Origine de la lune de la Terre 

« Plus nous en apprenons sur la formation de la Lune, plus nous en apprenons sur l’évolution de notre Terre. » 

Vincent Eke (chercheur à l’Université de Durham)

Au cours des décennies qui ont suivi le premier alunissage sur la Lune, nous avons beaucoup appris sur la voisine la plus proche de la Terre dans le système solaire. Mais il reste encore de nombreux mystères à percer. Les indices recueillis jusqu’ici nous apprennent que la Lune s’est probablement formée peu après la Terre, il y a 4,5 milliards d’années. Bien entendu, il n’y avait pas d’humains pour voir l’apparition de la Lune. Alors, comment les scientifiques expliquent-ils la formation de notre Lune?

Comment penses-tu que la Lune s’est formée? 

La théorie dominante est qu’un objet de la taille de Mars s’est écrasé sur la Terre nouvellement formée. Les scientifiques ont nommé cet objet Théia. Ils croient que des fragments de Théia ont fondu et se sont intégrés à la Terre primitive. D’autres fragments projetés lors de la collision auraient formé la Lune. C’est ce que les scientifiques appellent l’hypothèse de l’impact géant. 

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L’illustration en couleur ci-dessus montre une sphère qui rentre dans une sphère plus grande en provoquant une explosion lumineuse.

La grande sphère semble recouverte d’eau et de nuages. Aucun continent n’est visible. Sur le côté droit de l’image, une petite sphère de couleur foncée entre en collision avec une sphère plus grande. Le point de contact est entouré d’une vive lumière orange, plus grande que les deux sphères. Des fragments de matière et des poussières sont projetés dans toutes les directions. Le fond de l’image est noir parsemé de petites étoiles blanches.

La façon exacte dont la Lune s’est formée demeure une énigme pour les chercheurs et chercheuses. Les dernières simulations et les théories les plus récentes semblent indiquer que la Lune se serait formée en quelques heures. Auparavant, on croyait que le processus de formation de la Lune avait pris des millions d’années. Après la collision avec Théia, des fragments de matière provenant de la Terre et de Théia ont été projetés en orbite et se seraient combinés pour former la Lune, notre satellite naturel.

Au début de sa formation, la Lune était extrêmement chaude. Si chaude qu’elle était un liquide épais au lieu d’être un solide. Avec le temps, ce liquide a commencé à se refroidir et, au bout d’une centaine de millions d’années, presque tout l’« océan magmatique » était refroidi. À mesure qu’il se refroidissait, la roche qui était moins dense remontait et flottait à la surface, formant à la longue la croûte lunaire.

Pourquoi les scientifiques croient-ils que la Lune s’est formée de cette manière?

Il n’y avait pas d’humains pour observer la formation de la Lune, mais nous pouvons déduire beaucoup de choses à partir des indices laissés derrière par sa formation. 

Nous connaissons la masse de la Lune, la taille de son orbite et de quoi elle est faite. Des hommes ont marché sur la Lune et y ont prélevé des échantillons.

En utilisant ces informations, les scientifiques ont essayé de trouver des scénarios qui correspondent à ce que nous savons. C’était comme travailler à reculons à partir de la scène d’un crime. Les scientifiques entrent les informations dans des modèles informatiques et des simulations par ordinateur, qui les aident à se faire une idée de ce qui aurait pu se passer. À mesure que les chercheurs et chercheuses découvrent de nouveaux indices, ils mettent leurs modèles à jour. 

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Photographie en noir et blanc d’une personne dans une combinaison spatiale en train de racler le sol gris et poussiéreux.

La personne porte une combinaison, un casque et des gants blancs et un gros sac à dos blanc. Elle tient à deux mains un râteau blanc. Son ombre noire est nettement dessinée sur le sol gris et meuble. Derrière la personne, on aperçoit des roches déchiquetées çà et là sur le sol. Des collines grises se détachent contre le ciel noir, qui occupe le haut de la photo.

Lorsque les scientifiques ont étudié les roches rapportées de la Lune, ils ont découvert qu’elles étaient chimiquement très semblables aux roches trouvées sur Terre. Ils ont aussi trouvé que les roches lunaires étaient différentes des roches trouvées sur Mars et ailleurs dans le système solaire. C’est pourquoi ils ont cru qu’une grande partie des matériaux qui composent la Lune proviennent probablement de la Terre.

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Photographie en noir et blanc d’une roche gris foncé à la texture rugueuse et granuleuse.

La forme de la roche est irrégulière et légèrement arrondie. Elle est gris foncé avec de minuscules flocons gris clair et blancs. L’arrière-plan de la photo est noir.

Une collision planétaire?

