En 2024, une nouvelle ère de l'exploration spatiale commencera lorsque la NASA enverra des astronautes sur la lune dans le cadre de sa mission Artemis, une suite aux missions Apollo des années 1960 et 1970.

Certaines des plus grandes questions que les scientifiques espèrent explorer comprennent la détermination des ressources présentes dans le sol lunaire et la manière dont ces ressources pourraient être utilisées pour maintenir la vie.

Dans un article publié dans la revue Avancées scientifiques , chercheurs de l'Université de Rochester, diriger une équipe de collègues dans sept autres institutions, rapportent leurs découvertes sur un facteur majeur qui influence les types de ressources qui peuvent être trouvées sur la lune :si la lune a eu ou non un bouclier magnétique de longue durée à un moment quelconque de son histoire de 4,53 milliards d'années.

La présence ou l'absence d'un bouclier est importante car les boucliers magnétiques protègent les corps astronomiques du rayonnement solaire nocif. Et les conclusions de l'équipe contredisent certaines hypothèses de longue date.

"C'est un nouveau paradigme pour le champ magnétique lunaire, " dit le premier auteur John Tarduno, le William R. Kenan, Jr., Professeur de géophysique au Département des sciences de la Terre et de l'environnement et doyen de la recherche pour les arts, Sciences et Ingénierie à Rochester.

La lune a-t-elle déjà eu un bouclier magnétique ?

Pendant des années, Tarduno a été un leader dans le domaine du paléomagnétisme, étudier le développement du bouclier magnétique de la Terre comme moyen de comprendre l'évolution planétaire et les changements environnementaux.

Le bouclier magnétique de la Terre trouve son origine au plus profond du noyau de la planète. Là, la fonte liquide tourbillonnante génère des courants électriques, conduire un phénomène appelé la géodynamo, qui produit le bouclier. Le bouclier magnétique est invisible, mais les chercheurs reconnaissent depuis longtemps qu'il est vital pour la vie à la surface de la Terre, car il protège notre planète du vent solaire, des flux de rayonnement du soleil.

Mais la lune de la Terre a-t-elle déjà eu un bouclier magnétique ?

Alors que la lune n'a plus de bouclier magnétique maintenant, il y a eu un débat sur la question de savoir si la lune avait ou non un bouclier magnétique prolongé à un moment donné de son histoire.

« Depuis les missions Apollo, il y a eu cette idée que la lune avait un champ magnétique qui était aussi fort voire plus fort que le champ magnétique de la Terre il y a environ 3,7 milliards d'années, " dit Tarduno.

La croyance que la lune avait un bouclier magnétique était basée sur un ensemble de données initial des années 1970 qui comprenait des analyses d'échantillons collectés pendant les missions Apollo. Les analyses ont montré que les échantillons avaient une magnétisation, que les chercheurs croyaient être causée par la présence d'une géodynamo.

Mais quelques facteurs ont depuis fait réfléchir les chercheurs.

"Le noyau de la lune est vraiment petit et il serait difficile de conduire ce genre de champ magnétique, " explique Tarduno. " De plus, les mesures précédentes qui enregistrent un champ magnétique élevé n'ont pas été effectuées à l'aide d'expériences de chauffage. Ils ont utilisé d'autres techniques qui peuvent ne pas enregistrer avec précision le champ magnétique."

Quand les échantillons lunaires rencontrent les lasers

Tarduno et ses collègues ont testé des échantillons de verre collectés lors de précédentes missions Apollo, mais utilisé du CO 2 des lasers pour chauffer les échantillons lunaires pendant une courte période de temps, une méthode qui leur a permis d'éviter d'altérer les échantillons. Ils ont ensuite utilisé des magnétomètres supraconducteurs très sensibles pour mesurer plus précisément les signaux magnétiques des échantillons.

"L'un des problèmes avec les échantillons lunaires est que les porteurs magnétiques qu'ils contiennent sont assez sensibles à l'altération, " dit Tarduno. " En chauffant avec un laser, il n'y a aucune preuve d'altération dans nos mesures, afin que nous puissions éviter les problèmes que les gens ont pu avoir dans le passé."

Les chercheurs ont déterminé que la magnétisation dans les échantillons pourrait être le résultat d'impacts d'objets tels que des météorites ou des comètes, et non le résultat de la magnétisation due à la présence d'un bouclier magnétique. D'autres échantillons qu'ils ont analysés avaient le potentiel de montrer une forte magnétisation en présence d'un champ magnétique, mais n'a montré aucune magnétisation, indiquant en outre que la lune n'a jamais eu de bouclier magnétique prolongé.

"S'il y avait eu un champ magnétique sur la lune, les échantillons que nous avons étudiés doivent tous avoir acquis une aimantation, mais ils ne l'ont pas fait, " dit Tarduno. " C'est assez concluant que la lune n'avait pas de champ de dynamo de longue durée. "

L'absence de bouclier magnétique signifie une abondance d'éléments

Sans la protection d'un bouclier magnétique, la lune était sensible au vent solaire, ce qui peut avoir causé l'implantation d'une variété de substances volatiles - des éléments chimiques et des composés qui peuvent être facilement évaporés - dans le sol lunaire. Ces volatiles peuvent inclure du carbone, hydrogène, l'eau, et hélium 3, un isotope de l'hélium qui n'est pas présent en abondance sur Terre.

"Nos données indiquent que nous devrions regarder l'extrémité supérieure des estimations de l'hélium 3 car un manque de bouclier magnétique signifie que plus de vent solaire atteint la surface lunaire, résultant en des réservoirs d'hélium 3 beaucoup plus profonds qu'on ne le pensait auparavant, " dit Tarduno.

La recherche pourrait aider à éclairer une nouvelle vague d'expériences lunaires basées sur les données qui seront recueillies par la mission Artemis. Les données des échantillons recueillis au cours de la mission permettront aux scientifiques et aux ingénieurs d'étudier la présence de composés volatils et de mieux déterminer si ces matériaux peuvent être extraits pour un usage humain. Hélium 3, par exemple, est actuellement utilisé en imagerie médicale et en cryogénie et constitue une future source potentielle de combustible.

Un manque de blindage magnétique signifie également que les anciens sols lunaires peuvent contenir des enregistrements des émissions passées du vent solaire. L'analyse de carottes d'échantillons de sol pourrait donc permettre aux scientifiques de mieux comprendre l'évolution du soleil.

« Avec le contexte fourni par nos recherches, les scientifiques peuvent penser plus correctement à la prochaine série d'expériences lunaires à effectuer, " dit Tarduno. "Ces expériences peuvent se concentrer sur les ressources lunaires actuelles et comment nous pourrions les utiliser, ainsi que sur l'historique de ce qui est piégé dans le sol lunaire."