Un indice de plus sur l'origine de la Lune

Des chercheurs de l'ETH Zurich ont découvert la première preuve définitive que la Lune a hérité de gaz nobles indigènes du manteau terrestre.

18.08.2022 - Suisse

Cette découverte représente une pièce importante du puzzle permettant de comprendre comment la Lune et, potentiellement, la Terre et les autres corps célestes se sont formés.

L'humanité a toujours été fascinée par la Lune. Toutefois, ce n'est qu'à l'époque de Galilée que les scientifiques ont vraiment commencé à l'étudier. Pendant près de cinq siècles, les chercheurs ont avancé de nombreuses théories très controversées sur la formation de la Lune. Aujourd'hui, des géochimistes, des cosmochimistes et des pétrologues de l'ETH Zurich jettent une nouvelle lumière sur l'histoire des origines de la Lune. Dans une étude qui vient d'être publiée dans la revue Science Advances, l'équipe de recherche présente des résultats qui montrent que la Lune a hérité des gaz nobles indigènes que sont l'hélium et le néon du manteau terrestre. Cette découverte vient s'ajouter aux contraintes déjà fortes qui pèsent sur la théorie de l'"impact géant", actuellement privilégiée, selon laquelle la Lune aurait été formée par une collision massive entre la Terre et un autre corps céleste.

Des météorites de la Lune à l'Antarctique

Au cours de ses recherches doctorales à l'ETH Zurich, Patrizia Will a analysé six échantillons de météorites lunaires provenant d'une collection de l'Antarctique, obtenue auprès de la NASA. Les météorites sont constituées de roches basaltiques qui se sont formées lorsque du magma est remonté de l'intérieur de la Lune et s'est rapidement refroidi. Après leur formation, elles sont restées recouvertes de couches de basalte supplémentaires, 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 présents dans le magma. Will et son 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 conclusions confirment que la Lune a hérité de gaz nobles indigènes à la Terre. "La découverte, pour la première fois, de gaz solaires dans des matériaux basaltiques provenant de la Lune, sans lien avec une quelconque exposition à la surface lunaire, est un résultat passionnant", a déclaré M. Will.

Sans la protection d'une atmosphère, les astéroïdes frappent 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, semblables aux vastes plaines connues sous le nom de Mare lunaire. Les fragments de roche ont fini par atteindre la Terre sous la forme de météorites. Beaucoup de ces échantillons de météorites sont ramassés dans les déserts d'Afrique du Nord ou, dans le cas présent, dans 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

Le laboratoire des gaz rares de l'ETH Zurich abrite un spectromètre de masse de pointe pour les gaz rares, baptisé "Tom Dooley", dont il est question dans la chanson du même nom de Grateful Dead. L'instrument a été baptisé ainsi lorsque les premiers chercheurs ont suspendu l'équipement hautement sensible au plafond du laboratoire pour éviter les interférences dues aux vibrations de la vie quotidienne. Grâce à l'instrument Tom Dooley, l'équipe de recherche a pu mesurer des particules de verre sub-millimétriques provenant des météorites et exclure le vent solaire comme source des gaz détectés. L'hélium et le néon qu'ils ont détectés étaient beaucoup plus abondants 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 de Murchison, vieille de 7 milliards d'années - la matière solide la plus ancienne connue à ce jour.

À la recherche des origines de la vie

Savoir où chercher dans la vaste collection de quelque 70 000 météorites approuvées par la NASA représente une avancée majeure. "Je suis fermement convaincu qu'il y aura une course à l'étude des gaz rares lourds et des isotopes dans les matériaux météoritiques", déclare le professeur Henner Busemann de l'ETH Zurich, l'un des principaux scientifiques mondiaux dans le domaine de la géochimie des gaz rares extra-terrestres. Il prévoit que les chercheurs s'intéresseront bientôt aux gaz rares tels que le xénon et le krypton, qui sont plus difficiles à identifier. Ils rechercheront également d'autres éléments volatils comme l'hydrogène ou les halogènes dans les météorites lunaires.

Busemann commente : "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 en 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."

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