De quoi est composée la Lune ? Comment s’est-elle formée ?

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Des nuages fins donnent un éclat rougeoyant à la pleine lune au-dessus de l’océan parsemé d’icebergs ... Des nuages fins donnent un éclat rougeoyant à la pleine lune au-dessus de l’océan parsemé d’icebergs en Antarctique. © PHOTOGRAPHIE DE María Stenzel.

La Lune, dite aussi Terre I, est l’unique satellite naturel permanent de la planète Terre. Il s’agit du cinquième plus grand satellite naturel du Système solaire, et du plus grand des satellites planétaires par rapport à la taille de la planète autour de laquelle il orbite. Elle est le deuxième satellite le plus dense du Système solaire après Io, un satellite de Jupiter. Elle est dépourvue d’atmosphère dense et de champ magnétique. Son influence gravitationnelle sur la Terre produit les marées océaniques, les marées terrestres, un léger allongement de la durée du jour et la stabilisation de l’inclinaison de l’axe terrestre.

La distance orbitale moyenne de la Lune est de 384 402 Km, soit environ trente fois le diamètre terrestre, et sa période de révolution vaut 27,3 jours. La taille apparente de la Lune dans le ciel est approximativement la même que celle du Soleil, puisque le diamètre de l’étoile est environ 400 fois celui du satellite, mais qu’elle est également 400 fois plus éloignée. Par conséquent, la Lune peut couvrir presque exactement le Soleil dans le ciel, permettant l’apparition d’éclipses solaires totales. Cette correspondance de taille apparente disparaîtra dans un avenir lointain du fait de l’augmentation de la distance lunaire d’environ 3,8 cm par an. La formation de la Lune remonterait à il y a environ 4,51 milliards d’années, peu de temps après celle de la Terre. L’explication la plus largement acceptée est que la Lune s’est formée à partir des débris restants après un impact géant entre une proto-Terre et une protoplanète de la taille de Mars, appelée Théia.

L’éclipse totale est plutôt rare. Elle se produit environ une fois l’an lorsqu’une nouvelle lune passe ...Image : L’éclipse totale est plutôt rare. Elle se produit environ une fois l’an lorsqu’une nouvelle lune passe directement entre le Soleil et la Terre, recouvrant tout au passage sauf la couronne solaire. © PHOTOGRAPHIE DE National Optical Astronomy Observatories.

La Lune est survolée pour la première fois par la sonde spatiale Luna 2 en 1959. Durant plus d’une décennie, elle est notamment étudiée par les programmes Luna et Apollo, respectivement soviétique et américain. Cette course à l’espace culmine en 1969 avec les premiers humains posant le pied sur la Lune lors de la mission Apollo 11 emportant Neil Armstrong et Buzz Aldrin. Dix autres astronautes de la NASA foulent ensuite le sol lunaire jusqu’à Apollo 17 en 1972. Ces missions permettent de ramener sur Terre des roches lunaires qui, avec les observations effectuées sur place, permettent de développer la connaissance géologique de la Lune, de sa structure interne et de l’histoire de sa formation. Délaissée à partir de 1974 par les puissances spatiales, l’astre connaît un nouvel intérêt dans les années 1990, deux missions de la NASA — Clementine et Lunar Prospector — découvrant des indices de la présence de glace d’eau, notamment au pôle Sud. À compter de la fin des années 1990, la Lune est la destination principale des sondes spatiales des nouvelles nations spatiales, notamment la Chine, le Japon et l’Inde. De nouvelles missions habitées vers la Lune, voire une colonisation, sont envisagées dans les années 2020.

