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Origines anciennes de la Lune : faisait-elle autrefois partie de la Terre ?

Origines anciennes de la Lune : faisait-elle autrefois partie de la Terre ?


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L'origine de la Lune fait l'objet de recherches depuis de nombreuses années et les théories sur sa création abondent. Les hypothèses varient de propositions non scientifiques, telles que que la Lune est un vaisseau spatial, à l'idée actuellement privilégiée qu'elle s'est formée il y a plus de 4,5 milliards d'années à partir d'un nuage dense de débris créé lorsqu'une autre planète a heurté la Terre à ses débuts de développement. Les scientifiques ont même un nom pour ce corps astronomique hypothétique, qui, selon eux, contenait environ 10 pour cent de la masse de la Terre – ils l'appellent Theia, du nom de la déesse grecque mère de la déesse de la Lune Selene.

Les premières preuves en faveur de cette théorie ont été obtenues lors des missions Apollo Moon, il y a près de cinq décennies. Les astronautes ont rapporté environ une demi-tonne de roches lunaires de ces missions, et l'analyse a révélé une similitude frappante entre les composés chimiques trouvés sur la Lune et ceux trouvés sur Terre. D'autres découvertes soutiennent également cette théorie, y compris des preuves qui montrent une correspondance entre les échantillons d'eau collectés à partir de structures cristallines dans les roches lunaires et l'eau collectée sur Terre.

L'hypothèse de la collision Terre-Theia, également connue sous le nom de théorie de l'impact géant, existe depuis un certain temps. Il reflète le consensus scientifique actuel sur cette question. Mais cela n'est pas resté incontesté, que ce soit par les planétologues ou par les dernières données disponibles.

Tirer un trou géant dans la théorie de l'impact géant

Lors d'une réunion scientifique en 2013 parrainée par la Royal Society of London, des chercheurs en astronomie ont ouvertement contesté la théorie conventionnelle des collisions. S'appuyant sur des simulations complexes, ils ont proposé de nouveaux scénarios suggérant que les choses pourraient ne pas être si simples. Dans un article intitulé « Impact Theory Gets Whacked », paru dans une édition d'octobre 2013 de la revue Science, Le physicien et journaliste scientifique Daniel Clery a discuté des arguments avancés par des scientifiques planétaires dissidents lors de cette réunion, qui ont affirmé qu'un événement d'impact géant n'aurait pas pu créer la Lune telle qu'elle est vue aujourd'hui.

Selon les modèles informatiques utilisés par ces scientifiques, une nouvelle lune émergeant d'un tel événement devrait être composée en grande partie de matière récoltée du collisionneur (Theia). Notre Lune devrait être facilement identifiable comme un vestige d'un autre corps astronomique pulvérisé, mais la similitude de la composition chimique trouvée lors de la comparaison des roches lunaires aux roches terrestres suggère un mélange de matériaux plus important que ne le permettrait la théorie des collisions de l'impact géant. Et si c'est le cas, alors soit il n'y a pas eu de collision, soit l'histoire de cette collision est plus compliquée qu'on ne le croyait à l'origine.

Alternatives à la théorie de l'impact géant

Pour expliquer l'homogénéité apparente entre la Terre et la Lune, les planétologues ont proposé deux versions modifiées de la théorie des collisions, connues sous le nom de Terre à rotation rapide et de Terre à demi-impact. Les deux ont fait l'objet d'articles distincts parus dans l'édition du 23 novembre 2012 de Science.

Sur la base de leurs simulations, les astrophysiciens de l'Université Harvard, Matija Cuk et Sarah Stewart, ont suggéré qu'un impact avec une planète d'à peine 1/200e de la taille de la Terre aurait pu être à l'origine de la création de la Lune. Cette théorie suppose que notre planète natale était dans un stade proto et tournait donc à un rythme beaucoup plus rapide qu'à l'heure actuelle. À la suite de cette collision, suffisamment de matière aurait été expulsée du manteau terrestre en rotation rapide pour expliquer la masse de la Lune et l'homogénéité qui existe entre ces deux corps.

En partant d'hypothèses opposées, l'astrophysicien Robin Canup du Southwest Research Institute de Boulder, dans le Colorado, a proposé un autre type de collision. Dans le scénario de demi-impact, la Terre aurait été touchée il y a 4,5 milliards d'années par un objet planétaire se déplaçant lentement de taille similaire. Le niveau de destruction des deux planètes aurait été profond et à peu près égal, leur permettant de se mélanger pour créer une masse de débris aux caractéristiques totalement différentes de celles que possédaient les deux planètes avant leur collision.

Dans le passé, de telles théories étaient considérées comme intenables. Les idées existantes sur la mécanique orbitale semblaient les exclure, car elles suggéraient que les deux corps devraient tourner et se déplacer dans l'espace beaucoup plus rapidement qu'ils ne le sont actuellement.

Cependant, de nouvelles idées sur la façon dont le Soleil interagit avec la Terre et la Lune de manière gravitationnelle ont changé la donne.

Appliquant un principe appelé résonance d'évection , qui permettrait au Soleil de freiner les mouvements des corps qu'il tient dans son emprise gravitationnelle, certains planétologues émettent l'hypothèse que la Terre et la Lune pourraient avoir perdu une vitesse considérable (moment angulaire) au cours des derniers 4,5 milliards d'années. Si cela est vrai, il pourrait n'y avoir aucun conflit entre la valeur actuelle du moment angulaire du système Terre-Lune et les prédictions des théories de la Terre à rotation rapide et de la Terre à demi-impact.

Les partisans de la théorie de l'impact géant contre-attaquent

Notre compréhension actuelle du système solaire et de sa dynamique sous-jacente pourrait être complètement erronée et pourrait devoir être reconsidérée, si les affirmations faites lors de la réunion de la Royal Society de 2013 sont en fait correctes.

Mais les théoriciens de la collision/création ont refusé de descendre sans combattre. Une autre découverte, annoncée moins d'un an après le rassemblement de la Royal Society, a fourni de nouvelles preuves à l'appui de l'hypothèse Terre-Théia.

Dans une édition de juin 2104 de Science, le Dr Daniel Herwartz de l'Université de Goettingen en Allemagne a discuté des résultats que lui et une équipe de chercheurs ont obtenus en étudiant des échantillons de basalte collectés lors des alunissages d'Apollo. À l'intérieur de ces échantillons, ils ont trouvé des isotopes d'oxygène qui avaient des profils chimiques différents de ceux des isotopes collectés dans le manteau terrestre.

"Nous avons maintenant trouvé de petites différences entre la Lune et la Terre", a déclaré le Dr Herwartz. "Cela confirme l'hypothèse de l'impact géant."

L'existence de tels isotopes a été prédite par la théorie de l'impact géant, et c'est pourquoi ces découvertes de l'équipe allemande sont importantes. Au moment de la réunion de la Royal Society en 2013, ces découvertes n'avaient pas encore été révélées publiquement, ne donnant aux participants aucune possibilité d'évaluer leur impact.

Évaluation des preuves

Alors, où tout cela nous laisse-t-il aujourd'hui ? La découverte d'isotopes d'oxygène divergents dans les roches de la Lune et de la Terre a-t-elle prouvé de manière concluante la réalité de la théorie de l'impact géant (Terre-Théia) ? Ou, de nouvelles découvertes sur la dynamique potentielle de la résonance d'évection ont-elles donné à d'autres théories un plus grand pouvoir explicatif ?

Et qu'en est-il des autres explications potentielles, y compris celles qui pourraient être classées comme exotiques ? La Lune pourrait-elle être un objet artificiel, conçu et construit par une civilisation avancée et mis en orbite autour de la Terre pour rendre la planète plus accueillante à la vie, ou pour une autre raison inconnue ?

Dans son culte souterrain préféré de 1975, « Our Mysterious Spaceship Moon », l'auteur Don Wilson a fait valoir que les anomalies liées à la taille, la forme, l'emplacement et les caractéristiques physiques de la Lune étaient cohérentes avec la théorie selon laquelle il s'agissait d'un gigantesque vaisseau spatial, créé par une civilisation extraterrestre avancée avec capacités bien au-delà des nôtres. Ce thème a été développé par les auteurs britanniques Christopher Knight et Alan Butler, qui dans leur livre de 2006 « Who Built the Moon ? a soulevé la possibilité qu'un tel exploit aurait pu être réalisé par des humains voyageant dans le temps depuis un avenir lointain. Ils ont basé cette affirmation sur leur découverte de multiples synchronicités numériques et géométriques entre la Terre, le Soleil et la Lune, ce qui impliquait pour eux une conception intelligente de cette dernière.

Il est facile de rejeter des idées comme celle-ci comme étant au mieux trop spéculatives et carrément pseudo-scientifiques au pire. Mais les incertitudes qui voilent la vérité sur l'origine de la Lune et encouragent de telles spéculations persistent.

