L'apparition constante de la lune dans le ciel chaque nuit peut endormir les terriens dans un sentiment de familiarité, mais la lune est en fait un endroit déroutant. Il manque d'atmosphère et est sec; il peut difficilement revendiquer un noyau de fer central; et il a une croûte légère qui est chimiquement similaire à la Terre.

La meilleure explication, jusque là, pour l'existence d'un tel monde a été proposé par deux anciens élèves de l'Université de l'Arizona, William Hartmann et Donald Davis, il y a 45 ans. L'idée a été inspirée par le travail de Hartmann en tant qu'étudiant diplômé sous Gerard Kuiper, qui est considéré comme le père de la science planétaire moderne et a été le directeur fondateur du Laboratoire lunaire et planétaire de l'UA.

Lors de la création de l'atlas lunaire rectifié, l'une des premières cartes de la lune, au plus fort de la course à l'espace, Hartmann a identifié un cratère d'impact annelé géant sur le côté de la lune. En identifiant cette caractéristique, plus tard nommée Mare Orientale, l'a inspiré à considérer les conséquences des plus grandes collisions du système solaire.

En 1974, Hartmann et Davis ont proposé ce qui est devenu la théorie de l'impact géant. Ils ont émis l'hypothèse que la lune s'est formée lorsqu'une planète de la taille de Mars surnommée Theia - la mère Titan de la lune dans la mythologie grecque - a frappé Gaia, la Terre primitive, il y a plus de 4,5 milliards d'années. La collision, ils ont proposé, projeté la couche supérieure de la Terre dans l'espace, où les débris se sont recombinés pour former la lune.

La théorie de l'impact géant a résisté à 45 ans d'examen scientifique et est aujourd'hui largement acceptée comme l'origine de la lune. Encore, alors que les planétologues continuent de collecter des données sur la lune et d'effectuer des simulations informatiques de plus en plus puissantes de collisions formant des planètes, les détails de la théorie se sont effondrés, conduisant à une multitude de scénarios modifiés.

Modèles de lune

La théorie de l'impact géant semble expliquer les caractéristiques les plus évidentes de la lune aujourd'hui :pas d'atmosphère, peu d'eau et pas de noyau de fer. En outre, Les échantillons d'Apollo retournés ont montré que les roches lunaires ne peuvent être distinguées chimiquement des roches terrestres.

À la surface, jeu de mots volontaire, cela confirme la théorie de 1974. Cependant, des simulations informatiques montrent que l'impact géant standard créerait une lune composée de la planète Theia, pas la Terre, dit l'expert lunaire Erik Asphaug, UA professeur de sciences planétaires.

« Pourquoi la lune devrait-elle correspondre si elle est constituée d'une planète entièrement différente ? » demanda Asphaug.

La question a conduit à de nombreuses idées nouvelles sur l'origine de la lune. Par exemple, après que la lune se soit solidifiée, peut-être plus tard, des matériaux de la Terre ont été éjectés et déposés sur le dessus.

"Ironiquement, cela voudrait dire que toutes les roches que les astronautes d'Apollo ont ramassées sont des roches terrestres, " dit Asphaug.

Mais la lune a été bombardée par des impacts majeurs qui creusent profondément et auraient dû jeter ces roches Theia enfouies sur le dessus.

Les simulations semblent également montrer que plus l'impact géant est important, plus la lune est constituée essentiellement de l'impacteur. Donc, une autre étude récente suggère qu'au lieu d'un Theia, une succession de plus petits impacteurs a formé une série de plus petites lunes, chacun plus terrestre en composition, qui a fusionné dans la lune.

Malheureusement, cela impliquerait que tous les impacteurs devaient frapper dans la même direction, ce qui est hautement improbable car les impacteurs frappent la Terre sous tous les angles, dit Asphaug.

Une autre solution potentielle a été surnommée le "Hit and Run".

"Si vous frappez la Terre assez fort et assez vite, Theia ne reste pas dans les parages, " dit Asphaug.

