Un scénario alternatif pour la formation de la Lune - Futura

Alors que la théorie en vigueur suppose que la Lune s’est formée par accrétion de débris suite à un impact géant entre la Terre et une planète de la taille de Mars, une nouvelle étude propose un autre scénario.

D’après des simulations numériques, la collision aurait pu produire directement un corps de la taille de la Lune.

[EN VIDÉO] Observation directe de la formation d'une exolune Le radiotélescope géant Alma a réalisé la première image directe d'une lune en train de se former autour d'une très jeune planète géante.

La LuneLune s'est formée suite à une collision titanesque entre la jeune Terre encore en formation et Théia, une petite planètepetite planète de la taille de Mars.

Le cataclysme, qui s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années, aurait pulvérisé une quantité phénoménale de débris dans l'espace, issus de la désintégration de ThéiaThéia et des couches supérieures de la Terre.

Car l'idée d'une accrétionaccrétion progressive à partir d'un disque de débris se heurte à certaines observations.

L'analyse des roches lunaires montre en effet que leur composition est plutôt semblable à celle du manteau terrestre, un résultat contradictoire avec l'idée que la majorité des débris proviendrait de Théia.

En simulant des centaines d'impacts différents, notamment en faisant varier l'angle et la vitessevitesse de la collision mais aussi les massesmasses de la Terre et de Théia, il apparaît que l'impact aurait pu produire un corps de la masse de la Lune, directement sur l'orbite terrestre.

Le modèle suggère en effet que la Lune serait ainsi composée de 60 % de matériel provenant de la Terre, contre seulement 30 % pour la théorie classique du disque de débris.

Si la Lune, ou du moins une grande part, s'est formée très rapidement après l'impact, alors cela signifie qu'une quantité moins importante de roche était sous l'état fondu durant sa formation.

Et cela aurait un important impact sur la vitesse de refroidissement de la Lune, sur sa composition mais également sa structure.

Cette faible quantité de roche en fusionfusion permettrait d'expliquer la composition de la fine croûte lunaire par le fait que le mélange radial entre les différentes couches ait alors été très limité, à l'inverse d'une Lune entièrement composée de roches fondues.

Ce nouveau scénario, qui propose que la Lune se soit formée bien plus rapidement que ce que l'on pensait jusqu'à présent, à partir d'un fragment imposant, ouvre de nouvelles possibilités de réflexion concernant la composition et la structure de la Lune, mais également sur les caractéristiques de son orbite.

Le scénario principalement accepté pour la formation de la Lune fait intervenir une collision pendant l'Hadéen entre la jeune Terre et une petite planète de la taille de Mars, nommée Théia.

Grâce au programme Apollo et aux roches lunaires que Neil Armstrong et ses collègues ont ramenées sur Terre, on sait que la Lune partage avec notre planète de surprenantes similitudes de composition chimique, notamment au niveau des isotopesisotopes de tungstènetungstène, chrome, siliciumsilicium et oxygène, qui rappellent la composition du manteau de la Terre.

De ces informations sur la composition de notre satellite, jointes à des considérations de mécanique céleste, les astronomesastronomes et les cosmochimistes en avaient déduit que l'explication la plus probable pour sa formation faisait intervenir un impact géant il y a plus de 4,4 milliards d'années.

Une petite planète de la taille de Mars, baptisée Théia, serait ainsi entrée en collision tangentielle avec la Terre, moins de 100 millions d'années après le début de la naissance du Système solaire.

Sous l'impact, le noyau ferreux de Théia aurait été capturé par la Planète (pas encore) bleue, une partie du manteau des deux se serait ensuite retrouvée sous la forme d'un disque d'accrétiondisque d'accrétion entourant la Terre, dans lequel serait finalement née la Lune.

Pourtant, d'après ce scénario, la composition chimique de la Lune devait différer tout de même un peu de celle de la Terre car une bonne partie des roches de notre satellite devait provenir du matériaumatériau initial de Théia.

Or, la Terre et la Lune apparaissent comme des jumelles au niveau des isotopes de l'oxygène et du titane.

Si les modèles de formation de la Terre et de la Lune reproduisent bien leur masse et leur vitesse de rotationvitesse de rotation respectives, ainsi que plusieurs caractéristiques chimiques, ils laissent donc subsister des énigmes au niveau des isotopes.

On pouvait par exemple supposer que la Terre, avant sa collision avec Théia, tournait rapidement sur elle-même et qu'une plus grande quantité de matièrematière provenant de notre planète s'était échappéeéchappée du fait de cette rotation, pour ensuite être capturée par la jeune Lune en formation juste après sa collision.

Malheureusement, la conservation du moment cinétiquemoment cinétique du système Terre-Lune, s'il permet bien de partir d'une Terre en rotation rapide dont la vitesse diminue avec le temps sous l'effet des forces de maréeforces de marée lunaire, n'autorisait pas jusqu'à présent une vitesse de rotation initiale de la Terre suffisamment élevée pour résoudre les énigmes de la chimiechimie de la Lune.

C'est ce mécanisme qui a fait migrer la Lune loin de la Terre, fait augmenter la duréedurée du jour terrestre et a abouti à ce que la Lune présente toujours la même face à la Terre (c'est le phénomène de la rotation synchronesynchrone).

En partant des observations actuelles et en renversant le sens du temps pour prédire le passé, on aboutit en effet à une rotation de la Terre juste après sa collision avec Théia d'environ 5 heures...

Dans l'un de ces scénarios, la Terre, en forme d'ellipsoïde très aplati, est en rotation très rapide, avec un jour durant de 2 à 3 heures seulement!

En dessous de 2 heures, la vitesse de rotation de la Terre serait telle que la force centrifugeforce centrifuge la ferait éclater?

Avec une pareille vitesse de rotation au moment de la formation de la Lune, suffisamment de matériau provenant du manteau de la Terre peut être éjecté et entrer dans la composition de notre satellite pour rendre compte de sa proximité chimique avec la Terre.

C'est par exemple le cas avec une Théia de la moitié de la masse de Mars et heurtant presque frontalement la jeune Terre à 20 km/s, comme l'ont montré des simulations numériques!

Restait à faire diminuer la vitesse de rotation de la Terre?

Les chercheurs ont découvert que cela était tout à fait possible si l'on tenait compte d'un mécanisme de résonancerésonance gravitationnelle entre le mouvementmouvement de la Lune autour de la Terre et de la Terre autour du SoleilSoleil?

Ce même mécanisme (evection resonance en anglais) permet de former correctement la Lune à la suite d'une collision frontale entre deux corps célestes de masses presque identiques, à savoir 4 à 5 fois celle de la masse pour chaque planète, comme le propose le second scénario publié dans Science?

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