Bien que cela reste le choix consensuel parmi la plupart des astrophysiciens qui se sont penchés sur la question, les preuves en faveur de l'hypothèse Terre-Theia ne sont guère écrasantes. De petites différences trouvées dans les rapports isotopiques de l'oxygène jouent en sa faveur, mais cela ne suffit pas pour exclure d'autres scénarios de collision. En fait, des preuves plus récentes, obtenues à partir d'une étude de 2016 menée par des chercheurs de l'Université Harvard et de l'Université de Washington aux États-Unis, sembleraient contredire les conclusions des chercheurs allemands qui pensaient avoir confirmé la théorie de l'impact géant.

En utilisant les dernières techniques d'analyse chimique, les scientifiques qui ont parrainé cette étude n'ont pu trouver aucune différence perceptible dans les roches de la Terre et de la Lune. Au contraire, leurs recherches ont révélé que ces matériaux étaient même Suite homogène qu'on ne le croyait auparavant. De plus, leur analyse chimique a révélé des preuves suggérant que la collision qui a créé la Lune était beaucoup plus énergétique et catastrophique que ne le prévoyait le modèle Giant Impact.

De même, de nombreux astrophysiciens et planétologues restent sceptiques quant à l'hypothèse de la résonance d'évection. Les connaissances sur les spécificités de cet effet sont encore limitées, beaucoup doutant qu'il soit suffisamment important pour préserver la viabilité des théories des collisions Terre à rotation rapide et Terre à demi-impact.

Ce n'est pas parce que certaines hypothèses sont plus populaires que d'autres que l'une ou l'autre est correcte. Si les scientifiques passent un temps démesuré à rechercher des preuves pour confirmer leurs théories personnelles sur les animaux de compagnie, ils peuvent ne pas donner une audition équitable à d'autres alternatives viables. Cela peut être un problème particulier pour les énigmes scientifiques qui ne peuvent pas être testées par l'expérience ou résolues par l'observation directe, ce qui est évidemment le cas pour les processus qui ont créé la Lune il y a plus de quatre milliards d'années.

Une citation d'Irwin I. Shapiro, l'ancien directeur du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, résume peut-être le mieux la confusion actuelle sur l'origine de la Lune.

"En regardant toutes les anomalies et les questions sans réponse sur la Lune", a déclaré Shapiro, "la meilleure explication de la Lune est une erreur d'observation. Cela n'existe pas."

Cette déclaration a sans aucun doute été faite avec la langue fermement implantée dans la joue. Néanmoins, il transmet avec précision le caractère insaisissable de la véritable histoire de la Lune.


Origine de la Lune

Les origine de la Lune est généralement expliqué par un corps de la taille de Mars frappant la Terre, créant un anneau de débris qui s'est finalement rassemblé en un seul satellite naturel, la Lune, mais il existe un certain nombre de variations sur cette hypothèse d'impact géant, ainsi que des explications alternatives, et la recherche se poursuit sur la façon dont la Lune est née. [1] [2] D'autres scénarios proposés incluent le corps capturé, la fission, formé ensemble (théorie de la condensation, Synestia), les collisions planétésimales (formées à partir de corps ressemblant à des astéroïdes) et les théories des collisions. [3]

L'hypothèse standard d'impact géant suggère qu'un corps de la taille de Mars, appelé Theia, a percuté la proto-Terre, créant un grand anneau de débris autour de la Terre, qui s'est ensuite accrété pour former la Lune. Cette collision a également entraîné une inclinaison de l'axe de la Terre à 23,5°, provoquant ainsi les saisons. [1] Les rapports isotopiques de l'oxygène de la Lune semblent être essentiellement identiques à ceux de la Terre. [4] Les rapports isotopiques de l'oxygène, qui peuvent être mesurés très précisément, donnent une signature unique et distincte pour chaque corps du système solaire. [5] Si Theia avait été une protoplanète distincte, elle aurait probablement eu une signature isotopique d'oxygène différente de celle de la proto-Terre, tout comme le matériau mélangé éjecté. [6] En outre, le rapport isotopique du titane de la Lune (50 Ti/ 47 Ti) semble si proche de celui de la Terre (à moins de 4 parties par million) que peu ou pas du tout de la masse du corps en collision aurait probablement pu faire partie de la Lune. [7]


Origines anciennes de la Lune : faisait-elle autrefois partie de la Terre ? - Histoire

D'où vient la Lune ?

Réponse:

Toute théorie expliquant l'existence de la Lune doit naturellement expliquer les faits suivants :

  • La faible densité de la Lune (3,3 g/cc) montre qu'elle n'a pas un noyau de fer substantiel comme la Terre.
  • Les roches lunaires contiennent peu de substances volatiles (par exemple de l'eau), ce qui implique une cuisson supplémentaire de la surface lunaire par rapport à celle de la Terre.
  • L'abondance relative des isotopes de l'oxygène sur Terre et sur la Lune est identique, ce qui suggère que la Terre et la Lune se sont formées à la même distance du Soleil.

Diverses théories avaient été proposées pour la formation de la Lune. Ci-dessous, ces théories sont énumérées avec les raisons pour lesquelles elles ont depuis été écartées.

  • La théorie de la fission : Cette théorie propose que la Lune faisait autrefois partie de la Terre et en quelque sorte séparée de la Terre au début de l'histoire du système solaire. Le bassin actuel de l'océan Pacifique est le site le plus populaire pour la partie de la Terre d'où vient la Lune. Cette théorie était considérée comme possible car la composition de la Lune ressemble à celle du manteau terrestre et une Terre en rotation rapide aurait pu larguer la Lune de ses couches externes. Cependant, le système Terre-Lune actuel devrait contenir des « preuves fossiles » de cette rotation rapide et ce n'est pas le cas. De plus, cette hypothèse n'a pas d'explication naturelle pour la cuisson supplémentaire que le matériau lunaire a reçue.
  • La théorie de la capture : Cette théorie propose que la Lune s'est formée ailleurs dans le système solaire et a ensuite été capturée par le champ gravitationnel de la Terre. La composition chimique différente de la Lune pourrait s'expliquer si elle s'est formée ailleurs dans le système solaire, cependant, la capture dans l'orbite actuelle de la Lune est très improbable. Quelque chose devrait le ralentir de la bonne quantité au bon moment, et les scientifiques hésitent à croire à un tel « réglage fin ». De plus, cette hypothèse n'a pas d'explication naturelle pour la cuisson supplémentaire que le matériau lunaire a reçue.
  • La théorie de la condensation : Cette théorie propose que la Lune et la Terre se soient condensées individuellement à partir de la nébuleuse qui a formé le système solaire, la Lune s'étant formée en orbite autour de la Terre. Cependant, si la Lune s'est formée à proximité de la Terre, elle devrait avoir à peu près la même composition. Plus précisément, il devrait posséder un noyau de fer important, et ce n'est pas le cas. De plus, cette hypothèse n'a pas d'explication naturelle pour la cuisson supplémentaire que le matériau lunaire a reçue.

Il y a une théorie qui reste à discuter, et elle est largement acceptée aujourd'hui.

La théorie de l'impacteur géant (parfois appelée la théorie de l'anneau éjecté) : cette théorie propose qu'un planétésimal (ou petite planète) de la taille de Mars a frappé la Terre juste après la formation du système solaire, éjectant de grands volumes de matière chauffée des couches externes des deux objets. Un disque de matière en orbite s'est formé et cette matière s'est finalement collée pour former la Lune en orbite autour de la Terre. Cette théorie peut expliquer pourquoi la Lune est composée principalement de roche et comment la roche a été excessivement chauffée. De plus, nous voyons des preuves dans de nombreux endroits du système solaire que de telles collisions étaient courantes à la fin des étapes de formation du système solaire. Cette théorie est discutée plus loin.

En savoir plus sur la théorie de l'impacteur géant

Au milieu des années 1970, les scientifiques ont proposé le scénario d'impact géant pour la formation de la Lune. L'idée était qu'un impact décentré d'un corps à peu près de la taille de Mars avec une jeune Terre pourrait fournir à la Terre sa rotation initiale rapide et éjecter suffisamment de débris en orbite pour former la Lune. Si le matériau éjecté provenait principalement des manteaux de la Terre et de l'impacteur, l'absence d'un noyau lunaire assez important était facile à comprendre, et l'énergie de l'impact pourrait expliquer l'échauffement supplémentaire du matériau lunaire requis par l'analyse des échantillons de roche lunaire obtenus. par les astronautes d'Apollo.

Pendant près d'une décennie, la théorie de l'impact géant n'a pas été crue par la plupart des scientifiques. Cependant, en 1984, une conférence consacrée à l'origine lunaire a suscité une comparaison critique des théories existantes. La théorie de l'impact géant a émergé de cette conférence avec le soutien presque consensuel des scientifiques, renforcée par de nouveaux modèles de formation des planètes qui suggéraient que les grands impacts étaient en fait des événements assez courants dans les derniers stades de la formation des planètes terrestres.

L'idée de base est la suivante : il y a environ 4,45 milliards d'années, une jeune planète Terre - âgée à peine de 50 millions d'années et non l'objet solide que nous connaissons aujourd'hui - a subi le plus grand événement d'impact de son histoire. Un autre corps planétaire avec à peu près la masse de Mars s'était formé à proximité avec une orbite qui le plaçait sur une trajectoire de collision avec la Terre. Lorsque la jeune Terre et ce corps voyou sont entrés en collision, l'énergie impliquée était 100 millions de fois plus grande que l'événement beaucoup plus tardif qui aurait anéanti les dinosaures. La première collision géante a détruit le corps voyou, a probablement vaporisé les couches supérieures du manteau terrestre et a éjecté de grandes quantités de débris en orbite terrestre. Notre Lune s'est formée à partir de ces débris.


