La surface grêlée de la lune raconte l’histoire de son histoire. Il est marqué par plus de 9 000 cratères d’impact, selon l’Union astronomique internationale (UAI). Les plus grands sont appelés bassins d’impact, pas cratères. Maintenant, une nouvelle étude publiée dans Les lettres du journal astrophysique affirme que les astéroïdes n’ont pas créé les bassins ; les restes de planétésimaux l’ont fait.
L’hypothèse de l’impact géant épouse l’idée que la lune a été créée lorsqu’une protoplanète de la taille de Mars a percuté la Terre il y a environ 4,5 milliards d’années. La collision a envoyé des matériaux en fusion en orbite autour de la Terre. Une partie de ce matériau est tombée sur Terre et d’autres ont fusionné pour devenir la lune.
Au fur et à mesure que la roche en fusion fusionnait, la lune a connu une phase appelée l’océan de magma lunaire (OML). Toute la surface de la lune a fondu pendant le LMO, et bien que les astronomes ne doutent pas que des objets massifs soient entrés en collision avec la lune pendant cet épisode, il n’y a aucune trace d’eux. Ce n’est qu’une fois la lune solidifiée que les impacts pourraient laisser une marque durable.
Les chercheurs tentent de comprendre la lune en reconstituant l’histoire des impacts lunaires, et la solidification du LMO marque l’heure zéro pour le record d’impact de la lune. Puisque la lune est géologiquement inactive, chaque impacteur qui a frappé la lune depuis l’heure zéro a laissé une marque qui est toujours là à ce jour.
Certains des cratères de la lune sont si vastes qu’on les appelle des bassins d’impact, et non des cratères. Les bassins sont non seulement plus grands que les cratères, mais ils sont également plus complexes et ont tendance à avoir un anneau de pic central plutôt qu’un seul pic central. Les entités de plus de 300 km sont appelées bassins d’impact lunaire, et il y en a environ 50. Le plus grand bassin d’impact de la lune est le bassin du pôle sud d’Aitken (SPA), et il mesure 2 494,5 kilomètres (1 550 milles) de diamètre. Le Texas pourrait y tenir.
Une nouvelle étude indique que les planétésimaux terrestres restants ont formé ces bassins lorsqu’ils ont percuté la lune. L’étude, intitulée « Formation of Lunar Basins from Impacts of Leftover Planetesimals », est publiée dans Les lettres du journal astrophysique. L’auteur principal est David Nesvorný du Southwest Research Institute (SwRI.)
Les impacteurs qui ont créé les bassins ont joué un rôle énorme dans l’histoire de la lune et ont contrôlé une grande partie de sa géologie. Lorsqu’ils ont frappé, ils ont retiré le matériau de croûte existant de l’anneau de crête le plus à l’intérieur et ont épaissi la croûte entre l’anneau de crête intérieur et la crête du bord extérieur. Les basaltes mare de la lune, que les missions Apollo ont échantillonnés, sont pour la plupart confinés aux dépressions topographiques au milieu des bassins.
Les impacts ont également créé des failles et d’autres déformations sur de vastes régions de la surface lunaire et des matériaux excavés du manteau. Ce matériau du manteau exposé contient des indices sur les processus fondamentaux de formation et d’évolution planétaires.
Certains bassins d’impact sont encore appelés juments lunaires en raison de leur apparence. Les anciens humains pensaient que les régions sombres à l’intérieur des bassins étaient des océans. Les bassins se sont remplis de lave basaltique non pas lors de leur formation initiale, mais lorsque d’autres impacteurs ont frappé le côté opposé de la lune par rapport aux bassins et déclenché une activité volcanique. Les juments couvrent environ 16% de la surface lunaire.
Lorsque ces bassins se forment, l’impact propage les éjectas au loin, ce qui aide les chercheurs à reconstituer l’histoire de la lune. Un cratère au-dessus de l’éjecta doit être plus jeune que le bassin d’impact, et si un bassin enterre partiellement un cratère, alors le cratère est plus ancien.
