Si nos yeux pouvaient voir un rayonnement à haute énergie appelé rayons gamma, la Lune semblerait plus brillante que le Soleil ! C'est ainsi que le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA a vu notre voisin dans l'espace au cours de la dernière décennie.

Les observations aux rayons gamma ne sont pas assez sensibles pour voir clairement la forme du disque de la Lune ou toute caractéristique de surface. Au lieu, Le Large Area Telescope (LAT) de Fermi détecte une lueur proéminente centrée sur la position de la Lune dans le ciel.

Mario Nicola Mazzotta et Francesco Loparco, tous deux à l'Institut national italien de physique nucléaire de Bari, ont analysé la lueur des rayons gamma de la Lune afin de mieux comprendre un autre type de rayonnement provenant de l'espace :les particules en mouvement rapide appelées rayons cosmiques.

"Les rayons cosmiques sont principalement des protons accélérés par certains des phénomènes les plus énergétiques de l'univers, comme les ondes de choc des étoiles qui explosent et les jets produits lorsque la matière tombe dans les trous noirs, " expliqua Mazziotta.

Parce que les particules sont chargées électriquement, ils sont fortement affectés par les champs magnétiques, dont la Lune manque. Par conséquent, même les rayons cosmiques de faible énergie peuvent atteindre la surface, transformer la Lune en un détecteur de particules spatial très pratique. Quand les rayons cosmiques frappent, ils interagissent avec la surface poudreuse de la Lune, appelé le régolithe, pour produire une émission de rayons gamma. La Lune absorbe la plupart de ces rayons gamma, mais certains d'entre eux s'échappent.

Mazzotta et Loparco ont analysé les observations lunaires de Fermi LAT pour montrer comment la vue s'est améliorée au cours de la mission. Ils ont rassemblé les données pour les rayons gamma avec des énergies supérieures à 31 millions d'électrons-volts - plus de 10 millions de fois supérieures à l'énergie de la lumière visible - et les ont organisés dans le temps, montrant comment des expositions plus longues améliorent la vue.

"Vu à ces énergies, la Lune ne passerait jamais par son cycle mensuel de phases et aurait toujours l'air pleine, ", a déclaré Loparco.

Alors que la NASA vise à envoyer des humains sur la Lune d'ici 2024 via le programme Artemis, dans le but à terme d'envoyer des astronautes sur Mars, comprendre les divers aspects de l'environnement lunaire prend une nouvelle importance. Ces observations de rayons gamma rappellent que les astronautes sur la Lune auront besoin d'une protection contre les mêmes rayons cosmiques qui produisent ce rayonnement gamma de haute énergie.

Alors que la lueur gamma de la Lune est surprenante et impressionnante, le Soleil brille plus fort dans les rayons gamma avec des énergies supérieures à 1 milliard d'électrons-volts. Les rayons cosmiques d'énergie inférieure n'atteignent pas le Soleil car son puissant champ magnétique les masque. Mais des rayons cosmiques beaucoup plus énergétiques peuvent pénétrer ce bouclier magnétique et frapper l'atmosphère plus dense du Soleil, produisant des rayons gamma pouvant atteindre Fermi.

Bien que la Lune aux rayons gamma ne montre pas un cycle mensuel de phases, sa luminosité change avec le temps. Les données de Fermi LAT montrent que la luminosité de la Lune varie d'environ 20 % au cours du cycle d'activité de 11 ans du Soleil. Les variations de l'intensité du champ magnétique du Soleil au cours du cycle modifient le taux de rayons cosmiques atteignant la Lune, altérer la production de rayons gamma.