Crédit d'image: Joe Tucciarone


D'où vient la Lune ?

Aucun autre satellite n'est aussi gros, par rapport à la planète sur laquelle il orbite, que la Lune. Comment la Terre s'est-elle retrouvée avec un voisin aussi énorme ?

La Lune est un mystère. Tout le monde sur Terre peut le voir, mais nous n'en voyons jamais qu'un côté. Cela affecte les marées de l'océan, quand les animaux ont des relations sexuelles et apparemment même comment les gens dorment.

Pourtant, jusqu'en 1969, personne n'était jamais allé sur la Lune. Même en 2015, près d'un demi-siècle plus tard, seules 12 maigres personnes s'y trouvaient.

Grâce aux astronautes qui ont visité la Lune, ainsi qu'aux nombreuses sondes sans pilote qui l'ont également été, nous en savons maintenant beaucoup sur la composition de la Lune. Mais malgré toutes ces connaissances, les scientifiques sont toujours aux prises avec une question apparemment simple : d'où vient la Lune.

A-t-il d'une manière ou d'une autre été détaché de la Terre ? A-t-il parcouru le système solaire avant d'être attrapé et forcé de nous encercler à jamais ? Ou est-ce que quelque chose de complètement apocalyptique s'est produit pour le faire naître?

Nos ancêtres ne pouvaient pas se rendre sur la Lune, mais cela ne les a pas empêchés de se demander d'où elle venait.

Après la Seconde Guerre mondiale, une idée complètement différente s'est imposée

L'astronome, physicien et philosophe italien Galileo Galilei a apporté une contribution précoce en réussissant à fabriquer un puissant télescope qui montrait la Lune avec beaucoup plus de détails qu'auparavant.

Au début des années 1600, Galilée montra que la Lune avait un paysage similaire à celui de la Terre. C'était accidenté, avec des montagnes et des plaines. Ce fut le premier indice que la Terre et la Lune se sont formées d'une manière ou d'une autre.

Avance rapide dans les années 1800, et le fils de Charles Darwin, George, a eu une idée.Il a suggéré que lorsque la Terre était jeune, elle tournait très rapidement et, par conséquent, une partie de celle-ci s'est envolée dans l'espace et a formé la Lune. L'océan Pacifique serait la cicatrice de cette "fission".

Cette théorie n'a pas eu beaucoup de succès, et après la Seconde Guerre mondiale, une idée complètement différente s'est imposée.

Le chimiste Harold Urey a proposé à la place que la Lune vienne d'une autre partie de la galaxie, et a été attirée par la gravité de la Terre lors de son passage.

Ils ne savaient pas si la Terre pourrait capturer la Lune sans que son orbite ne soit perturbée

La théorie de la capture a tout à fait raison. La Lune est grande par rapport à la Terre, ce qui est inhabituel pour un satellite, mais si elle s'est formée ailleurs, cela a soudainement du sens. La théorie tient également compte du fait qu'elle nous fait toujours face du même côté, car cela peut se produire lorsque des objets sont capturés.

Pourtant, certains scientifiques n'étaient pas convaincus. Ils ne savaient pas si la Terre pourrait capturer la Lune sans que son orbite ne soit perturbée. Ils pensaient également que les deux seraient probablement entrés en collision.

Il y avait une solution possible. Si l'atmosphère terrestre était suffisamment grande à l'époque, elle aurait pu agir comme un airbag géant, ralentissant la Lune avant qu'elle ne puisse s'échapper dans l'espace. Mais cela semblait plutôt improbable.

Les scientifiques lunaires avaient besoin d'une théorie cohérente avec plusieurs observations clés. En particulier, la Lune est relativement grande. Il accélère également, ce qui signifie qu'il s'éloigne progressivement de la Terre.

Les astronautes d'Apollo ont été chargés de ramener des échantillons de roche lunaire

Une idée avancée était la théorie de l'accrétion. Cela postule que la Terre et la Lune se sont formées ensemble à partir d'un disque de matière en rotation géant, qui entourait un trou noir.

Cette théorie est morte d'une mort rapide. Cela ne pouvait pas expliquer la vitesse à laquelle la Lune orbite autour de la Terre. De plus, les astronomes avaient calculé que la Lune était deux fois moins dense que la Terre, suggérant qu'elles ne s'étaient probablement pas formées à partir du même disque d'accrétion. Enfin, il n'y avait aucun signe du trou noir.

Cela signifiait que la théorie de la capture d'Urey est restée dominante tout au long des années 1960, lorsque les États-Unis ont commencé à essayer d'envoyer une mission habitée sur la Lune. Si Urey avait raison, la Lune devrait avoir une composition chimique différente de celle de la Terre.

En partie pour tester cela, les astronautes d'Apollo ont été chargés de ramener des échantillons de roche lunaire. Les données de ces roches ont fait exploser toutes les théories existantes.

La première victime fut la théorie de la fission de George Darwin. Les échantillons de roche lunaire ont montré que la Lune était bien plus ancienne que l'océan Pacifique d'où elle était censée provenir.

La théorie de la capture d'Urey a également reçu un coup de marteau

"Les roches les plus anciennes de la Lune étaient ces anorthosites blanches", explique Alex Halliday de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni. Parce que ce minéral n'est pas très dense, il flotte normalement sur du magma en fusion, il aurait donc été trouvé près de la surface de la Terre plutôt qu'en profondeur.

Cependant, la couche la plus externe de la croûte terrestre n'a qu'environ 200 millions d'années. Il ne peut pas être la source des roches de la Lune.

La théorie de la capture d'Urey a également reçu un coup de marteau.

À la surprise générale, les échantillons de roche et de sol lunaires ont révélé que la Lune est presque chimiquement identique à la Terre. Ce serait très improbable s'ils se formaient loin l'un de l'autre, comme Urey l'avait suggéré.

Apollo a conduit à « une période de profonde confusion »

Les roches ont également montré que la Lune s'est formée environ 29 millions d'années plus tard que d'autres objets de taille similaire dans le système solaire.

Il semble avoir eu un début enflammé. Les zones sombres de sa surface suggèrent qu'elle était autrefois recouverte d'un océan profond de magma liquide.

Toute théorie de l'origine de la Lune devrait rendre compte de tout cela. Aucune des théories existantes n'était à la hauteur, Apollo a donc conduit à "une période de profonde confusion", selon un article de 2014 de Jay Melosh de l'Université Purdue à West Lafayette, Indiana. "Un grand nombre de faits détaillés sur la Lune et l'hellip ont été glanés sur les roches lunaires, mais aucune image claire de son origine n'a émergé."

En 1975, trois ans après l'atterrissage final d'Apollo, une nouvelle idée a été avancée. L'hypothèse de l'impact géant, comme on l'a connue, était nettement dramatique.

L'impact a provoqué la rotation d'une partie de la couche externe de la Terre et la formation d'une boule géante en fusion

Lorsque le système solaire se formait il y a 4,5 milliards d'années, il y avait toutes sortes de roches qui sifflaient autour. Ainsi, William Hartmann et Donald Davis du Planetary Science Institute de Tucson, en Arizona, ont suggéré que l'un d'eux frappe la Terre.

Ce devait être un gros rocher : de la taille de la planète Mars, qui a une masse un dixième de celle de la Terre. Cette planète hypothétique, qui a été surnommée Theia, a livré un coup latéral massif un peu comme la bille blanche dans un jeu de billard.

L'impact a provoqué la rotation d'une partie de la couche externe de la Terre et la formation d'une boule géante en fusion. Cette boule aurait brûlé vif, occupant environ un tiers du ciel de la Terre, jusqu'à ce qu'elle se refroidisse et s'éloigne davantage.

Cette collision a été simulée sur ordinateur et fonctionne plutôt bien. Pour commencer, cela peut expliquer pourquoi le noyau de fer de la Lune est environ la moitié de la taille de la Terre. Le noyau de Theia s'est accumulé dans celui de la Terre, donc la Lune n'a pas eu grand-chose.

Halliday qualifie l'impact de "moins pire explication"

Cela explique aussi pourquoi la Lune a si peu de "volatiles", ces éléments qui s'évaporent facilement en gaz. La chaleur de la collision les a propulsés dans l'espace.

Enfin, les tailles relatives de la Terre et de Théia peuvent expliquer la vitesse de l'orbite de la Lune.

En conséquence, Halliday appelle l'impact la "moins pire explication". Mais il a encore un gros problème.

C'est le même problème qui a fait dérailler la théorie de la capture d'Urey : la Terre et la Lune sont tout simplement trop similaires chimiquement.

Si Theia a existé, elle n'a laissé aucune trace sur la Lune

De nombreux éléments existent sous forme de variantes subtilement différentes appelées isotopes. Chaque atome est composé de trois types de particules plus petites, appelées protons, électrons et neutrons. Chaque atome d'un élément donné doit avoir le même nombre de protons et d'électrons, mais le nombre de neutrons varie, donnant lieu à des isotopes.