Après avoir étudié les échantillons prélevés sur la Lune, les scientifiques ont voulu expliquer pourquoi les roches lunaires ressemblaient autant à celles de la Terre. Ils ont imaginé différentes versions de l’hypothèse de l’impact géant pour tenir compte des preuves dont ils disposaient. 

Scénario 1 : Théia aurait effleuré la Terre 

Dans ce scénario, la collision entre Théia et la Terre aurait créé un anneau de débris autour de la Terre, comme les anneaux de Saturne. Les débris se seraient par la suite agglomérés pour former la Lune. Selon ce scénario, la Lune serait principalement composée des matériaux provenant de Théia et non de la Terre. Comme les tests chimiques ont prouvé que les roches de la Lune et de la Terre sont très semblables, cela voudrait dire que la composition chimique de Théia ressemblait beaucoup à celle de la Terre, mais les scientifiques sont d’avis que cela est très peu probable. 

Scénario 2 : Plusieurs objets célestes ont frappé la Terre

Dans ce scénario, plusieurs petits objets auraient frappé la Terre les uns après les autres. Chaque impact aurait entraîné la formation d’un anneau de débris autour de la Terre, tout comme dans le scénario 1. Chacun de ces petits anneaux aurait formé une « petite lune ». Au fil du temps, les petites lunes se seraient combinées pour former la Lune que nous avons aujourd’hui. Ce scénario présente des problèmes semblables à ceux du scénario 1. Au lieu d’être constituée de matière semblable à celle de la Terre, la Lune serait faite des matériaux semblables aux objets qui l’ont créée. Dans ce scénario, les matériaux de la Lune seraient semblables aux objets qui l’auraient créée. Ces objets n’auraient probablement pas été faits de matériaux semblables à la Terre.

Scénario 3 : Théia a frappé la Terre violemment!

Dans ce troisième scénario, Théia et la Terre auraient toutes deux explosé après leur collision. Cela aurait permis à des fragments de l’une et de l’autre de se combiner. Au fil du temps, les fragments se seraient rassemblés en un nuage en forme de beigne et en rotation constitué de matériaux en fusion. Les scientifiques appellent cette structure une synestia. Au fil du temps, le centre du nuage se serait refroidi pour former la Terre. Les parties externes auraient formé la Lune. Ce scénario est en harmonie avec la preuve montrant que la Terre et la Lune ont des roches semblables. 

Pour savoir lequel de ces scénarios est le plus fidèle à ce qui s’est passé, les scientifiques auraient besoin d’un plus grand nombre d’échantillons de roches. Les missions Artemis devraient leur en fournir. Ces missions prévoient d’envoyer à nouveau des humains sur la Lune. 

Quels types de roches et de minéraux se trouvent sur la Lune?

De 1969 à 1972, six missions Apollo ont rapporté de la Lune 382 kilogrammes de roches et de sol. Ces échantillons de roches nous ont permis d’apprendre beaucoup de choses sur la Lune et notre système solaire. 

Le savais-tu?

De nouveaux outils sur Terre ont permis aux chercheurs et chercheuses d’examiner les échantillons des missions Apollo de manière plus approfondie. Un grand nombre de ces échantillons sont encore en parfait état. 

Contrairement à la Terre, la Lune n’a pas d’atmosphère. Cela signifie qu’il n’y a rien pour empêcher les astéroïdes, les météorites et les comètes de frapper la surface de la Lune. Au cours des milliards d’années de l’histoire de la Lune, ces objets célestes ont martelé la surface de la Lune. Il y a encore sur la Lune des roches de grande taille, mais d’autres ont été écrasées en fine poudre! 

Quelle que soit la façon dont la Lune s’est formée, elle était au départ une boule de roche liquide et chaude. 

Sur Terre, on appelle roches ignées les roches qui se forment par le refroidissement d’une roche liquide (ou de lave). Contrairement à la Terre, où la plupart des roches de surface sont des roches sédimentaires, presque toutes les roches qui se trouvent à la surface de la Lune sont des roches ignées. Pourquoi?

Sur la surface de la Terre, les roches sont exposées à l’action du vent et de l’eau en mouvement par les processus de la météorisation et de l'érosion. Sur la Lune, il n’y a pas de vent ni d’eau en mouvement, donc pas d’érosion. C’est pourquoi il n’y a pas de roches sédimentaires sur la Lune. 

Sur la Terre, le basalte et le granit sont deux types de roches ignées très répandus. Les deux types de roches ignées les plus répandus sur la Lune sont le basalte et l’anorthosite. Quand tu observes ces deux types de roche, tu peux voir de petits trous. Ces trous ont été formés par des bulles de gaz emprisonnées dans la lave pendant son refroidissement.

Les basaltes lunaires sont riches en fer et en titane. Les anorthosites lunaires sont riches en aluminium, en calcium et en silicium. 

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Photographie en couleur d’une roche beige grisâtre présentant une texture bosselée.

