Comment la Terre a obtenu sa lune est une longue question débattue. La théorie de l'impact géant – qui affirme que la lune s'est formée à la suite d'une collision entre la Terre primitive et un corps rocheux appelé Theia – est devenue le favori parmi les explications. Mais les détails sur la façon dont cela s'est produit sont flous et il existe de nombreuses observations que les scientifiques ont encore du mal à expliquer.

Maintenant une nouvelle étude, publié dans Nature Geoscience, a fait la lumière sur ce qui s'est réellement passé en résolvant l'un des plus grands mystères entourant le crash - pourquoi la lune a fini par être presque identique à la Terre, plutôt que Théia, en supposant qu'elle existait.

Selon la théorie de l'impact géant, Theia était un corps à peu près de la taille de Mars ou plus petit – la moitié du diamètre de la Terre. Il s'est écrasé sur la Terre en développement il y a 4,5 milliards d'années. Cette collision a produit suffisamment de chaleur pour créer des océans de magma et a éjecté beaucoup de débris en orbite autour de la Terre, qui a ensuite fusionné dans la lune.

La théorie explique la manière et la vitesse à laquelle la Terre et la Lune tournent l'une autour de l'autre. Ils sont bloqués par les marées, ce qui signifie que la lune montre toujours le même côté vers la Terre lorsqu'elle tourne autour d'elle. C'est pourquoi ce fut un tel exploit lorsque les Chinois ont posé leur vaisseau spatial Chang'e 4 sur la face cachée de la Lune en 2019 - les communications directes avec cette face ne sont jamais possibles depuis la Terre.

La Lune et la Terre ont une composition presque identique. Les différences sont que la lune a moins de fer et moins d'éléments plus légers comme l'hydrogène, qui sont nécessaires pour produire de l'eau. La théorie de l'impact géant explique pourquoi. L'élément lourd fer aurait été retenu sur Terre. Et la chaleur produite lors de l'impact et de l'éjection dans l'espace aurait fait bouillir les éléments les plus légers tandis que le reste de la matière de la Terre et de Theia se serait mélangé.

Les modèles informatiques ont reproduit les événements qui ont conduit à la formation de la lune. Les modèles qui correspondent le mieux à toutes les observations suggèrent que la lune devrait être composée à environ 80% de la matière provenant de Theia. Alors pourquoi la lune est-elle plutôt étrangement similaire à la Terre ?

Une explication est que Theia et la Terre primitive devaient avoir une composition identique au départ. Cela semble peu probable parce que chaque corps planétaire documenté dans notre système solaire a sa propre composition unique, avec de légères différences reflétant la distance du soleil où un corps s'est formé.

Une autre explication est que le mélange des deux corps a été beaucoup plus poussé que prévu, laissant une signature moins claire de Theia dans la lune. Mais c'est aussi peu probable, car cela nécessiterait un impact beaucoup plus important que celui qui a réellement eu lieu.

Creuser profondément

La nouvelle étude résout ce dilemme en montrant que la Terre et la Lune ne sont pas aussi similaires qu'on le pensait auparavant. Les chercheurs ont examiné avec une très grande précision la répartition des isotopes de l'élément oxygène dans les roches renvoyées de la lune par les astronautes d'Apollo. En chimie, le noyau atomique de tout élément est composé de particules appelées protons et neutrons ; les isotopes d'un élément ont le même nombre de protons dans le noyau que la version normale, mais des nombres de neutrons différents. Dans ce cas, isotope de l'oxygène, O-18, qui a huit protons et dix neutrons, est légèrement plus lourd que le beaucoup plus commun que O-16, avec ses huit protons et ses huit neutrons.

L'étude montre qu'il existe une petite différence entre la Terre et la Lune dans leur composition en isotopes d'oxygène - leurs profils ne sont pas identiques après tout. De plus, la différence augmente quand on regarde les roches du manteau lunaire, qui est une couche sous la surface ou la croûte - ayant des isotopes d'oxygène plus légers que la Terre. C'est important. La croûte est l'endroit où les débris mélangés auraient abouti, alors que l'intérieur profond aurait plus de morceaux de Theia.

Donc Theia et la Terre n'étaient pas identiques, et la Lune et la Terre ne sont pas identiques non plus. Mais les résultats nous en apprennent aussi un peu plus sur Theia elle-même.

En raison de la gravité, on peut s'attendre à un peu plus d'isotopes plus lourds plus proches du Soleil. Par rapport à la Terre, Theia devait avoir plus d'isotopes d'oxygène plus légers, ce qui suggère qu'il se serait formé plus loin du Soleil que la Terre.

Avec les résultats de cette étude, la théorie de l'impact géant a franchi un autre obstacle pour expliquer la formation de notre lune, et nous en avons appris un peu plus sur Theia elle-même en chemin.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.