Formation de la Lune

Selon l’hypothèse de l’impact géant largement admise, la Lune s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années lorsqu’un corps de la taille de Mars appelé Théia est entré en collision avec la Terre. Les simulations et les analyses des roches lunaires suggèrent que la Lune est principalement composée de matériaux provenant du manteau de Théia, dont la composition est similaire à celle du manteau terrestre.

Composition chimique de la Lune

Cependant, les planètes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Si Théia s’est formée loin de la Terre, sa composition aurait dû être différente et celle de la Lune ne devrait pas ressembler à celle du manteau terrestre.

L’énigme du tungstène

Un élément qui complique l’histoire de l’origine de la Lune est le tungstène. Le tungstène est un élément sidérophile qui a tendance à s’enfoncer vers les noyaux des planètes. Par conséquent, la Lune et la Terre devraient avoir des quantités très différentes de tungstène, car le manteau riche en tungstène de Théia aurait été incorporé à la Lune lors de l’impact.

Similarités isotopiques

Deux études indépendantes ont examiné le rapport de deux isotopes du tungstène dans des roches lunaires et des échantillons terrestres. Elles ont découvert que les roches lunaires contiennent un peu plus de tungstène 182 que la Terre, une découverte intrigante car le tungstène 182 est produit par la désintégration radioactive du hafnium 182, qui a une courte demi-vie.

L’hypothèse du placage tardif

La solution la plus simple à l’énigme du tungstène est l’hypothèse du placage tardif. Cette hypothèse suggère que la Terre et la proto-Lune avaient initialement des rapports isotopiques du tungstène similaires. Cependant, la Terre, étant plus grande et plus massive, a continué à attirer des planétésimaux après l’impact, ajoutant de nouveaux matériaux à son manteau. Ce placage tardif aurait eu plus de tungstène 184 par rapport au tungstène 182, tandis que la Lune aurait conservé le rapport de l’impact.

Preuves d’un placage tardif

L’hypothèse du placage tardif est étayée par le fait que la Terre a plus d’éléments sidérophiles (éléments qui aiment le fer) dans son manteau que prévu. Ces éléments auraient dû s’enfoncer dans le noyau mais ont dû être apportés sur Terre après la formation du noyau par des impacts de météorites.

Similarité des rapports isotopiques du tungstène

Pour que la proto-Lune corresponde au rapport isotopique du tungstène de la Terre, Théia et la Terre doivent avoir commencé avec des abondances en tungstène très similaires. Résoudre cette énigme nécessitera d’autres études planétaires, mais l’histoire de l’origine lunaire devient plus claire.

Rôle des planétésimaux dans la formation lunaire

Les simulations ont montré qu’il est plus probable que de gros impacts se produisent entre des corps qui se sont formés proches les uns des autres et ont donc des compositions similaires. Cela soutient l’idée que Théia s’est formée relativement près de la Terre.

Planétésimaux et placage tardif

Les planétésimaux ont continué à bombarder le jeune système solaire après la formation de la Lune. La Terre a ramassé plus de ce matériel de placage tardif que la Lune, ce qui a encore contribué aux différences dans leurs compositions.

La nébuleuse solaire : une nouvelle source d’eau pour la Terre

Pendant des décennies, les scientifiques ont cru que l’eau de la Terre provenait de comètes et d’astéroïdes remplis de glace. Cependant, de nouvelles recherches suggèrent que la nébuleuse solaire, des nuages de gaz et de poussière qui se sont formés après la naissance du Soleil, pourraient également avoir joué un rôle.

La composition chimique de l’eau est simple : deux parties d’hydrogène et une partie d’oxygène. L’hydrogène est abondant dans l’univers, donc toute source d’hydrogène aurait pu contribuer à l’eau de la Terre.

Hydrogène de la nébuleuse solaire

Le gaz hydrogène dans la nébuleuse solaire a été incorporé dans les planètes lors de leur formation. La plus grande partie de cet hydrogène reste piégée dans le noyau de la Terre, mais une partie s’est échappée et a contribué aux éléments constitutifs des molécules d’eau. Cet hydrogène a un rapport plus faible de deutérium, un isotope lourd de l’hydrogène, à l’hydrogène normal que l’eau des astéroïdes ou des comètes.

Interactions entre astéroïdes gorgés d’eau et nébuleuse solaire

Au début de l’histoire de la Terre, les astéroïdes gorgés d’eau se sont écrasés les uns contre les autres, formant des embryons planétaires avec une couche extérieure de magma. Le gaz de la nébuleuse solaire, riche en hydrogène, a rencontré ce magma, créant une atmosphère et envoyant de l’hydrogène dissous à l’intérieur des embryons.

Fractionnement isotopique et distribution de l’eau sur Terre

Le fractionnement isotopique a fait que l’hydrogène normal se déplace plus profondément dans le noyau, tandis que les isotopes du deutérium sont restés dans le manteau. Au fur et à mesure que la Terre fusionnait avec d’autres corps célestes, elle gagnait suffisamment d’eau et de masse pour atteindre sa taille finale.

L’importance de l’hydrogène de la nébuleuse solaire

Les impacts d’astéroïdes ont généré la plus grande partie de l’eau de la Terre, mais une petite partie près du noyau semble provenir de la nébuleuse solaire. Cette découverte suggère que même les planètes éloignées des astéroïdes riches en eau peuvent avoir de l’eau.

Implications pour l’habitabilité des exoplanètes

Les découvertes de l’équipe pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre l’habitabilité des autres planètes. Elles indiquent que les planètes peuvent avoir un « seuil » d’eau indépendamment de leur distance par rapport aux sources d’eau. Cela étaye l’idée d’une croissance planétaire rapide et du potentiel de vie dans d’autres mondes.

Perspectives supplémentaires

• L’eau trouvée profondément à l’intérieur de la Terre a un rapport différent d’isotopes lourds de l’hydrogène et d’hydrogène normal, indiquant un point d’origine distinct des astéroïdes et des comètes.
• Le gaz de la nébuleuse solaire a contribué à la formation d’une molécule d’eau sur 100 sur Terre.
• L’eau de la Terre est probablement une combinaison de sources, notamment les astéroïdes, les comètes et la nébuleuse solaire.
• La présence d’hydrogène de la nébuleuse solaire dans l’eau de la Terre a des implications pour la compréhension de l’habitabilité des autres planètes.