des chercheurs ont découvert une anomalie de masse dans la croûte lunaire. Mais inutile d'aller imaginer une immense base extraterrestre enfouie sous la surface. Selon les chercheurs, cette anomalie serait tout simplement le résultat d'un impact d'astéroïde.

Article de Nathalie Mayer paru le 10/06/2019

La face cachée de la Lune n’a pas encore livré tous ses secrets. Des chercheurs viennent d’y découvrir une anomalie de masse. © Nasa/LRO/Nasa's Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio

« Une masse inattendue et considérable. » C'est ce que des scientifiques de l'université Baylor (États-Unis) ont découvert sur la Lune alors qu'ils cherchaient à mesurer les subtils changements de l'intensité de la gravité autour de notre satellite naturel. Où ? À des centaines de kilomètres sous le bassin Pôle Sud-Aitken, sur la face cachée de la Lune, donc.

Mais pas de quoi enflammer les imaginations. Car les chercheurs ont une explication. Il pourrait en effet s'agir d'une masse de métal provenant de l'impact de l'astéroïde qui s'est écrasé là pour former le cratère. Selon Peter James, professeur en géophysique planétaire, « un tas de métal cinq fois plus grand que la grande île d'Hawaï ».

Rappelons que le bassin Pôle Sud-Aitken est, non seulement le plus grand bassin d'impact de la surface de la Lune, mais aussi le plus grand de notre Système solaire. Il ne mesure pas moins de 2.500 kilomètres de diamètre et 13 kilomètres de profondeur.

Sur cette photo en fausses couleurs de la face cachée de la Lune, les zones les plus élevées sont représentées par des couleurs chaudes et les zones les plus basses, par des couleurs froides. Le cercle en pointillé délimite l’emplacement de l’anomalie de masse détectée par les chercheurs de l’université Baylor (États-Unis). © Nasa, Goddard Space Flight Center, Université de l’Arizona

Le résultat d’un impact

L'énorme masse excessive trouvée par les chercheurs de l'université Baylor pourrait résulter d'une concentration importante d'oxydes particulièrement denses. Celle-ci aurait pu se produire dans la dernière phase de la solidification du magma lunaire. Un magma lui-même issu de l'impact du planétoïde Théia avec notre Terre et qui aurait donné naissance à la Lune.

Des simulations informatiques confirment plutôt une autre hypothèse. Les chercheurs montrent en effet que, dans certaines conditions, au moment de l'impact, le noyau de fer et de nickel d'un gros astéroïde peut se voir dispersé dans le manteau supérieur - la couche qui se trouve entre la croûte et le noyau - de la Lune. « Nos calculs suggèrent qu'un noyau suffisamment dispersé a tout à fait pu rester suspendu dans le manteau jusqu'à aujourd'hui au lieu de sombrer vers le noyau de la Lune », explique Peter James.

Un extraordinaire laboratoire naturel

Quoi qu'il en soit, Peter James estime que le bassin Pôle Sud-Aitken constitue « l'un des meilleurs laboratoires naturels pour l'étude des événements catastrophiques ». Celui-ci, en effet, s'est formé il y a environ 4 milliards d'années et a été incroyablement bien conservé. Son étude apparaît par ailleurs importante en vue des prochaines missions lunaires de la Nasa dans cette zone.

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