Anomalies gravitationnelles à l'air libre et relief topographique ombré du bassin d'impact oriental de 930 km de diamètre de la lune. Le rouge correspond aux excès de masse et le bleu aux déficits de masse par rapport à une valeur de référence. Ce modèle de champ gravitationnel, sur la base des mesures acquises de la mission NASAGRAIL, montre la structure détaillée de la dépression du bassin central qui est rempli de basaltes densesmare, ainsi que les anneaux qui se sont formés en raison de l'effondrement gravitationnel de la cavité initiale du cratère peu de temps après l'impact. La carte en relief ombrée, à partir d'un modèle numérique d'élévation de l'altimètre laser du NASA Lunar Reconnaissance Orbiter et de la SELENE Terrain Camera, est rendu avec le soleil virtuel juste après le lever du soleil à Orientale, un jour après la pleine lune. Crédit :Ernest Wright, Studio de visualisation scientifique NASA/GSFC
En utilisant les données de la mission Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) de la NASA, les scientifiques ont jeté un nouvel éclairage sur la formation d'un énorme élément d'impact en forme d'œil de bœuf sur la Lune. Les résultats, décrit dans deux articles publiés dans la revue Science , pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre comment ces types d'impacts géants ont influencé l'évolution précoce de la Lune, Mars et la Terre.
Formé il y a environ 3,8 milliards d'années, le bassin Orientale est situé sur le bord sud-ouest de la face visible de la Lune, à peine visible de la Terre. Les caractéristiques les plus importantes du bassin sont trois anneaux concentriques de roche, dont le plus extérieur a un diamètre de près de 580 milles.
Les scientifiques débattent depuis des années sur la formation de ces anneaux. Grâce aux passages rapprochés ciblés au-dessus d'Orientale par la sonde jumelle GRAIL en 2012, les scientifiques de la mission pensent avoir enfin compris. Les données du GRAIL ont révélé de nouveaux détails sur la structure intérieure d'Orientale. Les scientifiques ont utilisé ces informations pour calibrer un modèle informatique qui, pour la première fois, a pu recréer la formation des anneaux.
« De grands impacts comme celui qui a formé Orientale ont été les moteurs de changement les plus importants sur les croûtes planétaires au début du système solaire, " a déclaré Brandon Johnson, un géologue à l'Université Brown, auteur principal de l'un des articles et co-auteur de l'autre. "Grâce aux énormes données fournies par GRAIL, on a une bien meilleure idée de la formation de ces bassins, et nous pouvons appliquer ces connaissances à de grands bassins sur d'autres planètes et lunes."
Dans l'un des Science papiers, une équipe de recherche dirigée par Maria Zuber du MIT, un doctorat brun diplômé, a procédé à un examen détaillé des données retournées par GRAIL.
"Autrefois, notre vision du bassin Orientale était en grande partie liée à ses caractéristiques de surface, mais nous ne savions pas à quoi ressemblait la structure souterraine en détail. C'est comme essayer de comprendre comment fonctionne le corps humain en regardant simplement la surface, " dit Jim Head, un géologue à Brown, Membre de l'équipe scientifique du GRAIL et co-auteur de la recherche. "La beauté des données GRAIL est que c'est comme mettre Orientale dans une machine à rayons X et apprendre en détail à quoi correspondent les caractéristiques de la surface dans le sous-sol."
L'un des principaux mystères que les données ont aidé à résoudre concerne la taille et l'emplacement du cratère transitoire d'Orientale, la dépression initiale créée lorsque l'impacteur a projeté le matériau loin de la surface. Dans les petits impacts, ce cratère initial est laissé derrière. Mais dans les collisions plus importantes, le rebond de la surface suite à l'impact peut parfois effacer toute trace de ce point d'impact initial.
Certains chercheurs avaient pensé que l'un des anneaux d'Orientale pourrait représenter les restes du cratère transitoire. Mais les données du GRAIL ont montré que ce n'est pas le cas. Au lieu de cela, la signature gravitationnelle d'Orientale suggère que le cratère transitoire se trouvait quelque part entre ses deux anneaux intérieurs, mesurant entre 200 et 300 milles de diamètre. Tous les restes de surface reconnaissables de ce cratère ont été effacés par les conséquences de la collision.
