L'eau lunaire apportée par des astéroïdes, et non pas des comètes
Publié par Adrien le 08/06/2016 à 00:00
Source: CNRS-INSU
La présence d'eau est vitale pour le développement de la vie telle que nous la connaissons et de nombreuses zones d'ombre subsistent quant à l'origine de l'eau sur Terre. Notre voisine la Lune constitue un témoin et une archive géante ayant préservé un enregistrement complet de l'histoire du bombardement du système Terre-Lune depuis sa formation. Cet enregistrement a été largement effacé sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) du fait de la tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le...) notamment. En compilant et analysant les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) existantes sur la nature de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) dans différents objets du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les huit...), une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) de Minéralogie, de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un...) des Matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) et de Cosmochimie (CNRS, UPMC, IRD) et du Muséum (Salle d'exposition du Muséum Provincial (1908) à Toronto (Ontario, Canada) Mangattan Museum (2001) à Ishinomaki (Japon), consacré...) National d'Histoire Naturel montre que la plupart de l'eau interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable selon le "Diplôme...) lunaire (Pour les homonymes, voir Pierrot lunaire, une œuvre de musique vocale d'Arnold Schönberg.) a probablement été apportée par des corps astéroïdaux riches en eau, plutôt que par des comètes, durant le bombardement qui a accompagné l'évolution géologique précoce de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...). Cette étude est publiée dans Nature Communications.


Cette image présente une impression d'artiste de ce à quoi l'océan (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) de magma lunaire pouvait ressembler quelques temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) après la formation de la Lune. La durée de vie (La vie est le nom donné :) de cet océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants...) de magma correspond à la période pendant laquelle des astéroïdes riches en eau ont pu délivrer de l'eau à l'intérieur de la Lune.
Crédit: NASA/GSFC.

Pour arriver à cette conclusion, les auteurs ont dans un premier temps compilé les concentrations en hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) (H) et en azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant...) (N), ainsi que leurs compositions isotopiques (rapports D/H et 15N/14N, respectivement), dans les roches lunaires et dans différents objets du Système Solaire, comme les comètes et les différentes familles d'astéroïdes riches en eau, représentées sur Terre par les météorites de type chondrites carbonées. En effet différents types d'objets sont caractérisés par des compositions isotopiques différentes: le rapport 15N/14N dans les comètes est bien plus élevé que dans la majorité des chondrites carbonées par exemple. La composition isotopique de l'hydrogène varie également en fonction du type d'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une...) considéré, le rapport D/H mesuré pour la majorité des comètes étant environ 2 à 3 fois plus élevé que celui de l'eau des océans sur Terre.

Ils ont ensuite calculé les proportions dans lesquelles ces différents ingrédients, avec leurs compositions chimiques caractéristiques, ont dû être mélangés pour retrouver les concentrations en eau et en azote, et leurs compositions isotopiques, estimées pour l'intérieur de la Lune. Ces calculs devaient aussi respecter le fait que ces objets ayant impacté la Lune juste après sa formation n'ont pas pu contribuer pour plus d'environ 0.02% de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) de la Lune. Au-delà de cette contribution la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) des roches de l'intérieur lunaire, et notamment les concentrations en éléments sidérophiles (ayant une afinité pour le fer), serait bien différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la trace, dans l'anneau des entiers...) de ce que l'on observe.


Comme décrit dans le nouvel article de Barnes et al. (Nature Communications, 2016), de l'eau a pu être apportée à la Lune lorsqu'elle était encore partiellement fondue (régions rouge-orange) et que sa croûte primordiale se formait (régions grise-blanche à la surface). A cette époque, la Lune était constamment bombardée par des astéroïdes et des comètes qui pouvaient alors délivrer de l'eau à l'intérieur de la Lune. Les compositions isotopiques des éléments volatils, comme l'hydrogène ou l'azote, mesurées dans les échantillons lunaires suggèrent que des astéroïdes similaires aux météorites carbonées riches en eau de type CI, CM et CO ont pu être les principaux pourvoyeurs d'eau. Les météorites carbonées de type CI et CM contiennent 10-20% d'eau. D'autres types de météorites carbonées comme les CO contiennent 2 à 5% d'eau. Les astéroïdes dépourvus d'eau, qui bombardaient également la Lune, n'ont évidemment apporté que très peu d'eau. Bien que les comètes contiennent bien plus d'eau (peut-être jusqu'à 50% de leur masse) que les astéroïdes, leur composition isotopique de l'hydrogène très différente implique que les comètes ont contribué pour moins de 20% de l'eau lunaire.
Crédit: LPI/David A. Kring

Les résultats de ces calculs montrent donc que la contribution des comètes n'a pu vraisemblablement pas excéder 20% de la masse totale de l'eau interne lunaire. En ce qui concerne l'azote, la contribution diminue même autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de 10% maximum.

La dernière étape de cette étude a consisté à essayer de déterminer la période de l'apport de l'eau à l'intérieur lunaire. Afin que l'eau ait pu être incorporée et homogénéisée à l'intérieur de la Lune, il fallait que la Lune soit encore au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) communément appelé l'océan de magma lunaire. Lors de sa formation, la Lune devait initialement être une énorme boule de magma (cf. illustrations), qui s'est ensuite refroidie et a cristallisé progressivement. Les modèles existants déterminent la durée de vie de cet océan de magma lunaire entre environ 10 et 200 millions d'années après la formation de la Lune. C'est donc durant cette période, pendant les premiers 200 millions d'années d'existence de la Lune, que l'eau a pu être apportée à l'intérieur lunaire.

La thématique de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) sur l'eau lunaire a cru de façon exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en mathématiques et dans ses domaines d'applications. Il existe plusieurs définitions...) durant ces dernières années et il semble désormais que l'eau interne à la Terre et l'eau interne à la Lune partagent une origine commune. Il reste néanmoins de nombreuses questions à étudier, notamment car les teneurs en eau, et sa composition isotopique, n'ont été analysées que dans seulement environ 2% des échantillons ramenés sur Terre par les missions Apollo.

Ces travaux sont particulièrement importants dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...) actuel qui voit une recrudescence des projets visant à envoyer à court terme des robots, puis des hommes à moyen terme, dans des régions encore non-explorées de la Lune. En effet, les astronautes des missions Apollo ont exploré la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...) lunaire sur une centaine de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) environ, et de nouveaux échantillons lunaires provenant de régions non-explorées comme les pôles pourraient nous fournir des informations nouvelles sur l'origine de l'eau lunaire.
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