La lune s'est formée un peu plus tard que prévu. Lorsqu'une protoplanète de la taille de Mars a été détruite dans une collision avec la jeune Terre, un nouveau corps a été créé à partir des débris éjectés lors de cette collision, qui devint la lune. Géophysiciens planétaires du Centre aérospatial allemand (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), dirigé par Maxime Maurice, avec des chercheurs de l'Université de Münster, ont utilisé un nouveau modèle numérique pour reconstituer l'heure à laquelle l'événement s'est produit, il y a 4,425 milliards d'années. Les hypothèses précédentes sur la formation de la lune étaient basées sur un âge de 4,51 milliards d'années - que, est 85 millions d'années plus tôt que ne le révèlent les nouveaux calculs. Les scientifiques ont rapporté leurs découvertes dans Avancées scientifiques .

Il y a quatre milliards et demi d'années, le système solaire était encore chaotique. La Terre grandissait encore jusqu'à sa taille actuelle, collecter de la matière sous la forme de ce que l'on appelle les planétésimaux. Ceux-ci s'étaient auparavant formés dans le disque de poussière et de gaz en orbite autour du soleil primitif. La jeune Terre consolidée, devenant de plus en plus chaud à l'intérieur. De plus en plus, de grandes parties du manteau rocheux ont fondu et ont formé un océan de magma. C'est à cette époque que la Terre a acquis le satellite naturel qui continue d'orbiter autour d'elle à ce jour. Une collision cosmique massive entre la Terre et une protoplanète a éjecté de la roche de la jeune Terre. Finalement, ces débris se sont agglomérés pour former un nouveau corps planétaire :la lune.

En principe, la plupart des scientifiques s'accordent sur la façon dont la lune s'est formée, mais pas sur les détails du processus, et surtout pas sur l'heure à laquelle cela s'est produit. "Les résultats de notre dernière modélisation suggèrent que la jeune Terre a été touchée par une protoplanète quelque 140 millions d'années après la naissance du système solaire il y a 4,567 milliards d'années, " dit Maxime Maurice, résumant les enquêtes de l'équipe. « D'après nos calculs, cela s'est produit il y a 4,425 milliards d'années - avec une incertitude de 25 millions d'années - et la lune est née."

À ce moment-là, La Terre venait de devenir une planète. Au cours de cette évolution, les composants métalliques lourds s'enfoncent en son centre et forment un noyau de fer et de nickel, qui était entouré d'un épais manteau de roches silicatées. Les roches du manteau sont devenues de plus en plus chaudes en raison du processus d'accrétion et de la désintégration des éléments radioactifs. Cela a permis la séparation des métaux et des silicates à l'intérieur de la Terre en quelques dizaines de millions d'années.

Une bulle planétaire a provoqué la formation de la lune

À ce stade, La Terre a été touchée par Theia, une protoplanète qui avait peut-être la taille de Mars. Theia était l'un des Titans de la mythologie grecque, et la mère de la déesse de la lune Selene. Aux premiers jours du système solaire, il y aurait eu beaucoup de corps de ce genre. Certains ont été éjectés du système solaire, tandis que d'autres ont été détruits par des collisions avec d'autres corps. Théia, cependant, a frappé la Terre et a provoqué l'éjection d'une telle quantité de matière du manteau de la planète que la lune a pu se former à partir de celle-ci. Lors de cet impact violent, un océan de magma de plusieurs milliers de kilomètres de profondeur s'est formé. Aujourd'hui, aucune trace de Theia ne subsiste suite à cette collision.

Reconstituer comment la formation de la lune a été déclenchée par cet événement nécessite beaucoup d'imagination et de créativité. La collision des deux corps, avec son énorme énergie, a également vaporisé une grande quantité de roche du manteau primitif de la Terre. Celui-ci a été éjecté et collecté dans un anneau de poussière autour de la Terre avant de s'y rassembler pour former de la roche. « De là, la lune s'est formée en peu de temps, probablement dans quelques milliers d'années, " explique Doris Breuer, Chef du département de physique planétaire du DLR Institute of Planetary Research et co-auteur de l'étude.

