Aux premiers jours du système solaire, une première Terre aurait été pulvérisée par une planète que les scientifiques appellent Theia. On ne sait pas de quoi il était fait ni d'où il venait, seulement qu'il pouvait avoir la taille de Mars. La puissante collision a détruit les deux planètes si complètement que les scientifiques ne peuvent que deviner à quoi elles ressemblaient.

Ce dont les scientifiques sont plus certains, c'est que les deux planètes sont devenues une masse de matière en fusion qui s'est progressivement refroidie pour former la Terre et la Lune.

"Cette masse fondue a tourné autour et a formé un disque, qui existait depuis quelques jours. La température, qui était très élevé, refroidi lentement et tout ce qui est lourd s'est fusionné pour former la Terre aujourd'hui, " a déclaré le Dr Razvan Caracas, un physicien qui étudie l'intérieur des planètes au Centre National de la Recherche Scientifique à Lyon, La France.

Le Dr Caracas exécute des simulations informatiques de ce qui est arrivé à cette masse d'atomes et de matériaux immédiatement après la collision dans le cadre d'un projet appelé IMPACT. Il utilise une puissance informatique équivalente à 200 ordinateurs de bureau fonctionnant pendant deux semaines pour calculer ce qui se passe dans un ensemble de conditions après la collision. Trois centres de calcul intensif en France fourniront les 120 millions d'heures de calcul nécessaires au projet en seulement cinq ans.

L'onde de choc initiale après la collision de la proto-Terre et de Theia a généré des pressions et des températures d'écrasement pouvant atteindre 10, 000°C au centre.

"Il est difficile d'imaginer à quoi ressemblaient les conditions, " a déclaré le Dr Caracas. Presque tout le tableau périodique des éléments aurait été dans un "état super critique" - un brouillard d'atomes désassemblés, ni sous forme gazeuse ni liquide.

Au cours des prochains jours, des matériaux lourds comme le fer ont commencé à former le centre d'une nouvelle planète, la Terre.

"Les métaux se sépareraient lentement sous forme de gouttelettes en refroidissant, et plus tard les silicates (minéraux) se liquéfiaient. La partie intérieure la plus lourde de la Terre s'est formée, alors la matière serait tombée sur la planète, " a déclaré Caravas. "La partie extérieure du disque aurait formé un anneau et s'est éventuellement accrété pour former la lune."

L'horloge

Alors que la Terre s'est réunie en quelques jours, la lune a probablement mis des semaines ou des mois à prendre forme, selon le Dr Caracas. Il se peut même qu'il y ait eu deux lunes encerclant la Terre primitive, l'un s'écrasant sur l'autre pour créer la lune que nous voyons aujourd'hui. Les deux corps nouvellement créés avaient alors un océan de roche en fusion.

Dr Joshua Rogue, un géologue lunaire à VU Amsterdam, les Pays-Bas, s'intéresse à la lune précoce. Il espère déterminer son âge dans une fourchette de dizaines ou de centaines de millions d'années. L'opinion traditionnelle est qu'il s'est formé il y a environ 4,5 milliards d'années.

"Quelque chose de profond se passait sur la lune il y a entre 4,35 et 4,4 milliards d'années. L'explication la plus simple est que l'océan de magma lunaire (couvrant la lune) s'est refroidi, " dit le Dr Rogue.

Grâce au manque d'activité tectonique de la lune, toutes ses roches peuvent nous renseigner sur cette période magmatique, une étape importante dans la formation de la lune.

Combien de temps le magma a mis à refroidir est une question cruciale, dit le Dr Rogue. "Il est important de comprendre combien de temps cela prend, parce que nous étendons ce que nous savons de la lune à d'autres planètes. »

Comme la lune est le seul corps substantiel du système solaire où nous avons voyagé et récupéré des roches, ses échantillons sont précieux pour les scientifiques. Le Dr Snape a étudié les rapports des isotopes du plomb et de l'uranium dans les roches renvoyées par les missions Apollo et par les météorites lunaires. Ce rapport agit comme une horloge de temps profond qu'il a utilisée pour calculer quand une roche s'est formée.

"La lune a un record et agit comme un beau laboratoire pour comprendre les premiers processus planétaires. Cela s'appliquera à Mars, Mercure ou Vénus, des endroits difficiles d'accès, et il peut même nous parler de notre propre planète, " dit le Dr Rogue.

La Terre n'est pas aussi utile car la tectonique des plaques enfouit et recycle les roches.

"C'est pourquoi nous aimons tant la lune, " dit-il. " C'est un trésor, géologiquement parlant."

Ses études pourront peut-être révéler, par exemple, combien de temps un corps planétaire reste actif avec des éruptions volcaniques lorsqu'il n'y a pas de tectonique des plaques pour les conduire. Cela pourrait être important lorsqu'il s'agit d'étudier des planètes autour d'autres étoiles.

Océan de magma

Le Dr Snape travaille actuellement sur un projet appelé MoonDiff qui consiste à essayer de recréer des compositions rocheuses qui existaient dans l'océan magma lunaire. Les minéraux ne se seraient pas cristallisés immédiatement mais l'auraient fait dans une séquence que le Dr Rogue essaie maintenant de reconstituer.

Il écrase et chauffe les roches recréées dans des conditions comparables à celles de la lune lorsque sa surface était une masse de roche en fusion. "Cette semaine, je fais des expériences à un gigapascal (un milliard de pascals, une unité de pression) et 1, 200°C, " il a dit.

Connaître la séquence dans laquelle les minéraux se sont séparés de l'océan magmatique aiderait à expliquer l'histoire de la lune et sa géologie actuelle.

"Les roches les plus anciennes sur la lune (les parties les plus claires visibles) sont principalement formées d'un minéral appelé feldspath, qui aurait flotté au sommet de l'océan de magma liquide, " dit le Dr Rogue.

"D'autre part, que l'échantillon de basalte d'Apollo 12 et d'autres roches similaires (qui composent les parties grises plus foncées) sont principalement formés de minéraux qui auraient été plus denses et coulés au fond. "

Dr Maud Boyet, géochimiste à l'Université de Clermont Auvergne, La France, étudie la première période de fusion de la Terre et espère déterminer quand elle s'est refroidie et est devenue habitable pour la première fois. Pour faire ça, elle examine la Terre et les roches lunaires ainsi que les météorites en utilisant entre autres de nouvelles techniques de spectroscopie de masse pour un projet appelé ISOREE.

Elle dit que les roches lunaires pourraient nous dire quand l'énorme collision a eu lieu, mais pour ce faire, nous devons encore comprendre les débuts de l'histoire de la lune. Les roches de l'autre côté de la lune pourraient aider.

Les roches lunaires collectées lors des missions Apollo proviennent du côté de la Lune faisant face à la Terre. Le côté opposé à nous a une composition de surface différente. Cela pourrait être dû au fait que la lune a subi une deuxième fonte, peut-être causé par une deuxième collision massive.

"Nous n'avons pas d'échantillons (récoltés) de la face cachée de la lune, ", a déclaré Boyet. "Mais nous avons des météorites (qui ont atterri sur Terre) que nous pensons venir de là."