Les scientifiques qui étudient pourquoi les deux faces de la Lune sont si différentes ont découvert de nouvelles preuves qui pourraient aider à expliquer ce mystère de longue date. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Hejiu Hui de l’Université de Nanjing a analysé les roches lunaires collectées par la mission chinoise Chang’e-6 (CE6) et a trouvé des indices suggérant que d’énormes mouvements de roches en fusion ont façonné la Lune il y a des milliards d’années.
Les chercheurs ont examiné la composition chimique de trois types de roches lunaires : les anorthosites, les roches de la suite Mg et les basaltes marins. Ils ont comparé ces échantillons de la face cachée de la Lune avec les matériaux collectés sur la face proche lors des missions Apollo et Chang’e-5. Leurs découvertes suggèrent que les différences frappantes de la Lune sont apparues grâce à une circulation thermique à grande échelle au sein de son ancien océan de magma lunaire (LMO), après que la Lune soit devenue verrouillée par les marées sur Terre.
Pourquoi les deux faces de la Lune sont si différentes
La face de la Lune faisant face à la Terre est remarquablement différente de l’hémisphère qui nous est définitivement détourné. Le côté proche présente de vastes plaines de basalte volcanique sombre et des concentrations relativement élevées de potassium, d’éléments de terres rares et de phosphore (KREEP). En revanche, la face cachée est dominée par d’anciennes hautes terres fortement cratérisées, avec une croûte beaucoup plus épaisse et relativement peu de plaines volcaniques.
Les scientifiques débattent depuis des décennies sur les origines de cette structure inégale. Les explications proposées incluent des différences dans la façon dont l’océan magmatique d’origine de la Lune circulait, une collision massive, un échauffement causé par les marées gravitationnelles et un développement inégal de la croûte lunaire. Cependant, aucune de ces idées n’a été universellement acceptée.
Une autre question importante reste sans réponse. Bien que les contrastes entre les deux hémisphères soient clairement visibles à la surface et à l’intérieur de la croûte, les scientifiques ne savent pas si des différences similaires s’étendent profondément dans le manteau lunaire.
Les échantillons Chang’e-6 révèlent une similitude surprenante
Une opportunité majeure d’enquêter sur ce mystère s’est présentée en 2024, lorsque Chang’e-6 est devenue la première mission à rapporter des échantillons de la face cachée de la Lune. Pour la première fois, les scientifiques ont pu comparer directement les roches collectées dans les deux hémisphères lunaires.
L’analyse a révélé une similitude importante sous les surfaces contrastées de la Lune. Les basaltes collectés par Chang’e-6 présentent des signatures chimiques indiquant qu’ils proviennent d’un matériau appauvri du manteau, un peu comme les basaltes à faible teneur en Ti rapportés par les astronautes d’Apollo. Cela suggère que les cumulats du manteau, les minéraux accumulés lors de la cristallisation de l’océan magmatique de la Lune, ne diffèrent pas substantiellement en composition entre les deux hémisphères.
Les chercheurs ont trouvé un support supplémentaire à cette conclusion dans les roches de la suite Mg. Ces roches se forment par interactions entre la croûte et le manteau lorsque des parties du matériau accumulé du manteau fondent partiellement. Leur indice de magnésium (Mg#) fournit un indicateur important de la composition du matériau du manteau dont ils sont issus.
Étant donné que les échantillons de Mg-suite de Chang’e-6 et d’Apollo ont des valeurs de Mg# similaires, les chercheurs ont conclu que les cumuls du manteau sous les deux faces de la Lune partagent des caractéristiques chimiques globalement similaires. En d’autres termes, les matériaux qui ont cristallisé à partir de l’océan magmatique original de la Lune ne présentent aucune différence de composition significative entre la face proche et la face cachée.
La croûte lunaire raconte une autre histoire
Alors que le manteau semble de composition relativement uniforme, la croûte lunaire révèle un contraste beaucoup plus prononcé.
Les échantillons d’anorthosite renvoyés par Chang’e-6 ont des valeurs maximales de Mg# plus élevées que les échantillons comparables d’Apollo, ce qui indique que la croûte de la face cachée contient plus de matériaux riches en magnésium. Cela concorde avec les observations antérieures faites par des instruments étudiant la Lune à distance.
Les chercheurs ont également identifié d’importantes différences chimiques dans les roches de type Mg. Les échantillons de Chang’e-6 contiennent des concentrations extrêmement faibles d’éléments de terres rares et ont des rapports thorium/samarium, exprimés en Th/Sm, inférieurs à ceux de leurs homologues d’Apollo.
Ces différences suggèrent deux explications possibles. Soit les magmas de la suite Mg se sont formés sur la face cachée sans implication substantielle de matériaux riches en KREEP, soit la couche contenant ces éléments s’est développée de manière inégale sur la Lune, laissant les deux hémisphères avec des compositions chimiques différentes.
Comment la gravité terrestre a pu façonner la Lune
En combinant ces résultats, les chercheurs ont développé un modèle qui pourrait expliquer comment la Lune a acquis ses deux faces radicalement différentes.
Selon le scénario proposé, l’océan magmatique initial de la Lune s’est initialement refroidi et cristallisé de manière relativement uniforme. Ce processus a produit les premiers cumulats du manteau et la croûte anorthositique, avant que la Lune ne soit verrouillée par les marées sur la Terre.
La situation a changé une fois que la Lune s’est installée sur une orbite qui gardait le même hémisphère face à notre planète. À cette époque, la Terre et la Lune étaient beaucoup plus proches l’une de l’autre et les forces de marée gravitationnelles généraient plus de chaleur sur la face lunaire proche que sur sa face éloignée.
Ce chauffage inégal a créé une différence de température à l’intérieur de la Lune en fusion, déclenchant une circulation horizontale à grande échelle. Le magma chaud s’est déplacé du côté le plus proche vers le côté le plus éloigné, emportant avec lui du matériel anorthosite riche en magnésium précédemment formé.
Au fil du temps, ce mouvement a accumulé davantage de matière crustale sur la face cachée, ce qui explique pourquoi cet hémisphère a développé une croûte plus épaisse avec une teneur plus élevée en magnésium.
Dans le même temps, la matière fondue restante s’écoulait préférentiellement vers le côté proche. En conséquence, la face cachée n’a développé que des couches relativement minces enrichies en KREEP et en cumulats contenant de l’ilménite (IBC), tandis qu’une plus grande partie de ces matériaux à un stade avancé s’est concentrée sur la face proche.
Ce modèle de circulation magmatique provoquée par la chaleur fournit une explication possible de la raison pour laquelle la Lune a un manteau chimiquement similaire mais des compositions crustales si radicalement différentes. En reliant les échantillons Chang’e-6 récemment analysés avec l’histoire thermique précoce de la Lune, les résultats offrent un nouvel aperçu des processus qui ont façonné le voisin céleste le plus proche de la Terre.