La plus vieille roche lunaire n'est pas assez vieille

Les scientifiques sont largement d'accord sur l'histoire de la formation de la lune. Cependant, ils n'ont pas pu le dater exactement, car aucune des roches lunaires apportées sur Terre par les astronautes des six missions Apollo et des trois missions robotiques soviétiques Luna n'enregistre directement l'âge du satellite naturel de la Terre. Des chercheurs du DLR et de l'Université de Münster ont déterminé quand la lune s'est formée à l'aide d'un nouveau méthode indirecte. "Nos calculs montrent que cela s'est très probablement produit à la toute fin de la formation de la Terre, " dit Sabrina Schwinger, un autre co-auteur de l'étude, décrivant la séquence chronologique des événements.

Ce n'était pas seulement la Terre qui avait un océan de magma dans sa première jeunesse. L'énergie provenant de l'accrétion a également conduit à la formation d'un océan de magma sur la lune. La lune a fondu presque complètement et, comme la Terre, était recouvert par un océan de magma de plus de 1000 kilomètres de profondeur. Cet océan de magma a rapidement commencé à se solidifier et a formé une croûte de flottement, cristaux légers à la surface - son « interface » avec l'espace froid. Mais sous cette croûte isolante, qui a ralenti le refroidissement et la solidification de l'océan magmatique, la lune resta longtemps en fusion. Jusqu'à maintenant, les scientifiques n'ont pas pu déterminer combien de temps il a fallu à l'océan de magma pour se cristalliser complètement, c'est pourquoi ils n'ont pas pu conclure lorsque la lune s'est formée à l'origine.

Pour calculer la durée de vie de l'océan magma de la lune, les scientifiques ont utilisé un nouveau modèle informatique, lequel, pour la première fois, examiné de manière approfondie les processus impliqués dans la solidification du magma. "Les résultats du modèle montrent que l'océan magmatique de la lune avait une longue durée de vie et qu'il a fallu près de 200 millions d'années pour se solidifier complètement en roche du manteau, " précise Maxime Maurice. " L'échelle de temps est beaucoup plus longue que calculée dans les études précédentes, " ajoute Nicola Tosi, collègue du DLR, deuxième auteur de l'étude et directeur du doctorat de Maxime Maurice. thèse, qui a servi de base à ce rapport scientifique condensé. "Les modèles plus anciens ont donné une période de solidification de seulement 35 millions d'années."

Les modèles de solidification révèlent l'âge de la Lune et de la Terre

Pour déterminer l'âge de la lune, les scientifiques devaient aller plus loin. Ils ont calculé comment la composition des minéraux de silicate riches en magnésium et en fer qui se sont formés lors de la solidification de l'océan magmatique a changé au fil du temps. Les chercheurs ont découvert un changement radical dans la composition de l'océan de magma restant à mesure que la solidification progressait.

Cette découverte est importante car elle a permis aux auteurs de lier la formation de différents types de roches sur la Lune à un certain stade de l'évolution de son océan magmatique. "En comparant la composition mesurée des roches de la lune avec la composition prédite de l'océan magmatique à partir de notre modèle, nous avons pu retracer l'évolution de l'océan jusqu'à son point de départ, l'heure à laquelle la lune s'est formée, " explique Sabrina Schwinger.

Les résultats de l'étude montrent que la lune s'est formée il y a 4,425 ± 0,025 milliards d'années. L'âge exact de la Lune est en accord remarquable avec un âge précédemment déterminé pour la formation du noyau métallique de la Terre avec la méthode uranium-plomb, le point auquel la formation de la planète Terre a été achevée. "C'est la première fois que l'âge de la Lune peut être directement lié à un événement qui s'est produit à la toute fin de la formation de la Terre, à savoir la formation du noyau, " dit Thorsten Kleine de l'Institut de Planétologie de l'Université de Münster.