Une vue d'artiste de la sonde Ladee autour de la Lune. © Nasa/Ames/Dana Berry

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Sur la Lune, les pluies de météorites libèrent l'eau du sol

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La mission Ladee de la Nasa avait pour but d'étudier l'atmosphère ténue de la Lune. Elle a révélé des pics dans la présence de molécules d'eau qui sont provoqués par des chutes de petits corps, notamment au moment où se produisent également sur Terre les pluies d'étoiles filantes.

Il y a plus de 50 ans Arthur Clarke avait prophétisé l'essor des télécommunications mondiales et l'arrivée du Web dont on a fêté les 30 ans cette année. Le coauteur du mythique 2001 : l'Odyssée de l'espace n'a pas été aussi chanceux en ce qui concerne la colonisation de l'espace ni même les progrès de l'informatique puisque nous ne disposons toujours pas d'une base lunaire, pas plus que de l'équivalent de Hal 9000, l'IA forte de 2001. Mais peut-être n'en sommes-nous qu'à quelques décennies.

Pour des colons lunaires, l'existence d'importantes ressources en eau in situ serait un gage de sécurité pour une base permanente. Or, il se trouve que déjà du temps d'Arthur Clarke, dans les années 1960 au moins, l'idée avait été proposée que l'on puisse en trouver dans certains cratères polaires de la Lune car ils sont partiellement plongés dans l'obscurité depuis des millions voire des milliards d'années. Pourquoi ? Tout simplement parce qu'il a dû se produire de nombreuses chutes de comètes pendant l'histoire de la Lune, même après le Grand bombardement tardif. Ces chutes ont dû vaporiser l'eau contenue dans ces comètes et une partie ne se serait pas échappée dans l'espace interplanétaire. Lentement mais sûrement, ces molécules d'eau dans l'atmosphère lunaire se seraient ensuite condensées dans les cratères polaires, perpétuellement à très basses températures.

L'idée qu'il puisse exister une atmosphère lunaire peut surprendre, étant donné la faible gravité de la Lune et l'impact du vent solaire, mais tel est pourtant le cas et nous en avons des indications au moins depuis la mission Apollo 17 avec l'instrument Lunar Atmospheric Composition Experiment (Lace). Les données de l'époque ont ensuite été confortées et étendues, de sorte que l'on sait qu'une atmosphère existe (avec notamment des atomes de sodium et de potassium mais aussi d'argon et d'hélium) bien qu'elle soit en fait très semblable à l'exosphère de la Terre plus ou moins à l'altitude de l'ISS. C'est donc, en fait, un très bon vide selon les critères des laboratoires terrestres.

Une explication des découvertes de Ladee. 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

Une source pour la glace des cratères polaires ?

On pense que des atmosphères similaires sont aussi présentes autour de certains petits corps dans le Système solaire. Toujours est-il que la Nasa a consacré une mission spéciale à une étude plus poussée de l'atmosphère lunaire avec la sonde Ladee pour Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer. Partie en 2013, la sonde évoluait à une très faible altitude, de 20 à 150 kilomètres de la surface lunaire et étudiait aussi la présence de poussières.

Sa mission s'est terminée, comme prévu, en 2014 et aujourd'hui un groupe de chercheurs vient de publier dans Nature Geosciences une découverte plutôt étonnante. Ils ont découvert des pics de la présence de molécules H2O et OH dans l'atmosphère lunaire et ces pics sont liés aux périodes où la Terre passe dans les tubes de poussières cométaires produisant les pluies d'étoiles filantes. On voit clairement, par exemple, les Géminides de décembre.

Mais de façon surprenante, on voit aussi des pics, précisément les 9 janvier, 2 avril, 5 avril et 9 avril 2014 qui eux ne correspondent à aucune pluie d'étoiles filantes connue sur Terre.

Les chercheurs donnent l'interprétation suivante aux données de Ladee. Lorsque des météorites sont suffisamment massives pour pénétrer à au moins 8 centimètres de profondeur (d'un diamètre de 5 millimètres au moins), l'énergie libérée notamment sous forme d'onde de choc peut conduire à la libération des molécules d'H2O et OH qui commencent à être présentes de façon significative. La couche de régolite supérieure étant beaucoup plus pauvre en ces molécules.

Nous ne connaissons pas très bien l'origine de cette eau mais il y a gros à parier qu'elle soit ancienne, et on peut montrer que les molécules libérées ne sont pas majoritairement issues des petits corps célestes qui sont la cause de cette libération. La quantité présente dans le sol lunaire est de toute façon faible ; d'après les données de Ladee, en moyenne, il faudrait une tonne de régolite pour extraire un demi-litre d'eau.

Par contre, si les deux tiers des molécules libérées partent dans l'espace, un tiers doit rester dans l'exosphère. C'est une information intéressante pour mieux estimer la quantité d'eau qui doit se trouver piégée dans les cratères polaires et donc à prendre en compte dans les projets de colonisation de la Lune.

  • La Lune possède une atmosphère mais elle est très ténue et ressemble à l'exosphère de la Terre à l'altitude de l'ISS.
  • La composition de cette atmosphère a été étudiée par la sonde Ladee de la Nasa.
  • On pense qu'elle ressemble aussi à celle autour d'autres corps célestes comme Mercure ou Vesta.
  • Dans le cas de la Lune, on y a découvert des pics de molécules d'eau provenant du régolite lunaire au moment de l'impact de petits corps célestes dont certains sont aussi à l'origine des étoiles filantes sur Terre.
  • Les Géminides se produisent donc aussi sur la Lune.
  • L'eau libérée par les impacts est ancienne et elle contribue peut-être à la formation des glaces dans les cratères polaires lunaires.
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