Les isotopes agissent comme une sorte d'empreinte chimique. Si vous avez un matériau mystérieux, l'examen du mélange d'isotopes qu'il contient peut vous donner une idée de son origine.

Dans le cas des roches lunaires, certains des isotopes devraient provenir de la Terre et d'autres de Théia, de sorte que la composition isotopique devrait se situer quelque part entre les deux. Mais en fait, c'est presque exactement le même que celui de la Terre. Si Théia a existé, elle n'a laissé aucune trace sur la Lune.

C'est un gros problème pour l'hypothèse de l'impact géant.

Jusqu'à présent, cela n'a pas tué l'hypothèse de l'impact

Les isotopes du tungstène et du silicium sont particulièrement délicats, car ils sont produits lors de la formation des noyaux planétaires.

"Chaque planète a une histoire différente de formation du noyau, vous vous attendez donc à recevoir un signal différent", explique Halliday. "Ces isotopes suggèrent que c'est de la Terre elle-même que proviennent les atomes de la Lune."

Melosh appelle cette découverte la « crise isotopique ». Mais jusqu'à présent, cela n'a pas tué l'hypothèse de l'impact.

L'explication la plus simple possible est que Théia avait exactement la même signature isotopique que la Terre, peut-être parce qu'elle s'est formée à proximité. Cependant, des simulations du système solaire primitif suggèrent que la probabilité que cela se produise est inférieure à 1%.

En accord avec cela, il n'y a pas d'autres corps connus dans le système solaire avec la même composition isotopique que la Terre et la Lune. Les scientifiques aimeraient collecter des échantillons de météorites de Vénus et de Mercure pour voir s'ils partagent des isotopes similaires, mais c'est un long plan.

Le problème, c'est que Theia doit avoir frappé la Terre d'un coup fou

Alternativement, peut-être que l'impact a été si grave que Theia et la Terre ont toutes deux fondu et que leurs atomes se sont mélangés. Cela expliquerait pourquoi la Terre et la Lune sont maintenant si similaires, mais il est loin d'être clair si un tel impact catastrophique s'est produit.

Il a également été suggéré que le corps de l'impacteur était principalement composé de glace. Il y a beaucoup de telles boules de glace dans le système solaire externe, et l'une d'elles aurait pu frapper la Terre à grande vitesse.

Mais même alors, seulement 73% de la Lune pourraient être dérivés de la Terre, ce qui n'est pas suffisant pour expliquer les isotopes. Le problème est que Theia a dû frapper la Terre d'un coup sec, sinon la Lune se serait retrouvée sur une orbite différente, et ce coup latéral perturbe les isotopes.

Peut-être que Theia n'a pas frappé un coup d'œil après tout. En 2012, Matija Ćuk et Sarah Stewart de l'Université Harvard à Cambridge, dans le Massachusetts, ont trouvé un moyen de l'éviter.

Theia aurait pu être beaucoup plus petite qu'on ne le pensait auparavant

Ils ont suggéré que la Terre tournait déjà très vite lorsque Theia l'a frappée. Si la Terre tournait rapidement, il y avait déjà assez d'élan pour envoyer la Lune sur la bonne orbite. Inutile de jeter un coup d'œil : Theia aurait pu frapper la Terre de plein fouet.

Cela signifie que Theia aurait pu être beaucoup plus petite qu'on ne le pensait auparavant, environ 2% de la masse de la Terre. À son tour, cela signifie que la Lune pourrait être principalement composée de matériaux provenant de la Terre.

Cette idée « a ébranlé le terrain sous toutes les approches précédentes », dit Melosh.

En avril 2015, d'autres preuves ont émergé pour soutenir l'hypothèse de l'impact géant.

Cela rend l'étrange similitude de la Terre et de la Lune un peu plus facile à expliquer

Alessandra Mastrobuono-Battisti de l'Institut israélien de technologie à Haïfa et ses collègues ont effectué une simulation plus détaillée des objets bourdonnant dans le système solaire primitif.

Ils ont découvert que les objets qui ont eu un impact sur les planètes étaient beaucoup plus similaires à ces planètes que prévu. Au lieu de seulement 1% de chances que Theia et la Terre soient très similaires, les chances étaient plutôt de 20%.

Ce n'est toujours pas une chance brillante, mais cela rend la similitude étrange de la Terre et de la Lune un peu plus facile à expliquer.

Néanmoins, le travail n'est pas tout à fait terminé. "Il nous manque encore quelque chose", dit Stewart.

Peut-être ne devrions-nous pas être trop surpris qu'une partie de son histoire d'origine repose sur une chance aveugle

La plupart des chercheurs pensent maintenant que la solution sera une version de l'hypothèse de l'impact géant, mais elle a encore besoin de quelques ajustements pour expliquer de manière convaincante les isotopes.

Le plus gros problème est de trouver une théorie selon laquelle chaque aspect de la Terre et de la Lune semble raisonnablement probable. Tant que la théorie exige que Theia ait une masse particulière ou qu'elle frappe la Terre de la bonne manière, elle sera toujours sujette au doute.

Cela étant dit, une partie de la raison de tout l'intérêt pour la formation de la Lune est qu'elle est inhabituelle. Peut-être ne devrions-nous pas être trop surpris qu'une partie de son histoire d'origine repose sur une chance aveugle.


L'origine de la Lune

Deux scientifiques seniors du PSI, le Dr William K. Hartmann et le Dr Donald R. Davis, ont été les premiers à suggérer la principale hypothèse moderne de l'origine de la lune, dans un article publié en 1975 dans la revue Icarus.

Peinture copyright William K. Hartmann

L'idée en quelques mots :

Au moment où la Terre s'est formée il y a 4,5 milliards d'années, d'autres corps planétaires plus petits étaient également en croissance. L'un d'entre eux a touché la terre tard dans le processus de croissance de la Terre, soufflant des débris rocheux. Une fraction de ces débris est allée en orbite autour de la Terre et s'est agrégée dans la Lune.

Pourquoi c'est une bonne hypothèse :

  • La Terre a un gros noyau de fer, mais pas la Lune. C'est parce que le fer de la Terre s'était déjà drainé dans le noyau au moment où l'impact géant s'est produit. Par conséquent, les débris soufflés de la Terre et de l'impacteur provenaient de leurs manteaux rocheux appauvris en fer. Le noyau de fer de l'impacteur a fondu à l'impact et a fusionné avec le noyau de fer de la Terre, selon des modèles informatiques.
  • La Terre a une densité moyenne de 5,5 grammes/centimètre cube, mais la Lune a une densité de seulement 3,3 g/cc. La raison est la même, que la lune manque de fer.
  • La lune a exactement la même composition isotopique de l'oxygène que la Terre, tandis que les roches martiennes et les météorites d'autres parties du système solaire ont des compositions isotopiques différentes de l'oxygène. Cela montre que la lune a formé un matériau formé au voisinage de la Terre.
  • Si une théorie sur l'origine lunaire appelle à un processus évolutif, elle a du mal à expliquer pourquoi d'autres planètes n'ont pas de lunes similaires. (Seule Pluton a une lune qui est une fraction appréciable de sa propre taille.) Notre hypothèse d'impact géant avait l'avantage d'invoquer un événement catastrophique stochastique qui pourrait n'arriver qu'à une ou deux planètes sur neuf.

Quelles étaient les idées précédentes ?

  1. Une des premières théories était que la lune est un monde frère qui s'est formé en orbite autour de la Terre au fur et à mesure que la Terre s'est formée. Cette théorie a échoué car elle ne pouvait pas expliquer pourquoi la lune manque de fer.
  2. Une deuxième idée initiale était que la lune s'est formée ailleurs dans le système solaire où il y avait peu de fer, puis a été capturée en orbite autour de la Terre. Cela a échoué lorsque les roches lunaires ont montré la même composition isotopique que la Terre.
  3. Une troisième idée initiale était que la Terre primitive tournait si vite qu'elle s'éloignait de la Lune. Cette idée produirait une lune similaire au manteau terrestre, mais elle a échoué lorsque l'analyse du moment angulaire total et de l'énergie impliquée a indiqué que le système actuel Terre-Lune ne pouvait pas se former de cette manière.

D'où vient la théorie ?

Hartmann et Davis étaient familiers avec les travaux effectués en Union soviétique dans les années 1960, sur l'agrégation de planètes à partir d'innombrables corps ressemblant à des astéroïdes appelés planétésimaux. Une grande partie de ce travail a été lancée par un astrophysicien russe nommé V. S. Safronov.

Reprenant les idées générales de Safronov, Hartmann et Davis ont calculé le taux de croissance du 2e plus grand, 3e plus grand, etc., corps dans le voisinage général de la Terre, alors que la Terre elle-même grandissait. Tout comme la ceinture d'astéroïdes possède aujourd'hui un plus gros astéroïde (Cérès) d'un diamètre de 1 000 km et plusieurs corps plus petits d'un diamètre compris entre 300 et 500 km, la région de l'orbite terrestre aurait eu plusieurs corps jusqu'à environ la moitié de la taille de la Terre en croissance. Notre idée était que dans le cas de la Terre (mais pas des autres planètes), l'impact s'est produit assez tard, et dans une telle direction par rapport à la rotation de la Terre, qu'un matériau intermédiaire suffisamment abondant a été projeté pour former une lune.