La roche a des côtés irréguliers et plats avec des bords et des arêtes arrondis. Elle est granuleuse, beige grisâtre et parsemée de trous minuscules. Elle ressemble à une éponge naturelle.

Elle est posée sur un napperon blanc sur une table grise et le fond de la photo est gris pâle.

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La photographie en couleur ci-dessus montre une roche gris pâle posée sur un socle dans une vitrine de musée.

La roche a une texture rugueuse et sa surface est bosselée. Elle est gris pâle et fortement éclairée par le haut. À l’arrière-plan, les côtés transparents de la vitrine sont visibles et on aperçoit aussi la pièce sombre où elle se trouve.

Le savais-tu?

Les basaltes lunaires sont trouvés dans les plaines sombres de la Lune. Ces plaines sont appelées mers lunaires. Tu pourrais voir aussi parfois « maria lunaires » (le mot « maria » signifie « mers » en latin). Les anorthosites lunaires sont trouvées dans les hauts plateaux lunaires, qui sont plus clairs. Ces hauts plateaux sont appelés terres lunaires. 

Les brèches sont des roches qui se trouvent autant dans les mers que dans les terres lunaires. Ce type de roches est constitué de fragments provenant de l’impact initial. Au fil du temps, elles se sont combinées sous l’effet des impacts lunaires. 

Les brèches sont des roches très fragiles qui se désagrègent facilement lorsqu’elles sont manipulées. Les brèches lunaires sont riches en uranium, en thorium et en potassium. 

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Photographie en couleur d’une roche gris foncé de texture granuleuse et de forme déchiquetée posée sur une feuille d’aluminium.

La roche a une forme ovale irrégulière présentant des bords et des coins pointus et d’apparence friable. Sa texture est rugueuse et granuleuse. Elle est presque toute grise avec de petits points beige pâle.

La roche est posée sur une feuille d’aluminium plissée. On dirait que la feuille d’aluminium permet à la roche de se tenir debout sur une table grise et lisse.

Dans le coin inférieur droit de la photo se trouve une boîte grise, posée sur la table. Sur le devant de cette boîte, on voit plusieurs petites manettes et un chiffre blanc dans chacune d’elles. Une autre rangée de chiffres est imprimée sur le corps de la boîte, en dessous des manettes. Aucune explication n’est donnée pour cet objet.

Le savais-tu?

Un nouveau minéral a été découvert dans les roches rapportées par les astronautes de la mission d’Apollo 11. Ils l’ont nommé « armalcolite », qui est un mot composé avec les premières lettres des noms de famille des astronautes: Armstrong, Aldrin et Collins.

Y a-t-il de l’eau sur la Lune?

Les êtres humains se sont longtemps demandé s’il y avait de l’eau sur la Lune. À la fin des années 1990, la sonde orbitale Lunar Prospector a permis aux scientifiques de découvrir la présence de grandes quantités d’hydrogène aux pôles Nord et Sud de la Lune. Puisque l’hydrogène est un élément clé des molécules d’eau (H2O), pourrait-on en déduire qu’il y a déjà eu de l’eau sur la Lune?

Cette découverte a ouvert la voie à d’autres missions, dont celle menée en 2008 par l’Organisation indienne de recherche spatiale. Au cours de cette mission, le vaisseau spatial Chandrayaan-1 a été placé en orbite autour de la Lune. Il transportait à bord un instrument scientifique de la NASA appelé « cartographe de la minéralogie de la Lune », aussi appelé M3. En observant comment la surface lunaire absorbait la lumière infrarouge, le M3 a découvert qu’il y avait de la glace à l'intérieur des cratères polaires de la Lune.

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Les deux photographies en noir et blanc ci-dessus montrent les pôles de la Lune, sur lesquels des zones vert clair indiquent la présence de glaces.

Chaque photo est ronde, sur un fond blanc. Les lignes de latitude et de longitude sont tracées sur chacune. Les lignes de longitude se croisent au centre de chaque photo, indiquant l’emplacement des pôles. Dans les deux photos, la Lune est grise et porte des marques rondes et rugueuses de tailles différentes.

Sur la photo de gauche, les zones vert clair sont denses autour et au-dessus du pôle. Les zones vertes sont visibles surtout dans les marques rondes des cratères. Quelques points verts minuscules sont visibles plus loin du pôle, surtout dans les zones sombres et plus obscures.

Sur la photo de droite, les zones vertes sont plus petites et moins nombreuses. Elles sont situées çà et là à l’intérieur des parois obscures des cratères et dans d’autres zones sombres.

Un an plus tard, en 2009, la NASA a lancé l’orbiteur de reconnaissance lunaire (ORL). L’ORL transportait à bord un satellite d’observation et de détection de cratères lunaires (SODCL).