Si Theia continuait, le résultat pourrait être une lune formée principalement à partir de la Terre. Ou, si Theia était une planète glacée capricieuse, un tel délit de fuite vaporiserait Theia, résoudre le problème Terre-roche et expliquer pourquoi Theia n'est plus.

"Mais ce sont tous les deux très rares, événements particuliers, " Asphaug a dit. " Vous obtenez votre joker une fois, et c'est tout."

Asphaug et son collègue UA Alexandre Emsenhuber développent leur propre modèle d'origine lunaire, ce qui montre que la lune peut être créée dans un impact géant commun en deux étapes.

Ils proposent que Theia ait frappé la jeune Terre et ralenti à la suite d'une collision avec délit de fuite. Theia a continué à orbiter autour du soleil avant d'impacter à nouveau la Terre - peut-être un million d'années plus tard - formant cette fois la lune dans une fusion lente assez similaire à la théorie standard proposée à l'origine par Hartmann et Davis.

"Si vous avez déjà eu quelques impacts géants avec la Terre, vos compositions seront mixées pour commencer, " dit Asphaug.

Beaucoup de ces idées supposent un impacteur de composition différente de la Terre, Hartmann a dit, mais les scientifiques savent maintenant que certaines météorites - et leurs corps parents - avaient des compositions similaires à celles de la Terre.

"Un impacteur géant fait de ce matériau résoudrait de nombreux problèmes d'origine lunaire, " il a dit.

Un regard plus profond

Pendant la course à l'espace, l'Université de l'Arizona a cartographié la lune, et les anciens et les chercheurs de l'université ont affiné la théorie des origines de la lune. Aujourd'hui, Les chercheurs d'UA sondent profondément dans la lune pour révéler plus de ses secrets.

Pour comprendre la structure interne de la lune, Jeff Andrews-Hanna, professeur agrégé de sciences planétaires, a mené plusieurs enquêtes à l'aide de données gravitationnelles recueillies par le Gravity Recovery and Interior Laboratory de la NASA, ou GRAAL, mission. Les données du GRAIL ont répondu à quelques questions, mais a également révélé de nouveaux mystères sur la lune que de futures études devront aborder. Par exemple, Les données du GRAIL ont montré que la lune est déséquilibrée.

Asphaug a proposé qu'une fusion lente de deux lunes, qu'il a appelé un "splat géant, " peut être responsable du déséquilibre. Le côté montagneux de l'autre côté, il a dit, peut-être une deuxième lune qui est entrée en collision lentement avec la première et a formé un rhume, couche épaisse.

"La plupart de ces idées seront soit soutenues soit tuées dans le deuxième âge à venir de l'exploration lunaire, " dit Asphaug.

La mission GRAIL a également révélé que la face visible de la lune est traversée par des structures tectoniques cachées sous les plaines volcaniques sombres. Il existe également des bassins d'impact et d'autres caractéristiques géologiques invisibles à l'œil nu, mais faire la lumière sur le passé volcanique de la lune.

Andrews-Hanna est enthousiasmé par les données qui ont été collectées sur la lune depuis que la théorie de l'impact géant a été proposée, y compris la topographie, la gravité, images visibles, données spectrales, échantillons, données sismiques, données thermiques et données électromagnétiques.

"La lune est unique en ce qu'elle possède tous ces ensembles de données, dont beaucoup remontent à Apollo et beaucoup sont le résultat de notre exploration en cours, " a-t-il dit. " Une chose frustrante à propos des missions Apollo est qu'elles étaient toutes regroupées dans une petite zone de la face proche de la lune. Je me demande si Apollo est représentatif de la lune dans son ensemble ou juste du côté proche ?"

Il espère que les futures missions sur la face cachée de la Lune pourront aider à répondre aux questions en suspens.

"Nous en savons tellement sur la lune, pourtant si peu pour un corps si proche. Il y a d'énormes questions fondamentales auxquelles répondre, " Andrews-Hanna a déclaré. "C'est une période passionnante pour la science lunaire. Une fois que nous apprenons quelque chose sur la lune, alors nous pouvons étendre notre compréhension à d'autres corps de notre système solaire."