9.4 : L'origine de la lune

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

• Décrivez les trois principales hypothèses concernant la formation de la Lune
• Résumez le concept actuel d' « impact géant » de la formation de la Lune

Il est caractéristique de la science moderne de se demander comment les choses sont nées. Comprendre l'origine de la Lune s'est toutefois révélé difficile pour les planétologues. La difficulté tient en partie au fait que nous en savons beaucoup sur la Lune (bien au contraire de notre problème habituel en astronomie). Comme nous le verrons, l'un des principaux problèmes est que la Lune est à la fois étonnamment similaire à la Terre et différente de manière frustrante.

Des idées pour l'origine de la Lune

La plupart des hypothèses antérieures concernant l'origine de la Lune suivaient l'une des trois idées générales suivantes :

1. La théorie de la fission : la Lune faisait autrefois partie de la Terre, mais s'en est séparée d'une manière ou d'une autre au début de leur histoire.
2. La théorie sœur : la Lune s'est formée avec (mais indépendamment) de la Terre, car nous pensons que de nombreuses lunes des planètes extérieures se sont formées.
3. La théorie de la capture : la Lune s'est formée ailleurs dans le système solaire et a été capturée par la Terre.

Malheureusement, chacune de ces idées semble poser des problèmes fondamentaux. L'hypothèse la plus facile à rejeter est peut-être la théorie de la capture. Son principal inconvénient est que personne ne sait comment la Terre primitive aurait pu capturer une lune aussi grande d'ailleurs. Un corps qui s'approche d'un autre ne peut pas se mettre en orbite autour de lui sans une perte d'énergie importante ; c'est la raison pour laquelle les engins spatiaux destinés à orbiter sur d'autres planètes sont équipés de rétrofusées. De plus, si une telle capture avait lieu, l'objet capturé se trouverait sur une orbite très excentrique plutôt que sur l'orbite presque circulaire que notre Lune occupe aujourd'hui. Enfin, il existe trop de similitudes de composition entre la Terre et la Lune, en particulier une fraction identique des principaux isotopes ¹ de l'oxygène, pour justifier la recherche d'une origine totalement indépendante.

L'hypothèse de la fission, selon laquelle la Lune s'est séparée de la Terre, a été suggérée à la fin du XIXe siècle. Les calculs modernes ont montré que ce type de fission ou de scission spontanée est impossible. De plus, il est difficile de comprendre comment une Lune formée de matière terrestre de cette manière a pu développer les nombreuses différences chimiques distinctives aujourd'hui connues pour caractériser notre voisine.

Les scientifiques se sont donc retrouvés avec l'hypothèse sœur, selon laquelle la Lune s'est formée le long de la Terre, ou avec une modification de l'hypothèse de fission qui pourrait permettre de trouver un moyen plus acceptable de séparer la matière lunaire de la Terre. Mais plus nous en apprenons sur notre Lune, moins ces vieilles idées semblent convenir.

L'hypothèse de l'impact géant

Afin de résoudre ces contradictions apparentes, les scientifiques ont développé une quatrième hypothèse concernant l'origine de la Lune, une hypothèse qui implique un impact géant au début de l'histoire de la Terre. Il est de plus en plus évident que de gros morceaux de matière, des objets d'une masse essentiellement planétaire, orbitaient dans le système solaire interne au moment de la formation des planètes terrestres. L'hypothèse de l'impact géant suppose que la Terre soit frappée obliquement par un objet d'environ un dixième de la masse de la Terre, une « balle » de la taille de Mars. Il s'agit presque de l'impact le plus important que la Terre puisse subir sans être brisée.

Un tel impact perturberait une grande partie de la Terre et éjecterait une grande quantité de matière dans l'espace, libérant presque suffisamment d'énergie pour séparer la planète. Des simulations informatiques indiquent que des matériaux représentant plusieurs pour cent de la masse de la Terre pourraient être éjectés lors d'un tel impact. La majeure partie de ces matériaux proviendrait des manteaux pierreux de la Terre et du corps impacté, et non de leurs noyaux métalliques. Cette vapeur de roche éjectée s'est ensuite refroidie et a formé un anneau de matière en orbite autour de la Terre. C'est cet anneau qui s'est finalement condensé dans la Lune.

Bien que nous ne disposions actuellement d'aucun moyen de démontrer que l'hypothèse de l'impact géant est le bon modèle de l'origine de la Lune, elle offre des solutions potentielles à la plupart des problèmes majeurs soulevés par la chimie de la Lune. Tout d'abord, étant donné que la matière première de la Lune provient des manteaux de la Terre et du projectile, l'absence de métaux est facilement compréhensible. Ensuite, la plupart des éléments volatils auraient été perdus pendant la phase de haute température qui a suivi l'impact, ce qui explique l'absence de ces matériaux sur la Lune. Cependant, en faisant de la Lune principalement des matériaux du manteau terrestre, il est également possible de comprendre des similitudes telles que des abondances identiques de divers isotopes de l'oxygène.

Résumé

Les trois hypothèses standard pour l'origine de la Lune étaient l'hypothèse de fission, l'hypothèse sœur et l'hypothèse de capture. Tous ont des problèmes, et ils ont été supplantés par l'hypothèse de l'impact géant, qui attribue l'origine de la Lune à l'impact d'un projectile de la taille de Mars sur la Terre il y a 4,5 milliards d'années. Les débris de l'impact ont formé un anneau autour de la Terre qui s'est condensé et a formé la Lune.

Notes

¹ Rappelez-vous, dans le chapitre sur les radiations et les spectres, que le terme isotope désigne une « version » différente d'un élément. Plus précisément, différents isotopes d'un même élément ont un nombre égal de protons mais un nombre différent de neutrons (comme dans le carbone 12 par rapport au carbone 14).