Près de 50 ans depuis que l'homme a marché pour la première fois sur la lune, la race humaine pousse une fois de plus en avant avec des tentatives d'atterrir sur le satellite de la Terre. Rien que cette année, La Chine a fait atterrir un vaisseau spatial robotique sur la face cachée de la Lune, alors que l'Inde est sur le point d'atterrir un véhicule lunaire, et Israël poursuit sa mission d'atterrir à la surface, malgré le crash de sa récente entreprise. La NASA a quant à elle annoncé vouloir envoyer des astronautes au pôle sud de la Lune d'ici 2024.

Mais alors que ces missions cherchent à approfondir notre connaissance de la lune, nous travaillons toujours pour répondre à une question fondamentale à son sujet :comment s'est-il retrouvé là où il est ?

Le 21 juillet, 1969, l'équipage d'Apollo 11 a installé le premier ensemble de miroirs pour refléter les lasers ciblés sur la lune depuis la Terre. Les expériences ultérieures réalisées à l'aide de ces réseaux ont aidé les scientifiques à calculer la distance entre la Terre et la Lune au cours des 50 dernières années. Nous savons maintenant que l'orbite de la Lune s'agrandit de 3,8 cm par an – elle s'éloigne de la Terre.

Cette distance, et l'utilisation de roches lunaires pour dater la formation de la lune il y a 4,51 milliards d'années, sont à la base de l'hypothèse de l'impact géant (la théorie selon laquelle la lune s'est formée à partir de débris après une collision au début de l'histoire de la Terre). Mais si nous supposons que la récession lunaire a toujours été de 3,8 cm/an, nous devons remonter 13 milliards d'années pour trouver une époque où la Terre et la Lune étaient proches l'une de l'autre (pour que la Lune se forme). C'est il y a bien trop longtemps - mais le décalage n'est pas surprenant, et cela pourrait s'expliquer par les anciens continents et les marées du monde.

Marées et récession

La distance à la Lune peut être liée à l'histoire des configurations continentales de la Terre. La perte d'énergie marémotrice (due à la friction entre l'océan en mouvement et le fond marin) ralentit la rotation de la planète, ce qui force la lune à s'en éloigner - la lune recule. Les marées sont largement contrôlées par la forme et la taille des bassins océaniques de la Terre. Lorsque les plaques tectoniques de la Terre se déplacent, la géométrie des océans change, et la marée aussi. Cela affecte le recul de la lune, il apparaît donc plus petit dans le ciel.

Cela signifie que si nous savons comment les plaques tectoniques de la Terre ont changé de position, nous pouvons déterminer où se trouvait la lune par rapport à notre planète à un moment donné.

Nous savons que la force de la marée (et donc le taux de récession) dépend aussi de la distance entre la Terre et la Lune. On peut donc supposer que les marées étaient plus fortes lorsque la lune était jeune et plus proche de la planète. Alors que la lune reculait rapidement au début de son histoire, les marées seront devenues plus faibles et la récession plus lente.

Les mathématiques détaillées qui décrivent cette évolution ont d'abord été développées par George Darwin, fils du grand Charles Darwin, en 1880. Mais sa formule produit le problème inverse lorsque nous introduisons nos chiffres modernes. Il prédit que la Terre et la Lune étaient proches l'une de l'autre il y a seulement 1,5 milliard d'années. La formule de Darwin ne peut être conciliée avec les estimations modernes de l'âge et de la distance de la lune que si son taux de récession récent typique est réduit à environ un centimètre par an.

L'implication est que les marées d'aujourd'hui doivent être anormalement grandes, provoquant le taux de récession de 3,8 cm. La raison de ces grandes marées est que l'océan Atlantique Nord actuel a juste la bonne largeur et la bonne profondeur pour être en résonance avec la marée, la période naturelle d'oscillation est donc proche de celle de la marée, leur permettant de devenir très gros. C'est un peu comme un enfant sur une balançoire qui se déplace plus haut s'il est poussé avec le bon timing.

Mais remontez le temps - quelques millions d'années suffisent - et l'Atlantique Nord a une forme suffisamment différente pour que cette résonance disparaisse, et donc le taux de récession de la lune aura été plus lent. Alors que la tectonique des plaques a déplacé les continents, et comme le ralentissement de la rotation de la Terre a changé la longueur des jours et la période des marées, la planète aurait glissé dans et hors d'états de marée forte similaires. Mais nous ne connaissons pas les détails des marées sur de longues périodes et, par conséquent, nous ne pouvons pas dire où était la lune dans un passé lointain.

Solution de sédiments

Une approche prometteuse pour résoudre ce problème consiste à essayer de détecter les cycles de Milankovitch à partir de changements physiques et chimiques dans les sédiments anciens. Ces cycles surviennent à cause des variations de la forme et de l'orientation de l'orbite terrestre, et les variations de l'orientation de l'axe de la Terre. Ceux-ci ont produit des cycles climatiques, comme les périodes glaciaires des derniers millions d'années.

La plupart des cycles de Milankovitch ne changent pas leurs périodes au cours de l'histoire de la Terre, mais certains sont affectés par la vitesse de rotation de la Terre et la distance à la Lune. Si nous pouvons détecter et quantifier ces périodes particulières, nous pouvons les utiliser pour estimer la longueur du jour et la distance Terre-Lune au moment où les sédiments ont été déposés. Jusque là, cela n'a été tenté que pour un seul point dans un passé lointain. Les sédiments de Chine suggèrent qu'il y a 1,4 milliard d'années, la distance Terre-Lune était de 341, 000km (sa distance actuelle est de 384, 000km).

Maintenant, nous visons à répéter ces calculs pour les sédiments dans des centaines d'emplacements définis à différentes périodes de temps. Cela fournira un enregistrement robuste et presque continu de la récession lunaire au cours des derniers milliards d'années, et nous donner une meilleure appréciation de la façon dont les marées ont changé dans le passé. Ensemble, ces études interdépendantes produiront une image cohérente de la façon dont le système Terre-Lune a évolué au fil du temps.

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