Comment la théorie s'est-elle développée ?

Après que nous ayons présenté la théorie pour la première fois en 1974 lors d'une conférence sur les satellites, le chercheur de Harvard AGW Cameron s'est levé pour dire que lui et William Ward travaillaient également sur la même idée, mais en partant d'une motivation différente - l'étude du moment angulaire dans le système - et qu'ils avaient conclu que le corps d'impact devait être à peu près de la taille de Mars (un tiers ou la moitié de la taille de la Terre). Notre article a été publié en 1975 (Hartmann et Davis, Icare, 24, 504-505) Cameron et Ward ont publié un résumé sur cette idée à la conférence Lunar Science en 1976, deux ans après l'article du PSI.


Cinq heures après l'impact, basé sur la modélisation informatique par A. Cameron, W. Benz, J. Melosh et d'autres. Copyright William K. Hartmann

Certains travaux ont été effectués par Thompson et Stevenson en 1983 sur la formation de petites lunes dans le disque de débris qui s'est formé autour de la Terre après l'impact. Cependant, en général, la théorie a langui jusqu'en 1984 lorsqu'une réunion internationale a été organisée à Kona, à Hawaï, sur l'origine de la lune. Lors de cette réunion, l'hypothèse de l'impact géant a émergé comme l'hypothèse principale et est restée dans ce rôle depuis. Le Dr Michael Drake, directeur du département des sciences planétaires de l'Université de l'Arizona, a récemment décrit cette réunion comme peut-être la plus réussie de l'histoire de la science planétaire.

Une collection d'articles de cette réunion a été publiée par le Lunar and Planetary Institute (Houston) dans le livre de 1986, Origin of the Moon, édité par le scientifique du PSI William Hartmann, avec Geoffry Taylor et Roger Phillips. Ce livre reste la référence incontournable sur ce sujet. Pendant ce temps, des chercheurs tels que Willy Benz, Jay Melosh, A. G. W. Cameron et d'autres ont tenté des modèles informatiques de l'impact géant, afin de déterminer la quantité de matière qui entrerait en orbite. Certains de ces résultats ont été utilisés par Hartmann pour réaliser les peintures de cette page Web, tentant de montrer à quoi l'impact aurait ressemblé pour un observateur humain (si les humains avaient été là - ils ne sont arrivés que 4,5 milliards d'années plus tard !)

Dans les années 1990, le Dr Robin Canup a rédigé un doctorat. dissertation sur l'origine de la lune et l'hypothèse de l'impact géant, qui a produit une nouvelle modélisation de l'agrégation des débris en petites lunes, et finalement, dans la lune elle-même. Le Dr Canup poursuit la modélisation du processus d'accrétion lunaire.

Statut actuel:

En 1997, les travaux du Dr Canup ont reçu une grande publicité de la part des médias, dont certains pensaient à tort que l'impact géant était une toute nouvelle idée. Les premiers travaux de Canup, présentés en juillet 1997, suggéraient que les débris d'un impact pourraient ne pas former une lune, mais seulement un essaim de petites lunes. Son travail ultérieur (automne 1997) a conduit à plus de « succès » en agrégeant les débris en une seule lune.

Au PSI, nous avons travaillé avec plusieurs chercheurs de premier plan pour proposer de nouveaux travaux ou la mécanique de l'accrétion en utilisant une variante du modèle de construction de la planète PSI. Mais ce travail n'a pas été financé.

Hartmann, W. K. et D. R. Davis 1975 Icare, 24, 505.

Hartmann, W. K. 1997. Une brève histoire de la Lune. Le rapport planétaire. 17, 4-11.

Hartmann, W.K. et Ron Miller 1991. L'histoire de la Terre, (New York : Workman Publishing Co.)


Contenu

Le nom propre anglais habituel du satellite naturel de la Terre est simplement la lune, avec un M majuscule. [18] [19] Le nom lune est dérivé du vieil anglais mona, qui (comme tous ses apparentés germaniques) provient du proto-germanique *mēnōn, [20] qui à son tour vient de proto-indo-européen *mēnsis "mois" [21] (de plus tôt *pas moi, génitif *mēneses) qui peut être lié au verbe "mesurer" (du temps). [22]

Parfois, le nom Lune / ˈ l uː n ə / est utilisé dans les écrits scientifiques [23] et en particulier dans la science-fiction pour distinguer la lune de la Terre des autres, tandis que dans la poésie, "Luna" a été utilisé pour désigner la personnification de la Lune. [24] Cynthia / ˈ s ɪ n θ i ə / est un autre nom poétique, bien que rare, pour la Lune personnifiée comme une déesse, [25] tandis que Sélène / s ə ˈ l iː n iː / (littéralement "Lune") est la déesse grecque de la Lune.

L'adjectif anglais habituel relatif à la Lune est "lunaire", dérivé du mot latin pour la Lune, lina. L'adjectif sélénien / s ə l iː n i ə n / , [26] dérivé du mot grec pour la Lune, σελήνη selinē, et utilisé pour décrire la Lune comme un monde plutôt que comme un objet dans le ciel, est rare, [27] alors que son parent sélénique était à l'origine un synonyme rare [28] mais se réfère maintenant presque toujours à l'élément chimique sélénium. [29] Le mot grec pour la Lune nous fournit cependant le préfixe séléno-, un péché sélénographie, l'étude des caractéristiques physiques de la Lune, ainsi que le nom de l'élément sélénium. [30] [31]

La déesse grecque du désert et de la chasse, Artémis, assimilée à la Diane romaine, dont l'un des symboles était la Lune et qui était souvent considérée comme la déesse de la Lune, était aussi appelée Cynthia, de son lieu de naissance légendaire sur le mont Cynthus. [32] Ces noms - Luna, Cynthia et Selene - sont reflétés en termes techniques pour les orbites lunaires telles que apolune, périynthion et sélénocentrique.

La datation isotopique d'échantillons lunaires suggère que la Lune s'est formée environ 50 millions d'années après l'origine du système solaire. [33] [34] Historiquement, plusieurs mécanismes de formation ont été proposés, [35] mais aucun n'a expliqué de manière satisfaisante les caractéristiques du système Terre-Lune. Une fission de la Lune de la croûte terrestre par force centrifuge [36] nécessiterait un taux de rotation initial trop important de la Terre. [37] La ​​capture gravitationnelle d'une Lune préformée [38] dépend d'une atmosphère infaisable étendue de la Terre pour dissiper l'énergie de la Lune qui passe. [37] Une co-formation de la Terre et de la Lune ensemble dans le disque d'accrétion primordial n'explique pas l'épuisement des métaux dans la Lune. [37] Aucune de ces hypothèses ne peut expliquer le moment angulaire élevé du système Terre-Lune. [39]

La théorie dominante est que le système Terre-Lune s'est formé après un impact géant d'un corps de la taille de Mars (nommé Théia) avec la proto-Terre. L'impact a projeté du matériau sur l'orbite terrestre, puis le matériau s'est accrété et a formé la Lune [40] [41] juste au-delà de la limite de Roche de la Terre.

2.56 R . [42] Cette théorie explique le mieux la preuve.

On pense que les impacts géants ont été courants au début du système solaire. Des simulations informatiques d'impacts géants ont produit des résultats cohérents avec la masse du noyau lunaire et le moment angulaire du système Terre-Lune. Ces simulations montrent également que la majeure partie de la Lune dérive de l'impacteur, plutôt que de la proto-Terre. [43] Cependant, des simulations plus récentes suggèrent une plus grande fraction de la Lune dérivée de la proto-Terre. [44] [45] [46] [47] D'autres corps du système solaire interne tels que Mars et Vesta ont, selon leurs météorites, des compositions isotopiques d'oxygène et de tungstène très différentes de celles de la Terre. Cependant, la Terre et la Lune ont des compositions isotopiques presque identiques. L'égalisation isotopique du système Terre-Lune pourrait s'expliquer par le mélange post-impact du matériau vaporisé qui a formé les deux, [48] bien que cela soit débattu. [49]

L'impact a libéré beaucoup d'énergie, puis le matériau libéré s'est réaccrété dans le système Terre-Lune. Cela aurait fait fondre l'enveloppe extérieure de la Terre, et ainsi formé un océan de magma. [50] [51] De même, la Lune nouvellement formée aurait également été affectée et aurait son propre océan de magma lunaire, sa profondeur est estimée d'environ 500 km (300 miles) à 1 737 km (1 079 miles). [50]

Alors que la théorie de l'impact géant explique de nombreuses preuves, certaines questions restent en suspens, la plupart impliquant la composition de la Lune. [52]

En 2001, une équipe du Carnegie Institute de Washington a rapporté la mesure la plus précise des signatures isotopiques des roches lunaires. [53] Les roches du programme Apollo avaient la même signature isotopique que les roches de la Terre, différant de presque tous les autres corps du système solaire. Cette observation était inattendue, car on pensait que la plupart des matériaux qui ont formé la Lune provenaient de Theia et il a été annoncé en 2007 qu'il y avait moins de 1% de chance que Theia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques. [54] D'autres échantillons lunaires d'Apollo avaient en 2012 la même composition en isotopes de titane que la Terre, [55] ce qui est en conflit avec ce qui est attendu si la Lune s'est formée loin de la Terre ou est dérivée de Theia. Ces écarts peuvent s'expliquer par des variations de la théorie de l'impact géant.

