La plupart des planètes du système solaire ont des satellites. Par exemple, Mars a deux lunes, Jupiter 79 et Neptune 14. Certaines sont glacées, d’autres sont rocheuses, d’autres encore sont géologiquement actives, mais il y a aussi celles qui sont peu ou pas actives.
Mais comment sont-ils arrivés là ? Se sont-ils tous formés de la même manière ? Que peuvent-ils nous dire sur les origines de notre voisinage cosmique ?
Il n’est pas nécessaire d’aller très loin pour que les questions se posent. Nous ne savons pas encore exactement comment notre satellite s’est formé, même si la théorie la plus acceptée est qu’un corps de la taille de Mars, appelé Theia, est entré en collision avec la proto-Terre.
Notre planète a fini par être « l’aînée » de cette collision, et a conservé suffisamment de chaleur pour devenir tectoniquement active. Cependant, la plus petite Lune s’est probablement refroidie plus rapidement et a été géologiquement gelée. Cependant, depuis les missions Apollo, on connaît une certaine activité sur la Lune, ce qui contredit cette explication. Alors que se passe-t-il ?
Activité géologique
Une nouvelle recherche publiée dans « Nature Geoscience » suggère que cela est dû au fait que les éléments radioactifs ont été distribués d’une manière particulière après que la collision catastrophique ait formé la Lune.
Au moment de la collision, les composants de Theia et de la proto-terre étaient mélangés. Puis, ils se sont séparés rapidement en quelques millions d’années. Grâce à la dynamique de la collision qui a formé le système Terre-Lune, la Terre a la capacité de retenir les substances volatiles telles que l’eau ou les gaz qui forment l’atmosphère, et d’avoir suffisamment de chaleur interne pour maintenir le volcanisme et la tectonique planétaire à long terme.
Des décennies d’observations ont montré que l’histoire lunaire était beaucoup plus dynamique que prévu, l’activité volcanique et magnétique n’ayant eu lieu qu’il y a un milliard d’années, bien plus tard qu’on ne le pensait à l’origine.
Et cette séparation a également contribué au fait que les faces visibles et cachées de la Lune sont très différentes. Sur la face proche de la Terre, on peut voir à l’œil nu des taches sombres et claires.
Les premiers astronomes ont appelé ces régions sombres « maria », qui signifie « mers » en latin, pensant qu’il s’agissait bien de masses d’eau. Mais grâce aux télescopes, les scientifiques ont pu découvrir, il y a plus d’un siècle, qu’il ne s’agissait pas vraiment de mers, mais plutôt de cratères ou d’éléments volcaniques. Et, à cette époque, la science supposait que l’autre côté, la face cachée, était le même. Mais ce n’était pas le cas.
Le côté qui cache l’origine de la Lune
À la fin des années 50 et au début des années 60, des sondes spatiales non habitées lancées par l’URSS ont montré les premières images de l’autre côté de notre satellite, ce qui a surpris les scientifiques : il n’avait presque pas de « mers ».
Seulement 1% de la face éloignée était couverte de « pot » contre 31% pour la face proche. En outre, la croûte est plus épaisse, avec une composition différente sur la face proche. La surface est également beaucoup plus pâle, avec moins de taches de basalte et de cratères.
Cela a été interprété comme signifiant que les coulées de basalte de la face proche couvraient une grande partie des cratères de la Lune, mais la raison pour laquelle la face proche avait une activité volcanique plus importante que la face lointaine a été un assez grand mystère que les scientifiques lunaires ont voulu résoudre.
De plus, il y a quelque chose de plus particulier du côté visible : une région géochimiquement étrange appelée Procellarum KREEP Terrane.
Le mystérieux KREEP
Avec la collecte des échantillons des missions Apollo, les scientifiques ont rapidement découvert que l’obscurité relative de ces plaques était due à leur composition géologique et était en fait attribuable au volcanisme.
Ils ont également identifié un nouveau type de signature rocheuse qu’ils ont appelé KREEP : une abréviation pour la roche enrichie en potassium (symbole chimique K), les éléments du groupe des terres rares (REE, qui comprend le cérium, le dysprosium, l’erbium, l’europium et d’autres éléments rares sur Terre) et le phosphore (symbole chimique P), qui était associé aux mers.
Il contient également des éléments tels que l’uranium et le thorium, dont la désintégration radioactive génère de la chaleur.
Ce terrane Procellarum KREEP semble être associé aux plaines basaltiques, et il a été précédemment démontré que ses propriétés de génération de chaleur pourraient avoir un rapport avec un volcanisme important du côté visible.
En fait, la modélisation thermique de l’intérieur de la Lune suggère que la désintégration radioactive du potassium, du thorium et de l’uranium pourrait avoir fourni une source de chaleur sur la face proche pendant des milliards d’années.
Mélange de KREEP et de Moon Rocks
Aujourd’hui, une équipe internationale de scientifiques de l’Institut des sciences de la vie terrestre de l’Institut de technologie de Tokyo, de l’Université de Floride, de la Carnegie Institution of Science, de l’Université de Towson, du Johnson Space Center de la NASA et de l’Université du Nouveau-Mexique ont mené une série d’analyses expérimentales pour mesurer l’effet de KREEP sur la roche lunaire.
Ils ont mélangé une composition synthétique de KREEP avec des analogues de roches lunaires à des concentrations de 5, 10, 15, 25 et 50 pour cent de KREEP. Ils ont été maintenus à des températures allant de 1 175 à 1 300 degrés Celsius pendant quatre à huit jours.
L’effet a été spectaculaire : la présence de KREEP synthétique dans le mélange a réduit le point de fusion de l’analogue, produisant deux à 13 fois plus de fonte que dans les expériences de contrôle sans KREEP. Et cela sans l’apport de chaleur radioactive.
Pour voir ce qui se passe lorsque cette chaleur radioactive est ajoutée au mélange, l’équipe a effectué une modélisation numérique. Et ils ont découvert que les composés de chauffage radioactifs sont un effet du KREEP.
Ensemble, les deux ont peut-être contribué à l’activité volcanique sur la face visible de la Lune, ce qui a donné lieu aux régions sombres que nous voyons aujourd’hui.
D’où vient-il ?
D’où vient KREEP ? C’est une question dont la réponse n’est pas connue avec certitude, bien qu’elle soit probablement une conséquence de la façon dont la Lune s’est formée : l’impact de Theia sur la proto-terre et le mélange hétérogène des deux corps.
Par conséquent, en savoir plus sur la formation du Tercel Procellarum KREEP et sur la manière dont il a affecté les processus internes de la Lune peut nous aider à mieux comprendre comment il s’y est retrouvé.
« En raison de l’absence relative de processus d’érosion, la surface de la Lune enregistre les événements géologiques depuis les débuts du système solaire », explique Matthieu Laneuville, de l’Institut des sciences de la vie de la Terre au Japon, dans une déclaration sur les sciences planétaires. « En particulier, les régions situées sur la face proche de la Lune présentent des concentrations d’éléments radioactifs tels que l’uranium et le thorium qui ne se trouvent nulle part ailleurs sur le satellite ».
La compréhension de l’origine de ces enrichissements locaux d’uranium et de thorium peut aider à expliquer les premiers stades de la formation de la Lune et, par conséquent, les conditions qui régnaient sur la Terre à ses débuts.
En outre, Laneuville pense que les preuves de ce type de processus d’auto-enrichissement non symétrique pourraient être trouvées non seulement sur d’autres lunes de notre voisinage cosmique, mais aussi comme tonique général sur les corps rocheux de tout l’univers.