Il y a environ 4,5 milliards d’années, un objet de la taille de Mars est entré en collision avec une Terre nouvellement formée, avec un effet colossal. On pense que cet objet a non seulement fusionné avec la Terre et l’a préparée à la vie, mais qu’il en a également détaché un gros morceau qui est devenu la Lune.
Cette histoire est connue sous le nom d’hypothèse de l’impact géant sur la Lune. L’objet de la taille de Mars est appelé Theia et maintenant, pour la première fois, les scientifiques pensent avoir trouvé des traces de Theia dans l’atmosphère
Depuis des années, l’hypothèse de l’impact géant est le modèle privilégié pour expliquer la formation de la Lune.
“Ce modèle était capable de rendre compte des observations récentes faites à partir des échantillons retournés par les missions Apollo, notamment la faible teneur en fer de la Lune par rapport à la Terre, son appauvrissement en substances volatiles et son enrichissement en éléments réfractaires, tout en évitant la plupart des pièges des théories précédentes sur l’origine de la Lune”, écrivent les chercheurs de l’université du Nouveau-Mexique dans leur article.
Mais il y avait un gros obstacle à surmonter.
Les modèles prévoyaient qu’environ 70 à 90 % de la Lune aurait dû être constituée de Théia remaniée et reformée. Cependant, les isotopes d’oxygène des échantillons lunaires prélevés par les astronautes d’Apollo étaient très similaires aux isotopes d’oxygène terrestres – et très différents des isotopes d’oxygène des autres objets du système solaire.
Une explication possible est que la Terre et Théia avaient des compositions similaires au départ. Une autre est que tout s’est complètement mélangé lors de l’impact, ce qui, selon les simulations, n’est pas très probable.
En outre, les chances que Théia ait une composition similaire à celle de la Terre – en ce qui concerne les isotopes d’oxygène – sont en fait extrêmement faibles. Cela signifie que, si la Lune est principalement composée de Théia, ses isotopes d’oxygène devraient être différents de ceux de la Terre.
Cette étroite similitude a été un véritable casse-tête pour l’hypothèse de l’impact géant. Au fil des ans, les chercheurs ont publié plusieurs articles pour tenter de l’expliquer.
C’est là qu’est née l’idée que Théia a fusionné avec la Terre. Selon un autre article, l’impact aurait créé un nuage de poussière qui serait devenu la Terre et la Lune. Un autre a suggéré que peut-être Théia et la Terre se sont formées très près l’une de l’autre. Et d’autres encore ont cherché à réécrire entièrement l’histoire.
Le planétologue Erick Cano et ses collègues ont choisi une autre voie : une réanalyse minutieuse des échantillons lunaires.
Ils ont acquis une série d’échantillons provenant de différents types de roches recueillies sur la Lune – des basaltes à haute et à basse teneur en titane provenant de la marie lunaire ; des anorthosites des hautes terres et des norites des profondeurs, remontées au cours d’un processus appelé renversement du manteau lunaire ; et du verre volcanique.
Pour cette nouvelle analyse, l’équipe de recherche a modifié une technique standard d’analyse isotopique afin de produire des mesures de haute précision des isotopes de l’oxygène. Et ils ont effectivement découvert quelque chose de nouveau : que la composition isotopique de l’oxygène variait en fonction du type de roche testé.
“Nous montrons, écrivent-ils dans leur article, que la méthode consistant à faire la moyenne des données isotopiques lunaires tout en ignorant les différences lithologiques ne donne pas une image précise des différences entre la Terre et la Lune.”
En fait, plus l’origine de l’échantillon de roche est profonde, ont constaté les chercheurs, plus les isotopes de l’oxygène sont lourds, par rapport à ceux de la Terre.
Cette différence pourrait s’expliquer si seule la surface externe de la Lune a été pulvérisée et mélangée lors de l’impact, d’où la similitude avec la Terre. Mais dans les profondeurs de la Lune, le morceau de Théia est resté relativement intact, et ses isotopes d’oxygène sont restés plus proches de leur état d’origine.
Selon les auteurs de l’étude, il s’agit d’un élément de preuve assez intéressant qui montre que Theia a pu se former plus loin dans le système solaire et se déplacer vers l’intérieur avant le grand boum de la création de la Lune.
Il est important de noter que ces résultats pourraient également résoudre le problème de l’hypothèse de l’impact géant.
“Il est clair que la composition isotopique distincte de l’oxygène de Théia n’a pas été complètement perdue par homogénéisation pendant l’impact géant”, ont conclu les chercheurs.
“Ce résultat élimine ainsi la nécessité pour les modèles d’impact géant d’inclure un mécanisme d’homogénéisation complète des isotopes de l’oxygène entre les deux corps et fournit une base pour la modélisation future de l’impact et de la formation lunaire.”
Les humains n’ont pas mis le pied sur la Lune depuis 1972, donc les précieuses roches lunaires disponibles pour l’analyse sont rares, et la reproduction de ces résultats peut être un peu délicate pour le moment.
Cependant, dans les prochaines années, nous pourrions enfin voir des missions avec équipage effectuer un retour tant attendu sur la surface lunaire, et nous pouvons espérer un véritable boom de la science lunaire – y compris des recherches supplémentaires autour de l’hypothèse de l’impact géant.
La recherche a été publiée dans Nature Geoscience.