L’humanité a maintenu une fascination durable pour la lune. Ce n’est cependant qu’à l’époque de Galilée que les scientifiques ont vraiment commencé à l’étudier. Au cours de près de cinq siècles, les chercheurs ont avancé de nombreuses théories très controversées sur la formation de la lune. Aujourd’hui, les géochimistes, les cosmochimistes et les pétrologues de l’ETH Zurich jettent un nouvel éclairage sur l’histoire de l’origine de la lune.
Dans une étude qui vient d’être publiée dans la revue Avancées scientifiques, l’équipe de recherche rapporte des découvertes qui montrent que la lune a hérité des gaz nobles indigènes de l’hélium et du néon du manteau terrestre. La découverte ajoute aux contraintes déjà fortes sur la théorie de l’impact géant actuellement privilégiée qui émet l’hypothèse que la lune a été formée par une collision massive entre la Terre et un autre corps céleste.
Météorites de la Lune à l’Antarctique
Au cours de sa recherche doctorale à l’ETH Zurich, Patrizia Will a analysé six échantillons de météorites lunaires d’une collection antarctique, obtenus de la NASA. Les météorites sont constituées de roche basaltique qui s’est formée lorsque le magma a jailli de l’intérieur de la lune et s’est refroidi rapidement. Ils sont restés recouverts de couches supplémentaires de basalte après leur formation, qui ont protégé la roche des rayons cosmiques et, en particulier, du vent solaire. Le processus de refroidissement a entraîné la formation de particules de verre lunaire parmi les autres minéraux trouvés dans le magma. Will et l’équipe ont découvert que les particules de verre conservent les empreintes chimiques (signatures isotopiques) des gaz solaires : l’hélium et le néon de l’intérieur de la lune. Leurs découvertes soutiennent fortement que la lune a hérité des gaz nobles indigènes de la Terre. « Trouver des gaz solaires, pour la première fois, dans des matériaux basaltiques de la lune qui ne sont liés à aucune exposition sur la surface lunaire a été un résultat tellement excitant », déclare Will.
Sans la protection d’une atmosphère, les astéroïdes bombardent continuellement la surface de la lune. Il a probablement fallu un impact à haute énergie pour éjecter les météorites des couches intermédiaires de la coulée de lave semblable aux vastes plaines connues sous le nom de Lunar Mare. Finalement, les fragments de roche ont fait leur chemin vers la Terre sous la forme de météorites. Beaucoup de ces échantillons de météorites sont ramassés dans les déserts d’Afrique du Nord ou, dans ce cas, le « désert froid » de l’Antarctique où ils sont plus faciles à repérer dans le paysage.
Les paroles de Grateful Dead inspirent un instrument de laboratoire
Dans le laboratoire de gaz nobles de l’ETH Zurich se trouve un spectromètre de masse de gaz noble à la pointe de la technologie nommé « Tom Dooley » – chanté dans l’air de Grateful Dead du même nom. L’instrument tire son nom du fait que des chercheurs antérieurs, à un moment donné, ont suspendu l’équipement hautement sensible au plafond du laboratoire pour éviter les interférences des vibrations de la vie quotidienne. À l’aide de l’instrument Tom Dooley, l’équipe de recherche a pu mesurer les particules de verre submillimétriques des météorites et exclure le vent solaire comme source des gaz détectés. L’hélium et le néon qu’ils ont détectés étaient en abondance beaucoup plus élevée que prévu.
Le Tom Dooley est si sensible qu’il est, en fait, le seul instrument au monde capable de détecter des concentrations aussi minimes d’hélium et de néon. Il a été utilisé pour détecter ces gaz nobles dans les grains de la météorite Murchison vieille de 7 milliards d’années, la plus ancienne matière solide connue à ce jour.
A la recherche des origines de la vie
Savoir où regarder à l’intérieur de la vaste collection de quelque 70 000 météorites approuvées de la NASA représente une avancée majeure. « Je suis fermement convaincu qu’il y aura une course pour étudier les gaz nobles lourds et les isotopes dans les matériaux météoritiques », déclare Henner Busemann, professeur à l’ETH Zurich, expert dans le domaine de la géochimie des gaz nobles extraterrestres. Il prévoit que les chercheurs rechercheront des gaz nobles tels que le xénon et le krypton, qui sont plus difficiles à identifier. Ils rechercheront également d’autres éléments volatils tels que l’hydrogène ou les halogènes dans les météorites lunaires.
Busemann dit : « Bien que ces gaz ne soient pas nécessaires à la vie, il serait intéressant de savoir comment certains de ces gaz nobles ont survécu à la formation brutale et violente de la lune. De telles connaissances pourraient aider les scientifiques en géochimie et géophysique à créer de nouveaux modèles qui montrent plus généralement comment ces éléments les plus volatils peuvent survivre à la formation des planètes, dans notre système solaire et au-delà. »
Gaz nobles indigènes à l’intérieur de la Lune, Avancées scientifiques (2022). DOI : 10.1126/sciadv.abl4920