La Lune est un ellipsoïde très légèrement scalène en raison de l'étirement des marées, avec son grand axe déplacé de 30° par rapport à la Terre, en raison des anomalies gravitationnelles des bassins d'impact. Sa forme est plus allongée que ce que les forces de marée actuelles peuvent expliquer. Ce "renflement fossile" indique que la Lune s'est solidifiée lorsqu'elle tournait à la moitié de sa distance actuelle par rapport à la Terre, et qu'il fait maintenant trop froid pour que sa forme s'adapte à son orbite. [56]

Structure interne

Composition chimique de la surface lunaire [57]
Composé Formule Composition
Marie hauts plateaux
silice SiO2 45.4% 45.5%
alumine Al2O3 14.9% 24.0%
chaux CaO 11.8% 15.9%
oxyde de fer(II) FeO 14.1% 5.9%
magnésie MgO 9.2% 7.5%
le dioxyde de titane TiO2 3.9% 0.6%
oxyde de sodium N / A2O 0.6% 0.6%
99.9% 100.0%

La Lune est un corps différencié qui était initialement en équilibre hydrostatique mais qui s'est depuis écarté de cet état. [58] Il a une croûte, un manteau et un noyau géochimiquement distincts. La Lune a un noyau interne solide riche en fer avec un rayon pouvant être aussi petit que 240 kilomètres (150 mi) et un noyau externe fluide principalement composé de fer liquide avec un rayon d'environ 300 kilomètres (190 mi). Autour du noyau se trouve une couche limite partiellement fondue d'un rayon d'environ 500 kilomètres (310 mi). [59] [60] On pense que cette structure s'est développée par la cristallisation fractionnée d'un océan de magma global peu de temps après la formation de la Lune il y a 4,5 milliards d'années. [61]

La cristallisation de cet océan de magma aurait créé un manteau mafique à partir de la précipitation et du naufrage des minéraux olivine, clinopyroxène et orthopyroxène après qu'environ les trois quarts de l'océan de magma se soient cristallisés, des minéraux de plagioclase de faible densité pourraient se former et flotter dans une croûte au sommet . [62] Les liquides finaux à cristalliser auraient été initialement pris en sandwich entre la croûte et le manteau, avec une grande abondance d'éléments incompatibles et producteurs de chaleur. [1] Conformément à cette perspective, la cartographie géochimique réalisée à partir de l'orbite suggère une croûte composée principalement d'anorthosite. [14] Les échantillons de roche lunaire des laves d'inondation qui ont éclaté à la surface à la suite d'une fusion partielle dans le manteau confirment la composition du manteau mafique, qui est plus riche en fer que celui de la Terre. [1] La croûte est en moyenne d'environ 50 kilomètres (31 mi) d'épaisseur. [1]

La Lune est le deuxième satellite le plus dense du système solaire, après Io. [63] Cependant, le noyau interne de la Lune est petit, avec un rayon d'environ 350 kilomètres (220 mi) ou moins, [1] environ 20% du rayon de la Lune. Sa composition n'est pas bien comprise, mais il s'agit probablement de fer métallique allié à une petite quantité de soufre et de nickel. Des analyses de la rotation variable dans le temps de la Lune suggèrent qu'elle est au moins en partie fondue. [64] La pression au noyau lunaire est estimée à 5 GPa . [65]

Champ magnétique

La Lune a un champ magnétique externe généralement inférieur à 0,2 nanoteslas, [66] soit moins du cent millième de celui de la Terre. La Lune n'a pas actuellement de champ magnétique dipolaire global et n'a qu'une magnétisation crustale probablement acquise au début de son histoire alors qu'une dynamo fonctionnait encore. [67] [68] Cependant, au début de son histoire, il y a 4 milliards d'années, la force de son champ magnétique était probablement proche de celle de la Terre aujourd'hui. [66] Ce champ dynamo précoce a apparemment expiré il y a environ un milliard d'années, après que le noyau lunaire se soit complètement cristallisé. [66] Théoriquement, une partie de la magnétisation résiduelle peut provenir de champs magnétiques transitoires générés lors d'impacts importants par l'expansion de nuages ​​​​de plasma. Ces nuages ​​sont générés lors d'impacts importants dans un champ magnétique ambiant. Ceci est soutenu par l'emplacement des plus grandes aimantations crustales situées près des antipodes des bassins d'impact géants. [69]

Géologie de surface

La topographie de la Lune a été mesurée par altimétrie laser et analyse d'images stéréo. [70] Sa caractéristique topographique la plus étendue est le bassin géant du pôle Sud-Aitken, d'un diamètre de 2 240 km (1 390 mi), le plus grand cratère de la Lune et le deuxième plus grand cratère d'impact confirmé du système solaire. [71] [72] À 13 km (8,1 mi) de profondeur, son plancher est le point le plus bas à la surface de la Lune. [71] [73] Les plus hautes élévations de la surface de la Lune sont situées directement au nord-est, qui pourraient avoir été épaissies par l'impact de formation oblique du bassin Pôle Sud-Aitken. [74] D'autres grands bassins d'impact tels que Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii et Orientale possèdent des élévations régionales basses et des rebords élevés. [71] Le côté éloigné de la surface lunaire est en moyenne environ 1,9 km (1,2 mi) plus élevé que celui du côté proche. [1]

La découverte de falaises d'escarpement de faille suggère que la Lune s'est rétrécie d'environ 90 mètres (300 pieds) au cours du dernier milliard d'années. [75] Des caractéristiques de retrait similaires existent sur Mercure. Mare Frigoris, un bassin près du pôle nord que l'on a longtemps supposé être géologiquement mort, s'est fissuré et déplacé. Comme la Lune n'a pas de plaques tectoniques, son activité tectonique est lente et des fissures se développent au fur et à mesure qu'elle perd de la chaleur. [76]

Caractéristiques volcaniques

Les plaines lunaires sombres et relativement sans relief, clairement visibles à l'œil nu, sont appelées maria (latin pour "mer" singulier jument), car on croyait autrefois qu'ils étaient remplis d'eau [77], ils sont maintenant connus pour être de vastes bassins solidifiés d'ancienne lave basaltique. Bien que similaires aux basaltes terrestres, les basaltes lunaires contiennent plus de fer et aucun minéral altéré par l'eau. [78] La majorité de ces dépôts de lave ont éclaté ou se sont écoulés dans les dépressions associées aux bassins d'impact. Plusieurs provinces géologiques contenant des volcans boucliers et des dômes volcaniques se trouvent dans le côté proche "maria". [79]

Presque toutes les marias se trouvent sur la face proche de la Lune et couvrent 31 % de la surface de la face proche [80] contre 2 % de la face cachée. [81] Cela est probablement dû à une concentration d'éléments producteurs de chaleur sous la croûte du côté proche, ce qui aurait provoqué le réchauffement, la fonte partielle, la remontée à la surface et l'éruption du manteau sous-jacent. [62] [82] [83] La plupart des basaltes marins de la Lune ont éclaté pendant la période ombrienne, il y a 3,0 à 3,5 milliards d'années, bien que certains échantillons radiométriquement datés soient aussi vieux que 4,2 milliards d'années. [84] En 2003, les études de comptage des cratères des plus jeunes éruptions semblaient suggérer qu'elles se sont formées il y a au plus 1,2 milliard d'années. [85]

En 2006, une étude d'Ina, une minuscule dépression de Lacus Felicitatis, a trouvé des caractéristiques déchiquetées et relativement exemptes de poussière qui, en raison de l'absence d'érosion due à la chute de débris, semblaient n'avoir que 2 millions d'années. [86] Les tremblements de lune et les dégagements de gaz indiquent également une activité lunaire continue. [86] L'évidence du volcanisme lunaire récent a été identifiée à 70 pièces rapportées irrégulières de mare, certaines moins de 50 millions d'ans. Cela soulève la possibilité d'un manteau lunaire beaucoup plus chaud qu'on ne le croyait auparavant, du moins du côté proche où la croûte profonde est sensiblement plus chaude en raison de la plus grande concentration d'éléments radioactifs. [87] [88] [89] [90] Des preuves ont été trouvées pour un volcanisme basaltique vieux de 2 à 10 millions d'années dans le cratère Lowell, [91] [92] à l'intérieur du bassin Orientale. Une certaine combinaison d'un manteau initialement plus chaud et d'un enrichissement local d'éléments producteurs de chaleur dans le manteau pourrait être responsable d'activités prolongées de l'autre côté du bassin Orientale. [93] [94]

