La lune pourrait s'être formée ainsi
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont trouvé la première preuve irréfutable que la Lune a hérité des gaz rares du manteau terrestre. Cette découverte permet de comprendre comment la Lune, et peut-être aussi la Terre et d'autres corps célestes, se sont formés.
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La lune fascine les hommes depuis toujours. Mais ce n'est qu'à l'époque de Galileo Galilei que les scientifiques ont commencé à l'étudier correctement. Au fil des siècles, les chercheurs ont élaboré différentes théories sur la formation de la Lune.
Les géochimistes et pétrologues de l'ETH Zurich ajoutent une nouvelle pièce au puzzle de l'histoire de la formation de la Lune. Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Science Advances", l'équipe de chercheurs montre que la Lune a hérité des gaz rares hélium et néon du manteau terrestre.
Les nouvelles découvertes influencent la théorie "Giant Impact" actuellement favorisée par les scientifiques pour expliquer la formation de la Lune. Cette théorie part du principe que la Lune s'est formée à la suite d'une collision massive entre la Terre primitive et un autre corps céleste. "Notre découverte signifie que les gaz rares doivent également être pris en compte comme facteur dans la théorie de l'impact géant", explique Henner Busemann, professeur à l'Institut de géochimie et de pétrologie de l'ETH Zurich.
"Découverte passionnante"
Pour cette étude, la doctorante de Busemann, Patrizia Will, a analysé six échantillons de météorites lunaires. Les météorites ont été collectées par la Nasa dans l'Antarctique et mises à la disposition de la chercheuse pour ses analyses. Will a notamment déterminé la teneur en gaz rares néon et hélium dans ces échantillons de météorites. Ceux-ci étaient présents en quantité bien plus importante que prévu et uniquement dans le verre séparé, ce qui excluait le vent solaire comme source de gaz rares. Ils devaient donc provenir de l'intérieur de la Lune et donc, en fin de compte, être hérités de la Terre. "Le fait que nous ayons trouvé pour la première fois des gaz rares dans des matériaux basaltiques lunaires qui ne peuvent pas provenir du vent solaire est une découverte passionnante", se réjouit Will.
Sur la base de leurs nouvelles découvertes, les chercheurs imaginent le processus de la manière suivante : La jeune lune était volcaniquement active. Le magma a jailli et s'est rapidement solidifié à la surface. Le refroidissement rapide a entraîné la formation de particules de verre dans lesquelles les gaz rares, le néon et l'hélium, ont été conservés. Rapidement, d'autres coulées de lave ont recouvert cette couche de magma et l'ont protégée des rayons cosmiques, en particulier des vents solaires. Cela a empêché les éléments chimiques contenus dans le vent solaire de s'incruster dans les particules de verre et de modifier leur empreinte chimique, appelée signature isotopique.
Par météorite jusqu'à la terre
Mais comment les matériaux magmatiques lunaires contenant des gaz rares sont-ils arrivés sur Terre ? Comme la Lune n'est pas protégée par une atmosphère, des astéroïdes s'écrasent constamment sur sa surface. Un tel impact a probablement été suffisamment puissant pour éjecter des fragments des couches de lave protégées de la Lune. Ces fragments de roche sont arrivés sur Terre sous forme de météorites. Beaucoup sont retrouvés dans les déserts du nord-ouest de l'Afrique ou, comme dans ce cas, dans l'Antarctique.
Les chercheurs ont mené leurs recherches dans le laboratoire des gaz rares de l'ETH Zurich. Celui-ci abrite un spectromètre de masse ultramoderne pour gaz rares appelé "Tom Dooley". Cet appareil ultrasensible a reçu son nom en référence à une chanson folklorique américaine, car il a dû être suspendu au plafond du laboratoire afin d'éviter les perturbations dues aux vibrations. Grâce à l'instrument Tom Dooley, l'équipe de chercheurs a pu mesurer des particules de verre de moins d'un millimètre provenant des météorites. "Tom Dooley" est si sensible qu'il est le seul instrument au monde capable de détecter des concentrations aussi faibles d'hélium et de néon. Il a également été utilisé pour détecter ces gaz rares dans les grains de la météorite de Murchison. Ces grains sont âgés d'environ sept milliards d'années.
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A la recherche des origines de la vie
Savoir où chercher dans la collection de la Nasa, qui compte quelque 70'000 météorites, est crucial dans un tel projet. "Je suis fermement convaincu qu'il y aura une course à l'étude des gaz rares lourds et des isotopes dans ce matériel météoritique", déclare le professeur Henner Busemann de l'ETH, l'un des plus grands scientifiques au monde dans le domaine de la géochimie extraterrestre des gaz rares. Il s'attend à ce que les chercheurs recherchent bientôt des gaz rares comme le xénon et le krypton ainsi que d'autres éléments volatils comme l'hydrogène ou les halogènes dans les météorites lunaires.
"Bien que les gaz rares ne soient pas nécessaires à la vie, il serait intéressant de savoir comment ils ont survécu à la formation brutale et violente de la Lune. Cette connaissance pourrait aider les scientifiques en géochimie et en géophysique à développer de nouveaux modèles montrant plus généralement comment ces éléments hautement volatils peuvent survivre à la formation des planètes dans notre système solaire et au-delà", explique Busemann.
Référence bibliographique
Will P, Busemann H, Riebe M, Maden C. Indigenous noble gases in the Moon's interior, Science Advances, 10 août 2022. DOI : page externe10.1126/sciadv.abl4920
Informations complémentaires
- Institut de géochimie et de pétrologie
- page externe NCCR Planète S