Des recherches antérieures ont montré que les astéroïdes de la ceinture principale sont responsables de ces bassins d’impact. « Les impacteurs formant le bassin étaient soupçonnés d’être des astéroïdes libérés d’une extension intérieure de la ceinture principale (1,8 à 2,0 au) », écrivent les auteurs. Mais dans leur article, les auteurs disent que la plupart des impacteurs étaient des planétésimaux. « Ici, nous montrons que la plupart des impacteurs étaient plutôt des planétésimaux rocheux laissés à environ 0,5 à 1,5 ua après l’accrétion de la planète terrestre. »
Plus de planétésimaux sont entrés en collision avec la lune qu’il n’y en a dans le dossier parce que les planétésimaux étaient plus abondants plus tôt dans l’histoire du système solaire, et certains auraient frappé pendant la phase LMO de la lune. « … les premiers ~200 Myr d’impacts ne sont pas enregistrés sur la surface lunaire », expliquent les chercheurs.
Les chercheurs ont créé des modèles pour déterminer le rôle des planétésimaux dans la formation des bassins lunaires. Ils ont basé leurs modèles sur des recherches antérieures sur l’accrétion des planètes terrestres qui montrent comment les planétésimaux ont changé au fil du temps en raison de collisions avec d’autres objets. C’est ce qu’on appelle le broyage par collision, qui aboutit finalement à une distribution uniforme de la taille des planétésimaux. Ils se sont également appuyés sur la modélisation dynamique des astéroïdes et des comètes pour voir quel rôle ils jouaient dans les impacts lunaires.
Les travaux des auteurs montrent que les impacts d’astéroïdes ont créé le plus d’impacts au cours des 3,5 derniers milliards d’années. Mais avant cela, les planétésimaux faisaient la plupart des dégâts. « L’histoire intégrée des impacts lunaires montre que les planétésimaux restants ont dominé le flux d’impact précoce (t 3,5 Ga ; T est mesuré en rétrospective à partir d’aujourd’hui) », ont déclaré les chercheurs. Les comètes ont créé quelques cratères d’impact dans le système solaire, mais pas beaucoup, comparés aux astéroïdes et aux planétésimaux.
Leurs résultats montrent également qu’environ 500 planétésimaux de 20 km de diamètre ont frappé la lune pendant sa phase LMO. Mais ces impacts n’ont laissé aucune trace durable.
Le bassin proéminent d’Imbrium est un peu aberrant, selon ce travail. Dans leur modèle, le planétésimal qui a créé le bassin d’Imbrium « se produit avec une probabilité de 15% à 35% », était supérieur ou égal à environ 100 km de diamètre et a frappé il y a environ 3,92 milliards d’années. Les auteurs disent qu’il a dû se former tardivement car il n’y a que deux bassins plus petits qui le recouvrent.
Les résultats sont également étayés par des impacts sur Terre. Mais sans cratères d’impact à étudier, les chercheurs s’appuient sur des lits de sphérules. Lorsque les impacteurs frappent la Terre, ils créent un panache de roche vaporisée. La roche se condense en minuscules roches en forme de sphère appelées sphérules qui rejaillissent sur la Terre. Ils forment des lits de sphérules encastrés dans la roche. « Notre modèle prédit des impacts d’environ 20 jours > 10 km sur la Terre pour T = 2,5–3,5 Ga », indique l’étude. « Ceci est similaire au nombre de lits de sphérules connus à la fin de l’Archéen. »
Dans cet intervalle de temps, les astéroïdes de la ceinture principale et les planétésimaux restants ont frappé la Terre. Mais, écrivent-ils, « Alors que les impacts d’astéroïdes étaient plus uniformément répartis sur la fin de l’Archéen, presque tous les impacts planétésimaux auraient dû se produire avant 3 Ga. »
Les chercheurs étudient toujours les cratères de la lune et reconstituent l’histoire du système solaire. Alors que l’IAU reconnaît officiellement 9 137 cratères, dont 1 675 ont été datés, ces chiffres sont susceptibles de changer. De nouvelles recherches basées sur les données de l’orbiteur lunaire chinois Chang’e rapprochent le nombre de cratères de 130 000. D’autres recherches placent le nombre encore plus haut : deux millions de cratères de plus de 1 à 2 km.
Quel que soit le nombre éventuel, chaque cratère est comme un fossile. La Terre n’a pas ce registre fossile, et reconstituer le registre fossile de l’impact sur la lune révèle non seulement l’histoire de la lune, mais aussi celle de la Terre.
Plus d’information:
David Nesvorný et al, Formation de bassins lunaires à partir d’impacts de restes de planétésimaux, Les lettres du journal astrophysique (2022). DOI : 10.3847/2041-8213/aca40e