Les régions les plus claires de la Lune sont appelées terrasse, ou plus communément hauts plateaux, car ils sont plus élevés que la plupart des maria. Ils ont été datés radiométriquement pour s'être formés il y a 4,4 milliards d'années et pourraient représenter des cumulats de plagioclase de l'océan magmatique lunaire. [84] [85] Contrairement à la Terre, on pense qu'aucune montagne lunaire majeure ne s'est formée à la suite d'événements tectoniques. [95]

La concentration de maria sur la face visible reflète probablement la croûte sensiblement plus épaisse des hautes terres de la face cachée, qui peut s'être formée lors d'un impact à vitesse lente d'une deuxième lune de la Terre quelques dizaines de millions d'années après la formation de la Lune. [96] [97] Alternativement, cela peut être une conséquence du réchauffement de marée asymétrique lorsque la Lune était beaucoup plus proche de la Terre. [98]

Cratères d'impact

Un processus géologique majeur qui a affecté la surface de la Lune est le cratère d'impact, [99] avec des cratères formés lorsque des astéroïdes et des comètes entrent en collision avec la surface lunaire. On estime qu'il y a environ 300 000 cratères plus larges que 1 km (0,6 mi) sur la face proche de la Lune. [100] L'échelle de temps géologique lunaire est basée sur les événements d'impact les plus importants, y compris les structures Nectaris, Imbrium et Orientale caractérisées par de multiples anneaux de matériau soulevé, entre des centaines et des milliers de kilomètres de diamètre et associés à un large tablier de dépôts d'éjectas qui forment un horizon stratigraphique régional. [101] Le manque d'atmosphère, le temps et les processus géologiques récents signifient que beaucoup de ces cratères sont bien conservés. Bien que seuls quelques bassins multi-anneaux aient été définitivement datés, ils sont utiles pour attribuer des âges relatifs. Étant donné que les cratères d'impact s'accumulent à un rythme presque constant, le comptage du nombre de cratères par unité de surface peut être utilisé pour estimer l'âge de la surface. [101] Les âges radiométriques des roches fondues par impact recueillies pendant les missions Apollo se regroupent entre 3,8 et 4,1 milliards d'années : cela a été utilisé pour proposer une période de bombardement lourd tardif d'impacts accrus. [102]

Au sommet de la croûte lunaire se trouve une couche de surface hautement fragmentée (brisée en particules de plus en plus petites) et d'impact appelée régolithe, formée par des processus d'impact. Le régolithe plus fin, le sol lunaire de verre de dioxyde de silicium, a une texture ressemblant à de la neige et un parfum ressemblant à de la poudre à canon épuisée. [103] Le régolithe des surfaces plus anciennes est généralement plus épais que celui des surfaces plus jeunes : son épaisseur varie de 10 à 20 km (6,2 à 12,4 mi) dans les hautes terres et de 3 à 5 km (1,9 à 3,1 mi) dans la mer. [104] Sous la couche de régolithe finement broyée se trouve le mégarégolithe, une couche de substrat rocheux très fracturé de plusieurs kilomètres d'épaisseur. [105]

Les images haute résolution du Lunar Reconnaissance Orbiter dans les années 2010 montrent un taux de production de cratères contemporain significativement plus élevé que ce qui avait été estimé précédemment. On pense qu'un processus de cratère secondaire causé par des éjectas distaux remue les deux premiers centimètres du régolithe sur une échelle de temps de 81 000 ans. [106] [107] Ce taux est 100 fois plus rapide que le taux calculé à partir de modèles basés uniquement sur les impacts directs de micrométéorites. [108]

Champ gravitationnel

Le champ gravitationnel de la Lune a été mesuré en suivant le décalage Doppler des signaux radio émis par les engins spatiaux en orbite. Les principales caractéristiques de la gravité lunaire sont les mascons, de grandes anomalies gravitationnelles positives associées à certains des bassins d'impact géants, en partie causées par les coulées de lave basaltique denses qui remplissent ces bassins. [109] [110] Les anomalies influencent grandement l'orbite des engins spatiaux autour de la Lune. Il y a quelques énigmes : les coulées de lave ne peuvent à elles seules expliquer toute la signature gravitationnelle, et il existe des mascons qui ne sont pas liés au volcanisme marin. [111]

Tourbillons lunaires

Les tourbillons lunaires sont des caractéristiques énigmatiques trouvées à la surface de la Lune. Ils se caractérisent par un albédo élevé, semblent optiquement immatures (c'est-à-dire les caractéristiques optiques d'un régolithe relativement jeune) et ont souvent une forme sinueuse. Leur forme est souvent accentuée par les régions à faible albédo qui serpentent entre les tourbillons lumineux. Ils sont situés dans des endroits où les champs magnétiques de surface sont améliorés et beaucoup sont situés aux antipodes des impacts majeurs. Les tourbillons bien connus incluent la fonction Reiner Gamma et Mare Ingenii. On suppose qu'il s'agit de zones partiellement protégées du vent solaire, ce qui ralentit l'altération de l'espace. [112]

Présence d'eau

L'eau liquide ne peut pas persister sur la surface lunaire. Lorsqu'elle est exposée au rayonnement solaire, l'eau se décompose rapidement par un processus connu sous le nom de photodissociation et est perdue dans l'espace. Cependant, depuis les années 1960, les scientifiques ont émis l'hypothèse que la glace d'eau pourrait être déposée par l'impact des comètes ou éventuellement produite par la réaction de roches lunaires riches en oxygène et d'hydrogène provenant du vent solaire, laissant des traces d'eau qui pourraient éventuellement persister dans le froid, à l'ombre en permanence. cratères aux deux pôles de la Lune. [113] [114] Les simulations informatiques suggèrent que jusqu'à 14 000 km 2 (5 400 milles carrés) de la surface peuvent être dans une ombre permanente. [115] La présence de quantités d'eau utilisables sur la Lune est un facteur important pour faire de l'habitation lunaire un plan rentable, l'alternative de transporter l'eau de la Terre serait prohibitive. [116]

Depuis des années, des signatures d'eau ont été trouvées sur la surface lunaire. [117] En 1994, l'expérience radar bistatique située sur la Clémentine vaisseau spatial, a indiqué l'existence de petites poches d'eau gelées près de la surface. Cependant, des observations radar ultérieures d'Arecibo suggèrent que ces découvertes pourraient plutôt être des roches éjectées de jeunes cratères d'impact. [118] En 1998, le spectromètre à neutrons sur le Prospecteur lunaire vaisseau spatial a montré que de fortes concentrations d'hydrogène sont présentes dans le premier mètre de profondeur dans le régolithe près des régions polaires. [119] Des perles de lave volcanique, ramenées sur Terre à bord d'Apollo 15, ont montré de petites quantités d'eau à l'intérieur. [120]

Le 2008 Chandrayaan-1 Le vaisseau spatial a depuis confirmé l'existence de glace d'eau de surface, en utilisant le Moon Mineralogy Mapper embarqué. Le spectromètre a observé des raies d'absorption communes à l'hydroxyle, dans la lumière solaire réfléchie, fournissant des preuves de grandes quantités de glace d'eau, sur la surface lunaire. Le vaisseau spatial a montré que les concentrations pourraient atteindre 1 000 ppm. [121] En utilisant les spectres de réflectance du mappeur, l'éclairage indirect des zones d'ombre a confirmé la glace d'eau à moins de 20° de latitude des deux pôles en 2018. [122] En 2009, LCROSS a envoyé un impacteur de 2 300 kg (5 100 lb) dans un cratère polaire ombragé en permanence et a détecté au moins 100 kg (220 lb) d'eau dans un panache de matière éjectée. [123] [124] Un autre examen des données LCROSS a montré que la quantité d'eau détectée était plus proche de 155 ± 12 kg (342 ± 26 lb). [125]

En mai 2011, 615-1410 ppm d'eau dans des inclusions de fonte dans l'échantillon lunaire 74220 ont été signalés, [126] le célèbre « sol de verre orange » à haute teneur en titane d'origine volcanique collecté lors de la mission Apollo 17 en 1972. Les inclusions se sont formées lors d'explosions. éruptions sur la Lune il y a environ 3,7 milliards d'années. Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre.Bien que d'un intérêt sélénologique considérable, cette annonce offre peu de réconfort aux futurs colons lunaires - l'échantillon est originaire de plusieurs kilomètres sous la surface et les inclusions sont si difficiles d'accès qu'il a fallu 39 ans pour les trouver avec un état des lieux. -instrument de microsonde ionique d'art.

