La concentration de thorium à travers le vaste pôle Sud - bassin d'Aitken sur la face cachée de la Lune révèle la répartition des matériaux du manteau violemment éjectés lors de l'impact de formation du bassin. Ici, l'abondance du thorium est représentée par une échelle de couleurs arc-en-ciel, avec des zones à haut thorium indiquées en rouge, tendance au violet et au gris avec des abondances plus faibles. Deux cratères de la région nord-ouest du bassin présentent une abondance de thorium particulièrement élevée (indiquée en rouge sur la carte), suggérant la présence d'abondants matériaux du manteau actuellement exposés à la surface. Crédit :NASA/LRO/Lunar Prospector/D. Moriarty
Peu de temps après sa formation, la lune était recouverte d'un océan mondial de roche en fusion (magma). Alors que l'océan magmatique se refroidissait et se solidifiait, les minéraux denses ont coulé pour former la couche du manteau, tandis que des minéraux moins denses flottaient pour former la croûte de surface. Plus tard, un bombardement intense par des astéroïdes massifs et des comètes percés à travers la croûte, faire sauter des morceaux de manteau et les disperser sur la surface lunaire.
Récemment, une paire d'études de la NASA a identifié les endroits les plus susceptibles de trouver des morceaux de manteau à la surface, fournir une carte pour les futures missions de retour d'échantillons lunaires telles que celles du programme Artemis de la NASA. S'ils sont collectés et analysés, ces fragments du plus profond de la lune peuvent fournir une meilleure compréhension de la façon dont la lune, La terre, et de nombreux autres mondes du système solaire ont évolué.
"C'est l'évaluation la plus récente de l'évolution de l'intérieur lunaire, synthétisant de nombreux développements récents pour brosser un nouveau tableau de l'histoire du manteau et comment et où il a pu être exposé sur la surface lunaire, " a déclaré Daniel Moriarty du Goddard Space Flight Center de la NASA, Ceinture verte, Maryland et l'Université du Maryland, Parc du Collège.
Les océans de magma évoluent en se refroidissant et les matériaux denses coulent tandis que les matériaux légers montent. On pense que la formation des océans de magma et leur évolution sont des processus courants parmi les planètes rocheuses et les lunes de notre système solaire et au-delà. La lune de la Terre est le corps le plus accessible et le mieux conservé pour étudier ces processus fondamentaux.
« Comprendre ces processus plus en détail aura des implications pour d'importantes questions de suivi :comment ce réchauffement précoce affecte-t-il la distribution de l'eau et des gaz atmosphériques d'une planète ? ou est-ce que tout a bouilli ? Quelles sont les implications pour l'habitabilité précoce et la genèse de la vie ?" ajoute Moriarty, auteur principal des articles, publié le 3 août dans Communication Nature et janvier 2021 dans le Journal de recherche géophysique .
Les gros objets rocheux tels que les planètes, lunes, et les gros astéroïdes peuvent former des océans de magma avec la chaleur générée au fur et à mesure de leur croissance. Notre système solaire s'est formé à partir d'un nuage de gaz et de poussière qui s'est effondré sous sa propre gravité. Comme cela s'est produit, les grains de poussière s'entrechoquaient et se collaient les uns aux autres, et au fil du temps, ce processus a fait boule de neige en des agglomérations de plus en plus grandes, formant finalement des astéroïdes et des corps de la taille d'une planète. Ces collisions ont généré une énorme quantité de chaleur. Aussi, les éléments constitutifs de notre système solaire contenaient une variété d'éléments radioactifs, qui dégageaient de la chaleur au fur et à mesure de leur décomposition. Dans les objets plus gros, les deux processus peuvent libérer suffisamment de chaleur pour former des océans de magma.
Cependant, les détails de l'évolution des océans de magma à mesure qu'ils se refroidissent et de la cristallisation des divers minéraux qu'ils contiennent sont incertains, ce qui affecte à quoi les scientifiques pensent que les roches du manteau peuvent ressembler et où elles pourraient être trouvées à la surface.
"L'essentiel est que l'évolution du manteau lunaire est plus compliquée qu'on ne le pensait à l'origine, " a déclaré Moriarty. "Certains minéraux qui cristallisent et coulent tôt sont moins denses que les minéraux qui cristallisent et coulent plus tard. Cela conduit à une situation instable avec des matériaux légers près du bas du manteau essayant de monter tandis que des matériaux plus lourds plus près du sommet descendent. Ce processus, appelé « renversement gravitationnel », " ne procède pas d'une manière propre et ordonnée, mais devient désordonné, avec beaucoup de mélanges et des retardataires inattendus laissés pour compte."
L'équipe a passé en revue les expériences de laboratoire les plus récentes, analyse d'échantillon lunaire, et des modèles géophysiques et géochimiques pour développer leur nouvelle compréhension de l'évolution du manteau lunaire à mesure qu'il se refroidissait et se solidifiait. Ils ont utilisé cette nouvelle compréhension comme une lentille pour interpréter les observations récentes de la surface lunaire des vaisseaux spatiaux Lunar Prospector et Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, et l'instrument lunaire Mineralogy Mapper de la NASA à bord du vaisseau spatial indien Chandrayaan-I. L'équipe a généré une carte des emplacements probables du manteau à l'aide des données Moon Mineralogy Mapper pour évaluer la composition et l'abondance des minéraux, intégré aux observations du prospecteur lunaire sur les abondances élémentaires, y compris les marqueurs du dernier liquide restant à la fin de la cristallisation océanique du magma lunaire, et les données d'imagerie et de topographie de Lunar Reconnaissance Orbiter.
Vers 1, 600 milles (environ 2, 600 kilomètres) à travers, le pôle Sud—le bassin d'Aitken est la plus grande structure d'impact confirmée sur la lune, et est donc associé à la profondeur d'excavation la plus profonde de tous les bassins lunaires, c'est donc l'endroit le plus probable pour trouver des morceaux de manteau, selon l'équipe.
Pendant des années, les scientifiques ont été intrigués par une anomalie radioactive dans le quadrant nord-ouest du pôle Sud – le bassin d'Aitken sur la face cachée de la Lune. L'analyse de l'équipe démontre que la composition de cette anomalie est cohérente avec la "boue" qui se forme dans le manteau supérieur à la toute fin de la cristallisation du magma océanique. Parce que cette boue est très dense, les scientifiques ont précédemment supposé qu'il devrait complètement s'enfoncer dans le manteau inférieur au début de l'histoire lunaire.
"Toutefois, notre compréhension plus nuancée des modèles et expériences récents indique qu'une partie de ces boues est piégée dans le manteau supérieur, puis fouillé par ce vaste bassin d'impact, " dit Moriarty. " Par conséquent, cette région nord-ouest du pôle Sud - le bassin d'Aitken est le meilleur endroit pour accéder aux matériaux excavés du manteau actuellement sur la surface lunaire. De façon intéressante, certains de ces matériaux peuvent également être présents autour des sites d'atterrissage proposés d'Artémis et de VIPER autour du pôle Sud lunaire."
