Il s'agit d'une image composite de la face visible de la lune prise par le Lunar Reconnaissance Orbiter en juin 2009, notez la présence de zones sombres de maria de ce côté de la lune. Crédit :NASA
La Lune de la Terre est un objet inhabituel dans notre système solaire, et maintenant il y a une nouvelle théorie pour expliquer comment il est arrivé là où il est, ce qui met quelques rebondissements sur la théorie actuelle de "l'impact géant". Le travail est publié le 31 octobre dans la revue La nature .
La Lune est relativement grosse par rapport à la planète sur laquelle elle orbite, et c'est fait à peu près de la même matière, moins certains composés plus volatils qui se sont évaporés il y a longtemps. Cela le distingue de tous les autres objets majeurs du système solaire, dit Sarah Stewart, professeur de sciences de la terre et des planètes à l'Université de Californie, Davis et auteur principal sur le papier.
"Tous les autres corps du système solaire ont une chimie différente, " elle a dit.
La théorie du manuel de la formation lunaire va comme ceci. Vers la fin de la formation du système solaire est arrivée la phase "d'impact géant", lorsque des objets chauds de la taille d'une planète sont entrés en collision les uns avec les autres. Un objet de la taille de Mars a frôlé ce qui allait devenir la Terre, rejetant une masse de matière à partir de laquelle la Lune s'est condensée. Cet impact a défini le moment angulaire du système Terre-Lune, et a donné à la Terre primitive une journée de cinq heures. Au fil des millénaires, la Lune s'est éloignée de la Terre et la rotation a ralenti jusqu'à notre journée actuelle de 24 heures.
Les scientifiques l'ont compris en regardant l'orbite actuelle de la Lune, déterminer à quelle vitesse le moment angulaire du système Terre-Lune a été transféré par les forces de marée entre les deux corps, et travailler à l'envers.
Mais il y a quelques problèmes avec la théorie des manuels. L'un est la composition étonnamment semblable à la Terre de la Lune. Une autre est que si la Lune se condensait à partir d'un disque de matière tournant autour de l'équateur terrestre, il devrait être en orbite au-dessus de l'équateur. Mais l'orbite actuelle de la Lune est inclinée par rapport à l'équateur, ce qui signifie qu'un peu plus d'énergie a dû être mis pour le déplacer.
Une alternative pour tout expliquer
Stewart, son ancienne stagiaire postdoctorale Matija Ćuk (maintenant scientifique à l'Institut SETI de Mountain View, Californie), avec Douglas Hamilton à l'Université du Maryland et Simon Lock, Université de Harvard, ont trouvé un modèle alternatif.
Dans le modèle « impact géant » de la formation de la lune, la jeune lune a commencé son orbite dans le plan équatorial de la Terre. Dans la variante standard de ce modèle (panneau supérieur), L'inclinaison de la Terre a commencé près de la valeur actuelle de 23,5 degrés. La lune se serait déplacée vers l'extérieur en douceur le long d'un chemin qui a lentement changé du plan équatorial au plan "écliptique", défini par l'orbite de la Terre autour du soleil. Si, cependant, La Terre avait une inclinaison beaucoup plus grande après l'impact (~75 degrés, panneau inférieur) alors la transition entre les plans équatorial et écliptique aurait été abrupte, entraînant de grandes oscillations autour de l'écliptique. La deuxième image correspond à l'inclinaison orbitale actuelle de 5 degrés de la lune par rapport à l'écliptique. Crédit :Douglas Hamilton
En 2012, Ćuk et Stewart ont proposé qu'une partie du moment angulaire du système Terre-Lune aurait pu être transférée au système Terre-Soleil. Cela permet une collision plus énergique au début du processus.
Dans le nouveau modèle, une collision à haute énergie a laissé une masse de matière vaporisée et fondue à partir de laquelle la Terre et la Lune se sont formées. La Terre a été mise en rotation avec une journée de deux heures, son axe pointant vers le Soleil.
Parce que la collision aurait pu être plus énergique que dans la théorie actuelle, le matériau de la Terre et l'impacteur se seraient mélangés, et la Terre et la Lune se sont condensées à partir du même matériau et ont donc une composition similaire.
Comme le moment angulaire a été dissipée par les forces de marée, la Lune s'est éloignée de la Terre jusqu'à ce qu'elle atteigne un point appelé "transition plane de LaPlace, " où les forces de la Terre sur la Lune sont devenues moins importantes que les forces gravitationnelles du Soleil. Cela a provoqué le transfert d'une partie du moment angulaire du système Terre-Lune vers le système Terre-Soleil.
Cela n'a fait aucune différence majeure pour l'orbite de la Terre autour du Soleil, mais il a fait basculer la Terre. À ce point, les modèles construits par l'équipe montrent la Lune en orbite autour de la Terre sous un angle élevé, ou inclinaison, à l'équateur.
Sur quelques dizaines de millions d'années, la Lune a continué à s'éloigner lentement de la Terre jusqu'à ce qu'elle atteigne un deuxième point de transition, le passage de Cassini, à quel point l'inclinaison de la Lune - l'angle entre l'orbite de la Lune et l'orbite de la Terre autour du soleil - est tombée à environ cinq degrés, mettant la Lune plus ou moins sur son orbite actuelle.
La nouvelle théorie explique élégamment l'orbite et la composition de la Lune sur la base d'un seul, impact géant au début, dit Stewart. Aucune étape supplémentaire n'est nécessaire pour faire avancer les choses.
"Un impact géant déclenche la séquence des événements, " elle a dit.
