Le visage que la Lune montre à la Terre est très différent de celui qu’elle cache sur sa face cachée. La face visible est dominée par la jument lunaire – les vastes vestiges de couleur sombre d’anciennes coulées de lave. La face cachée en cratère, en revanche, est pratiquement dépourvue de caractéristiques de jument à grande échelle. Pourquoi les deux côtés sont si différents est l’un des mystères les plus persistants de la Lune.
Maintenant, les chercheurs ont une nouvelle explication pour la Lune à deux faces, une qui se rapporte à un impact géant il y a des milliards d’années près du pôle sud de la Lune.
Une nouvelle étude publiée dans la revue Avancées scientifiques montre que l’impact qui a formé le bassin géant Pôle Sud-Aitken (SPA) de la Lune aurait créé un énorme panache de chaleur qui s’est propagé à travers l’intérieur lunaire. Ce panache aurait transporté certains matériaux – une suite d’éléments de terres rares et de production de chaleur – vers la face visible de la Lune. Cette concentration d’éléments aurait contribué au volcanisme qui a créé les plaines volcaniques proches.
« Nous savons que de gros impacts comme celui qui a formé SPA créeraient beaucoup de chaleur », a déclaré Matt Jones, un Ph.D. candidat à l’Université Brown et auteur principal de l’étude. « La question est de savoir comment cette chaleur affecte la dynamique intérieure de la Lune. Ce que nous montrons, c’est que dans toutes les conditions plausibles au moment de la formation de SPA, elle finit par concentrer ces éléments producteurs de chaleur sur la face visible. Nous nous attendons à ce que cela ait contribué au manteau. la fonte qui a produit les coulées de lave que nous voyons à la surface. »
L’étude était une collaboration entre Jones et son conseiller Alexander Evans, professeur adjoint à Brown, ainsi que des chercheurs de l’Université Purdue, du Lunar and Planetary Science Laboratory en Arizona, de l’Université de Stanford et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
Les différences entre les côtés proche et lointain de la Lune ont été révélées pour la première fois dans les années 1960 par les missions soviétiques Luna et le programme américain Apollo. Alors que les différences dans les dépôts volcaniques sont évidentes, les missions futures révéleraient également des différences dans la composition géochimique. La face visible abrite une anomalie de composition connue sous le nom de terrane Procellarum KREEP (PKT) – une concentration de potassium (K), d’éléments de terres rares (REE), de phosphore (P), ainsi que d’éléments producteurs de chaleur comme le thorium. KREEP semble être concentré dans et autour d’Oceanus Procellarum, la plus grande des plaines volcaniques proches, mais il est clairsemé ailleurs sur la Lune.
Certains scientifiques ont soupçonné un lien entre le PKT et les coulées de lave de la face visible, mais la question de savoir pourquoi cette suite d’éléments était concentrée sur la face visible restait. Cette nouvelle étude fournit une explication liée au bassin Pôle Sud-Aitken, le deuxième plus grand cratère d’impact connu du système solaire.
Pour l’étude, les chercheurs ont effectué des simulations informatiques sur la façon dont la chaleur générée par un impact géant modifierait les modèles de convection à l’intérieur de la Lune, et comment cela pourrait redistribuer le matériau KREEP dans le manteau lunaire. On pense que KREEP représente la dernière partie du manteau à se solidifier après la formation de la Lune. En tant que tel, il a probablement formé la couche la plus externe du manteau, juste sous la croûte lunaire. Les modèles de l’intérieur lunaire suggèrent qu’il aurait dû être plus ou moins uniformément réparti sous la surface. Mais ce nouveau modèle montre que la distribution uniforme serait perturbée par le panache de chaleur de l’impact SPA.
Selon le modèle, le matériau KREEP aurait surfé sur la vague de chaleur émanant de la zone d’impact SPA comme un surfeur. Alors que le panache de chaleur se propageait sous la croûte lunaire, ce matériau a finalement été livré en masse sur la face visible. L’équipe a effectué des simulations pour un certain nombre de scénarios d’impact différents, allant d’un coup mortel à un coup oblique. Alors que chacun produisait des modèles de chaleur différents et mobilisait KREEP à des degrés divers, tous ont créé des concentrations de KREEP sur le côté proche, ce qui correspond à l’anomalie PKT.
Les chercheurs affirment que le travail fournit une explication crédible à l’un des mystères les plus persistants de la Lune.
« La façon dont le PKT s’est formé est sans doute la question ouverte la plus importante de la science lunaire », a déclaré Jones. « Et l’impact pôle Sud-Aitken est l’un des événements les plus significatifs de l’histoire lunaire. Ce travail réunit ces deux choses, et je pense que nos résultats sont vraiment excitants. »
Matt J. Jones, A South Pole – Aitken impact origin of the lunar compositional asymetry, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abm8475. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm8475