Le topographique (A), épaisseur de la croûte (B), et la distribution du thorium de la Lune montrent une différence dramatique entre la face visible et la face cachée. L'étoile sur la face visible représente le centre du bassin d'impact proposé. Les lignes pointillées noires représentent la limite d'Imbrium (Im), Orientale (Ou), et le bassin d'Apollon (Ap), respectivement. Crédit :JGR :Planètes/Zhu et al. 2019/AGU.
La différence flagrante entre la face cachée fortement cratérisée de la Lune et les bassins ouverts plus bas de la face visible face à la Terre a intrigué les scientifiques pendant des décennies.
Maintenant, de nouvelles preuves sur la croûte de la Lune suggèrent que les différences ont été causées par une planète naine capricieuse qui est entrée en collision avec la Lune au début de l'histoire du système solaire. Un rapport sur la nouvelle recherche a été publié dans AGU's Journal de recherche géophysique : Planètes .
Le mystère des deux faces de la Lune a commencé à l'ère Apollo lorsque les premières vues de sa face cachée ont révélé des différences surprenantes. Les mesures effectuées par la mission Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) en 2012 ont fourni plus de détails sur la structure de la Lune, notamment sur la façon dont sa croûte est plus épaisse et comprend une couche supplémentaire de matériau sur sa face cachée.
Il y a un certain nombre d'idées qui ont été utilisées pour essayer d'expliquer l'asymétrie de la Lune. La première est qu'il y avait autrefois deux lunes en orbite autour de la Terre et qu'elles ont fusionné au tout début de la formation de la Lune. Une autre idée est qu'un grand corps, peut-être une jeune planète naine, s'est retrouvé sur une orbite autour du Soleil qui l'a mis sur une trajectoire de collision avec la Lune. Cette dernière idée d'impact géant se serait produite un peu plus tard qu'un scénario de fusion de lunes et après que la Lune ait formé une croûte solide, a déclaré Meng Hua Zhu de l'Institut des sciences spatiales de l'Université des sciences et technologies de Macao et auteur principal de la nouvelle étude. Les signes d'un tel impact devraient être visibles dans la structure de la croûte lunaire aujourd'hui.
"Les données de gravité détaillées obtenues par GRAIL ont donné un nouvel aperçu de la structure de la croûte lunaire sous la surface, " dit Zhu.
Les nouvelles découvertes de GRAIL ont donné à l'équipe de chercheurs de Zhu une cible plus claire à viser avec les simulations informatiques qu'ils ont utilisées pour tester différents scénarios d'impact du début de la Lune. Les auteurs de l'étude ont effectué 360 simulations informatiques d'impacts géants avec la Lune pour déterminer si un tel événement il y a des millions d'années pouvait reproduire la croûte de la Lune d'aujourd'hui telle que détectée par GRAIL.
Le processus de formation de bassin pour un impacteur de 780 kilomètres de diamètre (avec un noyau de fer de 200 kilomètres de diamètre) avec une vitesse d'impact de 14, 000 milles à l'heure (22, 500 km/h). Dans chaque panneau, les moitiés gauches représentent les matériaux utilisés dans le modèle :anorthosite gabbroïque (vert pâle), dunite (bleu), et le fer (orange) représentent la croûte lunaire, manteau, et noyau, respectivement. L'anorthosite gabbroïque (jaune pâle) représente également le matériau de l'impacteur. Les moitiés droites représentent la variation de température pendant le processus d'impact. Les flèches dans (C) et (D) représentent les matériaux locaux qui ont été déplacés et ont formé la nouvelle croûte ainsi que les dépôts de matériaux qui ont été dynamités par l'impact. Crédit :JGR :Planètes/Zhu et al. 2019/AGU.
Ils ont trouvé que le meilleur ajustement pour la Lune asymétrique d'aujourd'hui est un grand corps, environ 480 miles (780 kilomètres) de diamètre, frappant la face visible de la Lune à 14, 000 milles à l'heure (22, 500 kilomètres par heure). Ce serait l'équivalent d'un objet un peu plus petit que la planète naine Cérès se déplaçant à une vitesse environ un quart aussi rapide que les cailloux de météores et les grains de sable qui brûlent comme des "étoiles filantes" dans l'atmosphère terrestre. Un autre bon ajustement pour les combinaisons d'impacts modélisées par l'équipe est un modèle légèrement plus petit, 450 milles (720 kilomètres) de diamètre, objet frappant à un 15 légèrement plus rapide, 000 milles à l'heure (24, 500 kilomètres par heure).
Dans ces deux scénarios, le modèle montre que l'impact aurait projeté de grandes quantités de matière qui retomberaient sur la surface de la Lune, enterrer la croûte primordiale sur la face cachée dans 3 à 6 miles (5 à 10 kilomètres) de débris. C'est la couche supplémentaire de croûte détectée sur la face cachée par GRAIL, selon Zhu.
La nouvelle étude suggère que l'impacteur n'était probablement pas une deuxième lune précoce de la Terre. Quel que soit l'impacteur - un astéroïde ou une planète naine - il était probablement sur sa propre orbite autour du Soleil lorsqu'il a rencontré la Lune, dit Zhu.
Le modèle d'impact géant fournit également une bonne explication des différences inexpliquées dans les isotopes du potassium, le phosphore et les éléments des terres rares comme le tungstène-182 entre les surfaces de la Terre et de la Lune, expliquent les chercheurs. Ces éléments pourraient provenir de l'impact géant, qui aurait ajouté cette matière à la Lune après sa formation, selon les auteurs de l'étude.
"Notre modèle peut ainsi expliquer cette anomalie isotopique dans le contexte du scénario d'impact géant de l'origine de la Lune." écrivent les chercheurs.
La nouvelle étude suggère non seulement une réponse aux questions en cours sur la Lune, mais peut également fournir un aperçu de la structure d'autres mondes asymétriques dans notre système solaire comme Mars ont écrit les chercheurs.
"C'est un papier qui sera très provocateur, " a déclaré Steve Hauck, professeur de géodynamique planétaire à la Case Western Reserve University et rédacteur en chef du JGR :Planets. "Comprendre l'origine des différences entre la face visible et la face cachée de la Lune est une question fondamentale en science lunaire. En effet, plusieurs planètes ont des dichotomies hémisphériques, pourtant pour la Lune nous avons beaucoup de données pour pouvoir tester des modèles et des hypothèses avec, donc les implications du travail pourraient probablement être plus larges que la Lune. »
