Selon la théorie la plus largement acceptée, la Lune s'est formée il y a environ 4,5 milliards d'années lorsqu'un objet de la taille de Mars nommé Theia est entré en collision avec la Terre (alias l'hypothèse d'impact géant). Cet impact a jeté des quantités considérables de débris qui ont progressivement fusionné pour former le seul satellite naturel de la Terre. L'une des preuves les plus convaincantes de cette théorie est le fait que la Terre et la Lune sont remarquablement similaires en termes de composition.
Cependant, des études antérieures impliquant des simulations informatiques ont montré que si la Lune avait été créée par un impact géant, elle aurait dû retenir plus de matière de l'impacteur lui-même. Mais selon une nouvelle étude menée par une équipe de l'Université du Nouveau-Mexique, il est possible que la Terre et la Lune ne soient pas aussi similaires qu'on le pensait auparavant.
L'étude qui décrit leurs découvertes, intitulée «Compositions distinctes d'isotopes d'oxygène de la Terre et de la Lune», a récemment paru dans la revue Géoscience de la nature. L'étude a été menée par Erick J. Cano et Zachary D. Sharp du Département des sciences de la terre et des planètes de l'UNM, et Charles K. Shearer de l'Institut de météorologie de l'UNM.
La théorie selon laquelle la Terre et la Lune étaient autrefois un seul corps existe depuis le 19e siècle. Mais ce n'est que lorsque les astronautes d'Apollo ont rapporté des échantillons de roche que les scientifiques ont eu la preuve définitive que la Terre et la Lune se sont formées ensemble. Ces échantillons ont montré que, comme la Terre, la Lune était composée de minéraux silicatés et de métaux différenciés entre un noyau métallique et un manteau et une croûte de silicate.
Alors que la Lune contient moins de fer et moins d'éléments plus légers, l'hypothèse d'impact géant l'explique assez bien. Le fer, un élément particulièrement lourd, aurait été retenu par la Terre tandis que la chaleur et la force explosive de l'impact ont fait bouillir les éléments les plus légers et les éjecter dans l'espace. Le reste du matériel de la Terre et de Theia se serait alors refroidi puis mélangé pour former la Terre et la Lune telles que nous les connaissons aujourd'hui.
Cette théorie explique également la vitesse et la nature avec lesquelles la Lune orbite autour de la Terre; en particulier, comment il est verrouillé avec notre planète. Cependant, des études antérieures impliquant des simulations informatiques ont montré que dans ce scénario, environ 80% de la Lune devrait être constituée de matériel provenant de Theia.
Cela présente un sérieux dilemme pour les astronomes et les géologues, et diverses théories ont été avancées pour expliquer cela. Dans un scénario, Theia était de composition similaire à la Terre, ce qui expliquerait pourquoi la Terre et la Lune semblent si similaires. Dans un autre, le mélange des matériaux a été très minutieux, au point que la Terre et la Lune retiennent des éléments de Theia.
Malheureusement, ces explications sont soit incompatibles avec ce que nous savons sur le système solaire, soit présentent leurs propres problèmes théoriques. Pour faire la lumière sur cela, Cano et ses collègues ont considéré une incohérence clé avec l'hypothèse d'impact géant. Fondamentalement, lorsque les scientifiques ont examiné les échantillons de roche lunaire d'Apollo, ils ont noté que les valeurs des isotopes de l'oxygène étaient pratiquement identiques à celles trouvées dans les roches ici sur Terre.
Si l'hypothèse d'impact géant est correcte, alors les précurseurs de la Terre et de la Lune avaient soit des valeurs identiques pour commencer, soit une homogénéisation étendue a eu lieu après l'événement d'impact. Pour résoudre ce problème, Cano et ses collègues ont effectué une analyse isotopique de l'oxygène de haute précision d'une gamme de roches lunaires différentes. Ils ont découvert que les roches lunaires présentaient des concentrations plus élevées d'isotopes d'oxygène plus légers que la Terre.
De plus, les différences augmentent le plus profond de la croûte dans le manteau. Ils attribuent cela au fait que la croûte est l'endroit où les débris de la Terre et de Theia se seraient mélangés, tandis que l'intérieur est l'endroit où le matériel de Theia serait plus concentré. Comme ils le résument dans leur étude:
«Les valeurs isotopiques de l'oxygène des échantillons lunaires sont en corrélation avec la lithologie, et nous proposons que les différences puissent être expliquées en mélangeant entre la vapeur isotopiquement légère, générée par l'impact, et la partie la plus externe de l'océan magma lunaire primitif. Nos données suggèrent que les échantillons dérivés du manteau lunaire profond, qui sont isotopiquement lourds par rapport à la Terre, ont des compositions isotopiques qui sont les plus représentatives de l’impacteur proto-lunaire ‘Theia’. »
En résumé, les résultats de recherche de l'équipe montrent que la Terre et Théia n'étaient pas de composition similaire, ce qui fournit la première preuve définitive que Theia s'est probablement formée plus loin du Soleil que la Terre. De même, leurs travaux montrent que les compositions distinctes d'isotopes de l'oxygène de Theia et de la Terre n'étaient pas complètement homogénéisées par l'impact de la formation de la Lune.
Cette étude rappelle les recherches récemment menées par une équipe de Yale et du Tokyo Institute of Technology. Selon leur travail, la Terre était encore une boule de magma chaude lors de l'impact de la formation de la Lune. C'est ce qui aurait permis à la matière de Theia d'être perdue dans l'espace tandis que la matière de la Terre s'est rapidement fusionnée pour former la Lune.
La question de savoir si le matériel de Theia a été perdu dans l’espace ou conservé dans l’intérieur de la Lune est une question que les scientifiques pourront examiner plus en détail grâce aux nombreuses missions de retour d’échantillons qui auront lieu dans les années à venir. Il s'agit notamment de la NASA renvoyer des astronautes à la surface lunaire (Projet Artemis) et plusieurs rovers envoyés par la Chine (Chang’e 5 et Chang’e 6 missions).
Ces mystères et d'autres sur le seul satellite de la Terre ont de bonnes chances de recevoir une réponse bientôt!