L’étage supérieur de la fusée Centaur, utilisée pour le lancement de l’ORL et du SODCL, a été envoyé s’écraser dans le cratère Cabeus, près du pôle Sud de la Lune. 

Après son écrasement dans le cratère, un nuage de matières lunaires a été projeté vers le haut. Quand le SODCL a traversé ce nuage, il a détecté 155 kilogrammes d'eau avant de s’écraser lui aussi sur la Lune.

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L’illustration ci-dessus montre un objet bleu hexagonal et un objet blanc cylindrique au-dessus de la Lune.

L’objet au premier plan semble creux et il est doré à l’intérieur. Il est entouré de six panneaux solaires bleus qui forment des parois hexagonales. Devant lui se trouve un objet cylindrique présentant une ouverture ronde à son extrémité la plus près de l’objet bleu.

Les deux objets sont suivis d’une faible traînée vaporeuse et semblent se déplacer le long de la même trajectoire, vers la Lune en arrière-plan.

La Lune occupe tout le coin supérieur droit de l’image. Elle est grise et des cratères sont visibles à sa surface. Le reste de l’arrière-plan est bleu foncé parsemé de petites étoiles.

Après ces découvertes, les scientifiques étaient convaincus qu’il y avait de la glace dans les cratères des pôles lunaires. Ils ont alors voulu savoir s’il y avait de la glace ailleurs sur la Lune, par exemple, dans ses régions exposées au Soleil.

Les scientifiques ont eu la réponse à cette question en 2020. De l’eau a été détectée sur la surface ensoleillée de la Lune par le télescope de l’Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge (habituellement appelé « télescope SOFIA », selon l’acronyme anglais de l’Observatoire). 

Le télescope SOFIA a détecté des molécules d’eau dans le cratère Clavius. Ce cratère est l’un des plus grands cratères lunaires visibles de la Terre. Même si la quantité d’eau trouvée est minime, cette découverte a prouvé qu’il y avait de l’eau dans les régions de la Lune exposées au Soleil.

Le télescope SOFIA a accompli son dernier vol scientifique le 29 septembre 2022. Il sera exposé au Musée de l’air et de l’espace Pima à Tucson, en Arizona.

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Photographie en couleur d’un avion en vol. Vers l’arrière de l’avion, une grande porte est ouverte.

L’avion vole au-dessus d’une chaîne de montagnes enneigées. Le ciel derrière l’avion est bleu clair près des montagnes et passe au bleu foncé en haut de la photo.

Il s’agit d’un gros avion de ligne blanc. On voit sur sa queue le logo de la NASA et un autre logo. Une grande ouverture carrée a été découpée sur le côté du fuselage, près de l’arrière.

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Photographie en couleur montrant l’intérieur d’un avion de ligne dans lequel les sièges ont été remplacés par des postes de travail et des écrans d’ordinateur.

Tous les sièges ont été retirés de la cabine de l’avion. Des personnes portant des écouteurs et des casques d’écoute sont en train de travailler à des ordinateurs et à des tableaux de contrôle disposés sur plusieurs rangées.

Au fond de la cabine, une machine circulaire bleue est encastrée dans le mur.

Le savais-tu?

Il y a 100 fois plus d’eau dans le désert du Sahara que la quantité d’eau trouvée sur la Lune par le télescope SOFIA.

Comment l’eau est-elle arrivée sur la Lune?

Les scientifiques ont proposé trois hypothèses expliquant la présence d’eau sur la Lune :

1. La présence d’eau sur la Lune serait due à la façon dont la Lune a été formée (hypothèse de l’impact géant).
2. L’eau serait arrivée sur la Lune transportée par des astéroïdes ou des comètes.
3. L’eau aurait été créée sur la Lune par les vents solaires qui auraient combiné de l’oxygène et de l’hydrogène.

Jusqu’à présent, la meilleure théorie pour expliquer la formation de la Lune est qu’elle a été formée de fragments provenant de la Terre et de la protoplanète Théia. L’eau de la Lune pourrait donc provenir de la Terre.

Pourquoi s’intéresser à la présence d’eau sur la Lune?

Pour permettre l’installation d’une base permanente habitée sur la Lune, il faudra combler les besoins en eau des êtres humains. Comme il faut compter entre 10 000 et 20 000 $ pour envoyer dans l’espace un kilogramme de quelque chose à partir de la Terre, ce serait idéal si l’eau dont les humains auront besoin se trouvait déjà sur la Lune. C’est pour cette raison qu’une partie des prochaines missions Artemis consistera à trouver de bonnes sources d’eau. Le Canada joue un rôle important dans cette recherche d’eau. Tu en apprendras davantage sur le rover que le Canada envoie et les défis qu’il devra relever pour trouver de l’eau sur la Lune dans ce document d’information.