Origine de la Lune

La Lune orbite autour de la Terre depuis des milliards d’années. Avant que les premières traces de vie n’apparaissent dans les océans. Avant même que la Terre ne soit suffisamment froide pour abriter des océans. Cependant, cette sérénité qui règne dans le ciel nocturne est le fruit d’un passé particulièrement houleux. La Lune serait née peu de temps après la formation du système solaire et la projection de comètes, de météores et d’astéroïdes, il y a 4,5 milliards d’années. La collision entre la Terre et un bolide de la taille de Mars aurait fait tourbillonner de la roche en fusion dans l’espace. Au fil du temps, des nuages de débris se seraient rassemblés pour former la Lune. Cette formation précoce et les liens étroits qu’elle entretient avec la jeune Terre font de la Lune l’un des éléments les plus prometteurs pour comprendre la naissance et le développement de notre système solaire et de notre planète. La Lune conserve également nombre de ses caractéristiques d’époque. Contrairement à la Terre, elle ne possède pas de plaques tectoniques actives qui modifient sans cesse le paysage. De même, ni vent ni pluie n’usent ses roches anciennes. Plusieurs générations d’astronomes ont exploré ce petit monde dépourvu d’air, de sa surface grêlée par les impacts à son noyau interne composé de fer. C’est le seul autre monde où l’Homme a posé le pied, un candidat de choix pour de futurs voyages spatiaux.

Face visible, face cachée

Dans notre système solaire, plus de 190 satellites naturels orbitent autour des planètes et des astéroïdes, la Lune étant le cinquième plus grand. Son diamètre est d’environ 3 500 kilomètres, soit le tiers du diamètre de la Terre. La distance Terre-Lune est égale à 30 fois le diamètre de la Terre. La durée de rotation de la Lune sur elle-même est sensiblement la même que sa rotation autour de la Terre : environ 27,3 jours. Cette danse céleste est mieux connue sous le nom de rotation synchrone. Depuis la Terre, nous voyons donc toujours la même face lunaire, illuminée par le Soleil. On passe par différentes phases lunaires : nouvelle lune, pleine lune, croissant de lune. Celles-ci dépendent de la position de la Lune par rapport à la Terre et au Soleil. Un cycle lunaire complet dure 29,5 jours.

S’il est vrai que la Lune est en rotation synchrone avec la Terre, lui montrant donc constamment la même face, il n’existe cependant pas de véritable «côté obscur». Celle-ci, appelée face visible, est marquée par des mers lunaires volcaniques sombres qui remplissent les espaces entre les hautes terres claires et ses cratères d’impact proéminents. Réciproquement, elle possède une face “cachée”, qui présente moins de mers mais beaucoup plus de cratères, dont le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand du satellite et l’un des plus grands du Système solaire par son diamètre de 2 500 km. La face cachée de la Lune est également éclairée par la lumière du Soleil mais elle n’est juste pas visible depuis la Terre. La partie illuminée change en fonction de la position de la Lune.

Les roches lunaires

Au cours des missions Apollo, les astronautes ont ramené sur Terre près de 400 kilos de roche lunaire, de sable et de poussière pour que les chercheurs puissent examiner la surface de la Lune. Ces éléments leur ont apporté de précieuses informations sur la formation de la Lune et son évolution. Tôt dans son histoire, de grands océans de magma ont recouvert la Lune. Le magma s’est lentement refroidi en précipitant des cristaux. Les minéraux les plus légers se sont rassemblés à la surface. Une grande partie de cette ancienne croûte lunaire est constituée d’anorthosite, une roche de couleur claire, qui constitue les parties lumineuses de la Lune que nous voyons depuis la Terre. (Cette roche terrestre pourrait être la plus ancienne jamais trouvée et elle a été collectée sur la Lune.)

Aujourd’hui, des milliards d’années plus tard, cette surface éblouissante regorge de taches sombres. Ces zones obscures sont de vastes étendues de basaltes lunaires comparables aux roches qui forment les îles hawaïennes. Connues sous le nom de maria, qui signifie mer en latin, ces zones sont les conséquences de coulées volcaniques. Selon les chercheurs, ces éruptions ne se poursuivent pas à ce jour et l’explosion de la lave a eu lieu, en majeure partie, il y a trois ou quatre milliards d’années. Certaines petites taches sombres sont des failles ou des fissures profondes à la surface. Cependant, elles ne résultent pas du mouvement des plaques tectoniques comme les failles à la surface de la Terre. De nombreuses fissures se sont sans doute formées lorsque la Lune s’est refroidie puis contractée. D’autres proviennent de l’attraction gravitationnelle de la Terre. Cette activité a eu lieu en grande partie il y a très longtemps mais une étude des tremblements de terre à l’époque des missions Apollo montre que tout ne remonte pas à un passé très lointain. La Lune n’est peut-être pas géologiquement morte comme on peut le croire. (Une masse mystérieuse détectée sous la face cachée de la Lune.)