Le bassin oriental mesure environ 930 kilomètres de large et comporte trois anneaux distincts, qui forment un motif en forme de bulle. Cette vue est une mosaïque d'images du Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Crédit :NASA/GSFC/Université d'État de l'Arizona
La limitation de la taille du cratère transitoire a permis à l'équipe d'estimer la quantité de matériau projeté hors de la surface lors de la collision. L'équipe calcule qu'environ 816, 000 milles cubes de roche ont été soufflés.
Pour la tête, ces résultats ont aidé à lier ensemble des années pour la recherche sur Orientale.
"J'ai écrit mon premier article sur le Bassin Orientale en 1974, il y a plus de quarante ans, et je l'étudie depuis, " dit-il. " Nous savons maintenant quelles parties de la croûte ont été enlevées, quelles parties du manteau et de l'intérieur plus profond ont été soulevées, et combien d'éjectas ont été retirés et redistribués sur toute la Lune."
Modelage des bagues Orientale
Pour l'autre papier, Johnson a dirigé une équipe de chercheurs qui a utilisé les données du GRAIL pour développer un modèle informatique de l'impact et de ses conséquences. Le modèle qui correspond le mieux aux données du GRAIL estime qu'Orientale a été formée par un objet d'environ 40 milles de diamètre voyageant à environ 9 milles par seconde.
Le modèle a pu recréer les anneaux d'Orientale et expliquer comment ils se formaient. Il a montré que lorsque la croûte a rebondi après l'impact, les roches chaudes et ductiles du sous-sol se sont déplacées vers l'intérieur vers le point d'impact. Ce flux vers l'intérieur a fait craquer et glisser la croûte au-dessus, formant les falaises, plusieurs kilomètres de haut, qui composent les deux anneaux extérieurs.
L'anneau le plus interne a été formé par un processus différent. Dans les petits impacts, le rebond de la croûte peut former un monticule de matière au centre d'un cratère, appelé pic central. Mais le pic central d'Orientale était trop grand pour être stable. Ce matériau a coulé vers l'extérieur, finalement en monticule de façon circulaire, formant la bague intérieure.
"Ce fut un processus vraiment intense, ", a déclaré Johnson. "Ces falaises de plusieurs kilomètres et l'anneau central se sont tous formés quelques minutes après l'impact initial."
Cette carte à code couleur montre la force de la gravité de surface autour du bassin Orientale sur la lune, dérivé des données du GRAIL. (L'échelle de couleurs représente les unités de "gals" - 1 gal correspond à environ 1/1000 de l'accélération gravitationnelle de la surface de la Terre.) . Crédit :NASA/JPL-Caltech
C'est la première fois qu'un modèle a pu reproduire ces bagues, dit Johnson.
"GRAIL a fourni les données dont nous avions besoin pour fournir une base pour les modèles, ", a-t-il déclaré. "Cela nous donne l'assurance que nous capturons les processus qui ont réellement formé ces anneaux."
Bassins circulaires ailleurs
Orientale est l'exemple le plus jeune et le mieux conservé d'un bassin multi-anneaux n'importe où dans le système solaire, mais ce n'est certainement pas le seul. Armé d'une compréhension de l'Orientale, les scientifiques peuvent étudier comment ces processus se déroulent ailleurs.
"Il y a plusieurs bassins de ce genre sur Mars, " Johnson a dit "Mais par rapport à la Lune, il y a beaucoup plus de géologie qui s'est produite après ces impacts qui les dégrade. Maintenant que nous avons une meilleure compréhension de la formation des bassins, nous pouvons mieux comprendre les processus qui ont suivi."
Head dit que cette recherche est un autre exemple de la façon dont notre propre Lune nous aide à comprendre le reste du système solaire.
"La Lune est en quelque sorte un laboratoire plein de caractéristiques bien conservées que nous pouvons analyser en détail, " a déclaré Head. " Grâce au leadership de Maria Zuber, GRAIL continue de nous aider à comprendre comment la Lune a évolué et comment ces processus sont liés à d'autres planètes et lunes."
