La lune est née lors de la collision entre un corps de la taille de Mars et la Terre primitive, mais au-delà, il reste encore beaucoup de mystères dans le monde que nous voyons dans nos cieux chaque nuit. Après 61 missions, y compris six visites d’astronautes visant à collecter des échantillons de roches lunaires, de nombreuses questions subsistent, notamment la quantité de lune fabriquée à partir des restes de la planète perdue et la quantité volée de la Terre. Répondre à ces questions pourrait offrir de nouvelles perspectives sur l'évolution des deux corps célestes.
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Maintenant, des scientifiques en France et en Israël ont trouvé des preuves que le plus petit corps qui s'est écrasé dans la proto-Terre était probablement constitué d'éléments similaires à notre monde d'origine. En outre, selon leurs modèles informatiques, la composition actuelle du matériel lunaire s’expliquera mieux si quelque chose frappe la Terre au début se formait à proximité. Deux autres études suggèrent que les deux corps ont ensuite construit un placage de matériau supplémentaire alors que les protoplanètes plus petites continuaient de bombarder le nouveau système, mais la Terre a récupéré une plus grande quantité de ce revêtement ultérieur.
Selon "l'hypothèse de l'impact géant", la Lune s'est formée il y a environ 4, 5 milliards d'années, lorsqu'un objet semblable à une planète représentant environ un dixième de la masse actuelle de la Terre a percuté notre planète. Des simulations et des études récentes sur les roches lunaires suggèrent que la lune devrait être principalement constituée des restes de l'impacteur, surnommé Theia. Cela expliquerait pourquoi la lune semble être faite d'un matériau qui ressemble beaucoup au manteau de la Terre, comme le montrent les échantillons de roches et les cartes minérales.
Le problème est que les planètes ont tendance à avoir des compositions distinctes. Mars, Mercure et les gros astéroïdes tels que Vesta ont tous des rapports légèrement différents d'éléments. Si Theia avait été formée ailleurs dans le système solaire, sa composition aurait dû être assez différente de celle de la Terre, et la composition en vrac de la lune ne devrait pas ressembler autant au manteau de la Terre.
Pour tenter de résoudre cette énigme, Alessandra Mastrobuono-Battisti et Hagai Perets, de l'Institut israélien de technologie, ont analysé les données de simulations de 40 systèmes solaires artificiels, en appliquant une puissance informatique supérieure à celle utilisée dans des travaux antérieurs. Le modèle a développé les planètes connues et un nombre hypothétique de planétésimaux, puis les a lâchées dans un jeu de billard cosmique.
Les simulations supposent que les planètes nées plus loin du soleil tendent à avoir une plus grande abondance relative d’isotopes de l’oxygène, sur la base du mélange chimique observé sur la Terre, la Lune et Mars. Cela signifie que tous les planétésimaux apparus près de la Terre devraient avoir des traces chimiques similaires. "S'ils habitent dans le même quartier, ils seront composés à peu près du même matériau", a déclaré Perets.
L’équipe a constaté que très souvent - de 20 à 40% des impacts importants - impliquaient des collisions entre des corps se formant à des distances similaires du soleil et présentant un maquillage similaire. Décrit cette semaine dans Nature, le travail conforte l'idée intuitive qu'il est moins probable que quelque chose vienne de loin et vous heurte de loin, et explique en grande partie la composition en vrac de la lune.
Jusqu'ici tout va bien, mais cela n'explique pas tout. Il reste encore un casse-tête lié à l'abondance de l'élément tungstène. Cet élément sidérophile ou épris de fer devrait sombrer dans le cœur des planètes au fil du temps, rendant son abondance beaucoup plus variable dans les différents corps, même s’ils se sont rapprochés. En effet, les corps de différentes tailles forment des noyaux à des vitesses différentes. Bien que l'impact soit un peu mélangé, la plus grande partie du matériau du manteau riche en tungstène de Theia aurait été jetée en orbite et incorporée à la lune, de sorte que la quantité de tungstène sur Terre et sur la Lune devrait être très différente.
Dans deux études indépendantes parues dans Nature, Thomas Kruijer de l'Université de Münster en Allemagne et Mathieu Touboul de l'Université de Lyon en France ont examiné le rapport entre deux isotopes du tungstène, le tungstène 184 et le tungstène 182, dans des roches lunaires et sur Terre. dans son ensemble. Les roches de la lune ont légèrement plus de tungstène-182 que la Terre, rapportent les équipes.
C'est intriguant, car cet isotope particulier du tungstène provient de la désintégration radioactive d'un isotope de l'élément hafnium. Sa demi-vie est courte, seulement environ 9 millions d'années. Ainsi, alors que le tungstène aimant le fer a tendance à couler vers le cœur, l’isotope de hafnium reste plus proche de la surface et, avec le temps, se transforme en tungstène 182. Cela laisse un excès de tungstène 182 dans le manteau d'une planète par rapport à la quantité de tungstène 184 et d'autres isotopes naturels.
La différence entre la Terre et la Lune est relativement petite: les deux études la trouvent à un niveau de 20 à 27 parties par million. Mais même ce petit changement nécessiterait beaucoup de peaufinage chimique, dit Kruijer, ce qui rend peu probable que ce soit une simple chance. "Faire varier le tungstène de seulement un pour cent environ a un effet dramatique", dit-il. "La seule solution est que le manteau de proto-Terre ait un contenu en tungstène-182 similaire à celui de Theia et que le noyau de l'impacteur soit directement fusionné avec celui de la Terre."
Ce n'est pas probable, cependant. Bien qu'une grande partie du noyau de Theia, étant plus lourd que son manteau, reste en tant que partie intégrante de la Terre, le manteau se mêlera à celui de la Terre lorsqu'il sera lancé en orbite. Plus de mélange se produit lorsque la lune s'accroît. La proportion de matériaux de base et de manteau de Theia qui se transforme en lune est un hasard, mais il devait y avoir au moins un matériau de base, dit Kruijer. L'équipe de Touboul arriva à la même conclusion: si les différences d'abondance de tungstène étaient dues à un mélange aléatoire, car les entrailles de Theia glissaient autour de celles de la Terre, la planète et la lune devraient être encore plus différentes qu'elles ne le sont.
Les auteurs disent que la solution la plus simple semble être l'hypothèse du "placage tardif", qui suggère que la Terre et la proto-lune ont commencé avec des rapports similaires d'isotopes du tungstène. La Terre, étant plus grande et plus massive, continuerait d'attirer plus de planétésimaux après l'impact, ajoutant ainsi de nouveaux matériaux au manteau. Le vernis de ces planétésimaux aurait eu plus de tungstène-184 par rapport au tungstène-182, tandis que la lune aurait gardé le rapport qui datait de l'impact.
"Cela ressemble à des données solides", déclare par courriel Fréderic Moynier, cosmochimiste et astrophysicien à l'Institut de physique du globe de Paris. "Cela correspond à la théorie actuelle du placage tardif, qui repose simplement sur l'abondance élémentaire des éléments sidérophiles (parmi lesquels le tungstène): il y a tout simplement trop d'éléments sidérophiles dans le manteau terrestre actuel (ils devraient tous être au centre) et par conséquent, ils doivent avoir été amenés sur Terre après la formation du noyau via des impacts de météorites. "
Un mystère demeure: pour que la proto-lune corresponde au rapport de tungstène de la Terre, Theia et la Terre doivent avoir démarré avec des abondances de tungstène très similaires. La résolution de cette énigme sera le travail de futures études planétaires, mais au moins pour le moment, l'histoire de l'origine lunaire commence à paraître un peu plus claire.