L’une des caractéristiques fondamentales de la Lune est sa surface criblée de cratères qui se chevauchent. L’étude de ces cratères et de la datation géologique des roches ramenées sur Terre après les missions Apollo, permet aux chercheurs non seulement d’avoir des informations précises sur l’histoire du bombardement de la Terre et de la Lune mais également d’établir une chronologie des autres entités du système solaire. Comme sur Terre, le manteau lunaire se trouve sous la croûte mais les chercheurs ne sont toujours pas sûrs de sa composition exacte. Quelques découvertes récentes suggèrent que les parties supérieures du manteau sont principalement formées de minéraux comme l’olivine et le pyroxène. Au centre de la Lune, se trouve un petit noyau de fer qui s’étend sur 480 kilomètres environ, selon l’analyse des données des enregistrements sismiques d’Apollo.

Pas si aride que ça

La Lune était autrefois considérée comme un paysage aride. Cependant, les chercheurs ont détecté de nombreux signes qui prouvent que la Lune est plus humide qu’on ne le croit. Bien que l’eau ne puisse persister à sa surface à l’état liquide, tout pousse les chercheurs à croire qu’il existe de la glace de manière permanente dans certaines des zones ombragées de la Lune. De minuscules éclats de verre en provenance d’anciennes éruptions volcaniques suggèrent qu’il existe une grande quantité d’eau dans les minéraux. De plus, l’eau semble se déverser lorsque les météores entrent en collision avec la surface de la Lune. On évalue la quantité d’eau qui coule à 220 tonnes par an. Une source précieuse pour les êtres humains qui s’aventureront sur la Lune à l’avenir ou même pour les résidents des bases lunaires qui serviraient de point de départ à une exploration plus profonde de l’espace.

Avec ou sans la lune?

Le changement de cycle régulier entre nouvelle lune et pleine lune a permis à l’Homme de concevoir un calendrier qui montre les nombreuses phases de la Lune et leur incidence sur la surface de la Terre. Le phénomène des marées est une des manifestations les plus visibles et les plus spectaculaires de l’influence exercée par la Lune sur la Terre. L’attraction gravitationnelle de la Lune sur l’océan produit deux renflements, diamétralement opposés. Au fur et à mesure que la Terre tourne, la partie affectée par l’attraction lunaire change, créant une marée haute toutes les 12 heures. De plus, la Lune permet de stabiliser l’axe de rotation de la Terre, et donc son climat. L’orientation de l’axe a une incidence sur la répartition de l’énergie solaire sur Terre et, par ailleurs, sur les avancées et les retraits des calottes glaciaires. Sans la Lune, les chercheurs estiment que l’inclinaison de la planète varierait de 0 à 85 degrés, ce qui provoquerait des fluctuations incontrôlées au niveau du climat.

Toutefois, l’emprise de la Lune sur notre planète devient de plus en plus faible à mesure qu’elle s’éloigne de la Terre : environ 3,8 centimètres chaque année. Ce phénomène est essentiellement dû aux marées terrestres. L’onde créée par le déplacement des eaux exercerait une force gravitationnelle sur la Lune qui accélérerait son mouvement et entraînerait son lent éloignement. N’ayez pas peur. Il est fort peu probable que la Lune disparaisse complètement. Pour les millénaires à venir, notre petit satellite lumineux continuera de tourner autour de la Terre pendant que nous poursuivons notre rotation autour du Soleil. À moins que notre planète ne soit avalée par notre Soleil mourant (La Terre pourrait un jour connaître le destin de cette petite planète).

Sources :

  1. NASA science: The moon
  2. The Moon: stepping stone to the planets
  3. Oregon State: Volcanism on the moon
  4. Lunar and Planetary Institute: About our moon
  5. Cornell’s Ask an astronomer: Is the moon moving away from the Earth?
  6. NASA News: The moon has an Earth-like core
  7. Smithsonian National Air and Space Museum: Lunar rocks
  8. University of Hawaii: The oldest moon rocks
  9. NASA Blogs: Why study the moon?
  10. NOAA SciJinks: What causes tides?
  11. Pourquoi la Terre a-t-elle une lune ?

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