Il y a environ 4,4 milliards d'années, le système solaire primitif ressemblait à un jeu de ballon chasseur de roches spatiales, alors que des astéroïdes et des comètes massifs, et, plus tard, des roches plus petites et des débris galactiques frappaient la lune et d'autres corps terrestres infantiles. Cette période s'est terminée il y a environ 3,8 milliards d'années. Sur la lune, cette période tumultueuse a laissé derrière elle une face fortement cratérisée et une croûte fissurée et poreuse.

Les scientifiques du MIT ont découvert que la porosité de la croûte lunaire, qui s'étend bien sous la surface, peut révéler beaucoup de choses sur l'histoire des bombardements de la lune.

Dans une étude parue dans Nature Geoscience , l'équipe a montré par des simulations qu'au début de la période de bombardement, la lune était très poreuse - près d'un tiers aussi poreuse que la pierre ponce. Cette porosité élevée était probablement le résultat d'impacts précoces et massifs qui ont brisé une grande partie de la croûte.

Les scientifiques ont supposé qu'un assaut continu d'impacts augmenterait lentement la porosité. Mais étonnamment, l'équipe a découvert que presque toute la porosité de la lune s'est formée rapidement avec ces impacts massifs, et que l'attaque continue par des impacteurs plus petits a en fait compacté sa surface. Ces derniers impacts plus petits ont plutôt agi pour comprimer et compacter certaines des fissures et des failles existantes de la lune.

À partir de leurs simulations, les chercheurs ont également estimé que la lune a subi le double du nombre d'impacts que l'on peut voir à la surface. Cette estimation est inférieure à ce que d'autres ont supposé.

"Les estimations précédentes placent ce nombre beaucoup plus haut, jusqu'à 10 fois les impacts que nous voyons à la surface, et nous prévoyons qu'il y aura moins d'impacts", déclare le co-auteur de l'étude Jason Soderblom, chercheur au Département de la Terre du MIT. , Sciences atmosphériques et planétaires (EAPS). "C'est important parce que cela limite le matériel total que les impacteurs comme les astéroïdes et les comètes ont apporté à la lune et aux corps terrestres, et donne des contraintes sur la formation et l'évolution des planètes dans tout le système solaire."

L'auteur principal de l'étude est le postdoc EAPS Ya Huei Huang, ainsi que des collaborateurs de l'Université Purdue et de l'Université d'Auburn.

Un disque poreux

Dans la nouvelle étude de l'équipe, les chercheurs ont cherché à suivre l'évolution de la porosité de la lune et à utiliser ces changements sous la surface pour estimer le nombre d'impacts qui se sont produits à sa surface.

"Nous savons que la lune a été tellement bombardée que ce que nous voyons à la surface n'est plus un enregistrement de tous les impacts que la lune a jamais eus, car à un moment donné, les impacts ont effacé les impacts précédents", a déclaré Soderblom. "Ce que nous constatons, c'est que la façon dont les impacts ont créé la porosité dans la croûte n'est pas détruite, et cela peut nous donner une meilleure contrainte sur le nombre total d'impacts auxquels la lune a été soumise."

Pour suivre l'évolution de la porosité de la lune, l'équipe s'est appuyée sur les mesures prises par le Gravity Recovery and Interior Laboratory de la NASA, ou GRAIL, une mission conçue par le MIT qui a lancé des engins spatiaux jumeaux autour de la lune pour cartographier avec précision la gravité de surface.

Les chercheurs ont converti les cartes de gravité de la mission en cartes détaillées de la densité de la croûte sous-jacente de la lune. À partir de ces cartes de densité, les scientifiques ont également pu cartographier la porosité actuelle dans toute la croûte lunaire. Ces cartes montrent que les régions entourant les cratères les plus jeunes sont très poreuses, tandis que les régions moins poreuses entourent les cratères plus anciens.

Chronologie du cratère

Dans leur nouvelle étude, Huang, Soderblom et leurs collègues ont cherché à simuler l'évolution de la porosité de la lune alors qu'elle était bombardée par des impacts d'abord importants, puis plus petits. Ils ont inclus dans leur simulation l'âge, la taille et l'emplacement des 77 plus grands cratères à la surface de la lune, ainsi que des estimations dérivées de GRAIL de la porosité actuelle de chaque cratère. La simulation inclut tous les bassins connus, des plus anciens aux plus jeunes bassins d'impact sur la lune, et couvre des âges compris entre 4,3 milliards et 3,8 milliards d'années.

Pour leurs simulations, l'équipe a utilisé les cratères les plus jeunes avec la porosité actuelle la plus élevée comme point de départ pour représenter la porosité initiale de la lune aux premiers stades du bombardement lunaire intense. Ils ont estimé que les cratères plus anciens qui se sont formés au début auraient commencé très poreux mais auraient été exposés à d'autres impacts au fil du temps qui se sont compactés et ont réduit leur porosité initiale. En revanche, les cratères plus jeunes, bien qu'ils se soient formés plus tard, auraient subi moins d'impacts ultérieurs, voire aucun. Leur porosité sous-jacente serait alors plus représentative des conditions initiales de la lune.

"Nous utilisons le bassin le plus jeune que nous ayons sur la lune, qui n'a pas été soumis à trop d'impacts, et l'utilisons comme un moyen de commencer comme conditions initiales", explique Huang. "Nous utilisons ensuite une équation pour ajuster le nombre d'impacts nécessaires pour passer de cette porosité initiale à la porosité actuelle plus compacte des bassins les plus anciens."

L'équipe a étudié les 77 cratères dans l'ordre chronologique, en fonction de leurs âges préalablement déterminés. Pour chaque cratère, l'équipe a modélisé la quantité de changement de la porosité sous-jacente par rapport à la porosité initiale représentée par le plus jeune cratère. Ils ont supposé qu'un changement plus important de la porosité était associé à un plus grand nombre d'impacts et ont utilisé cette corrélation pour estimer le nombre d'impacts qui auraient généré la porosité actuelle de chaque cratère.

Ces simulations ont montré une tendance claire :au début du lourd bombardement lunaire, il y a 4,3 milliards d'années, la croûte était très poreuse - environ 20 % (en comparaison, la porosité de la pierre ponce est d'environ 60 à 80 %). Plus près d'il y a 3,8 milliards d'années, la croûte est devenue moins poreuse et reste à sa porosité actuelle d'environ 10 %.

Ce changement de porosité est probablement le résultat d'impacteurs plus petits agissant pour compacter une croûte fracturée. À en juger par ce changement de porosité, les chercheurs estiment que la lune a subi environ le double du nombre de petits impacts comme on peut le voir sur sa surface aujourd'hui.

"Cela met une limite supérieure aux taux d'impact à travers le système solaire", a déclaré Soderblom. "Nous avons également maintenant une nouvelle appréciation de la façon dont les impacts régissent la porosité des corps terrestres." + Explorer plus loin

La croûte lunaire aussi fracturée que possible