L'analyse des résultats du Moon Mineralogy Mapper (M3) a révélé en août 2018 pour la première fois des "preuves définitives" de la glace d'eau sur la surface lunaire. [127] [128] Les données ont révélé les signatures réfléchissantes distinctes de la glace d'eau, par opposition à la poussière et à d'autres substances réfléchissantes. [129] Les dépôts de glace ont été trouvés sur les pôles Nord et Sud, bien qu'ils soient plus abondants au Sud, où l'eau est piégée dans des cratères et des crevasses ombragées en permanence, ce qui lui permet de persister sous forme de glace à la surface puisqu'elles sont à l'abri de la soleil. [127] [129]

En octobre 2020, des astronomes ont signalé avoir détecté de l'eau moléculaire sur la surface ensoleillée de la Lune par plusieurs engins spatiaux indépendants, dont l'Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge (SOFIA). [130] [131] [132] [133]

État de surface

La surface de la Lune est un environnement extrême avec des températures allant de 140 °C à −171 °C , une pression atmosphérique de 10 −10 Pa et des niveaux élevés de rayonnement ionisant du Soleil et des rayons cosmiques. Les surfaces exposées des engins spatiaux sont considérées comme peu susceptibles d'abriter des traces bactériennes après une seule orbite lunaire. [134] La gravité de surface de la Lune est d'environ 1,625 m/s 2 , environ 16,6% de celle de la surface de la Terre ou 0,166 ?? . [4]

Atmosphère

La Lune a une atmosphère si ténue qu'elle est presque vide, avec une masse totale de moins de 10 tonnes (9,8 tonnes longues et 11 tonnes courtes). [137] La ​​pression de surface de cette petite masse est d'environ 3 × 10 −15 atm (0,3 nPa) elle varie avec le jour lunaire. Ses sources comprennent le dégazage et la pulvérisation cathodique, un produit du bombardement du sol lunaire par les ions du vent solaire. [14] [138] Les éléments qui ont été détectés incluent le sodium et le potassium, produits par pulvérisation (également trouvés dans les atmosphères de Mercure et Io) d'hélium-4 et de néon [139] du vent solaire et de l'argon-40, du radon-222 , et le polonium-210, dégazé après leur création par désintégration radioactive dans la croûte et le manteau. [140] [141] L'absence de telles espèces neutres (atomes ou molécules) comme l'oxygène, l'azote, le carbone, l'hydrogène et le magnésium, qui sont présentes dans le régolithe, n'est pas comprise. [140] De la vapeur d'eau a été détectée par Chandrayaan-1 et varie avec la latitude, avec un maximum à

60-70 degrés, il est peut-être généré par la sublimation de la glace d'eau dans le régolithe. [142] Ces gaz retournent dans le régolithe à cause de la gravité de la Lune ou sont perdus dans l'espace, soit par la pression du rayonnement solaire, soit, s'ils sont ionisés, en étant emportés par le champ magnétique du vent solaire. [140]

Des études d'échantillons de magma lunaire récupérés par les missions Apollo démontrent que la Lune avait autrefois possédé une atmosphère relativement épaisse pendant une période de 70 millions d'années entre 3 et 4 milliards d'années. Cette atmosphère, issue des gaz éjectés des éruptions volcaniques lunaires, était deux fois plus épaisse que celle de Mars actuelle. L'ancienne atmosphère lunaire a finalement été emportée par les vents solaires et dissipée dans l'espace. [143]

Un nuage de poussière lunaire permanent existe autour de la Lune, généré par de petites particules provenant des comètes. On estime que 5 tonnes de particules cométaires frappent la surface de la Lune toutes les 24 heures, entraînant l'éjection de particules de poussière. La poussière reste au-dessus de la Lune environ 10 minutes, prenant 5 minutes pour monter et 5 minutes pour retomber. En moyenne, 120 kilogrammes de poussière sont présents au-dessus de la Lune, s'élevant jusqu'à 100 kilomètres au-dessus de la surface. Les décomptes de poussière effectués par Lunar Dust EXperiment (LDEX) de LADEE ont révélé que les décomptes de particules ont culminé pendant les pluies de météores Geminid, Quadrantid, Northern Taurid et Omicron Centaurid, lorsque la Terre et la Lune traversaient des débris de comète. Le nuage de poussière lunaire est asymétrique, étant plus dense près de la limite entre le côté jour et le côté nuit de la Lune. [144] [145]

Distance lunaire

Modèle à l'échelle du système Terre-Lune : Les tailles et les distances sont à l'échelle.

Orbite

En raison du verrouillage des marées, la rotation de la Lune autour de son propre axe est synchrone de sa période orbitale autour de la Terre. La Lune fait une orbite complète autour de la Terre par rapport aux étoiles fixes environ une fois tous les 27,3 jours, [g] sa période sidérale. Cependant, comme la Terre se déplace sur son orbite autour du Soleil en même temps, il faut un peu plus de temps à la Lune pour montrer la même phase à la Terre, ce qui correspond à environ 29,5 jours [h] de sa période synodique. [80] [146]

Contrairement à la plupart des satellites des autres planètes, la Lune orbite plus près du plan écliptique que du plan équatorial de la planète. L'orbite de la Lune est subtilement perturbée par le Soleil et la Terre de nombreuses manières petites, complexes et interactives. Par exemple, le plan de l'orbite de la Lune tourne progressivement une fois tous les 18,61 ans, [147] ce qui affecte d'autres aspects du mouvement lunaire. Ces effets consécutifs sont décrits mathématiquement par les lois de Cassini. [148]

L'inclinaison axiale de la Lune par rapport à l'écliptique n'est que de 1,5427°, [8] [149] bien moins que les 23,44° de la Terre. Pour cette raison, l'éclairement solaire de la Lune varie beaucoup moins avec la saison, et les détails topographiques jouent un rôle crucial dans les effets saisonniers. [150] À partir d'images prises par Clémentine en 1994, il semble que quatre régions montagneuses sur le bord du cratère Peary au pôle nord de la Lune puissent rester illuminées pendant toute la journée lunaire, créant des pics de lumière éternelle. De telles régions n'existent pas au pôle sud. De même, il y a des endroits qui restent dans l'ombre permanente au fond de nombreux cratères polaires, [115] et ces « cratères des ténèbres éternelles » sont extrêmement froids : Orbiteur de reconnaissance lunaire mesuré les températures estivales les plus basses dans les cratères du pôle sud à 35 K (−238 °C −397 °F) [151] et à seulement 26 K (−247 °C −413 °F) près du solstice d'hiver dans le pôle nord cratère Hermite. Il s'agit de la température la plus froide du système solaire jamais mesurée par un vaisseau spatial, plus froide même que la surface de Pluton. [150] Les températures moyennes de la surface de la Lune sont signalées, mais les températures des différentes zones varieront considérablement selon qu'elles sont à la lumière du soleil ou à l'ombre. [152]

Taille relative

La Lune est un satellite naturel exceptionnellement grand par rapport à la Terre : son diamètre est supérieur à un quart et sa masse est 1/81 de celle de la Terre. [80] C'est la plus grande lune du système solaire par rapport à la taille de sa planète, [i] bien que Charon soit plus grande par rapport à la planète naine Pluton, à 1/9 de la masse de Pluton. [j] [153] Le barycentre de la Terre et de la Lune, leur centre de masse commun, est situé à 1 700 km (1 100 mi) (environ un quart du rayon de la Terre) sous la surface de la Terre.

La Terre tourne autour du barycentre Terre-Lune une fois par mois sidéral, avec 1/81 de la vitesse de la Lune, soit environ 12,5 mètres (41 pieds) par seconde. Ce mouvement se superpose à la révolution beaucoup plus grande de la Terre autour du Soleil à une vitesse d'environ 30 kilomètres (19 mi) par seconde.

La surface de la Lune est légèrement inférieure à celle des régions d'Amérique du Nord et du Sud réunies.

Apparition de la Terre

La rotation synchrone de la Lune en orbite autour de la Terre fait qu'elle garde toujours presque la même face tournée vers la planète. Cependant, en raison de l'effet de libration, environ 59 % de la surface de la Lune peut être vue depuis la Terre. Le côté de la Lune qui fait face à la Terre s'appelle le côté proche et l'opposé le côté éloigné. La face cachée est souvent appelée à tort "côté obscur", mais elle est en fait éclairée aussi souvent que la face proche : une fois tous les 29,5 jours terrestres. Pendant la nouvelle lune, le côté proche est sombre. [154]

La Lune tournait à l'origine à un rythme plus rapide, mais au début de son histoire, sa rotation s'est ralentie et est devenue bloquée par les marées dans cette orientation en raison des effets de friction associés aux déformations des marées causées par la Terre. [155] Avec le temps, l'énergie de rotation de la Lune sur son axe s'est dissipée sous forme de chaleur, jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de rotation de la Lune par rapport à la Terre. En 2016, les planétologues utilisant les données recueillies sur la NASA 1998-99 Prospecteur lunaire mission, a trouvé deux zones riches en hydrogène (très probablement une ancienne glace d'eau) sur les côtés opposés de la Lune. On suppose que ces plaques étaient les pôles de la Lune il y a des milliards d'années avant qu'elle ne soit verrouillée par marée sur la Terre. [156]

La Lune a un albédo exceptionnellement bas, ce qui lui confère une réflectance légèrement plus brillante que celle de l'asphalte usé. Malgré cela, c'est l'objet le plus brillant du ciel après le Soleil. [80] [k] Ceci est dû en partie à l'amélioration de la luminosité de la montée subite d'opposition, la Lune au quart de phase n'est qu'un dixième aussi brillante, plutôt que la moitié de celle de la pleine lune. [157] De plus, la constance des couleurs dans le système visuel recalibre les relations entre les couleurs d'un objet et son environnement, et parce que le ciel environnant est relativement sombre, la Lune éclairée par le soleil est perçue comme un objet brillant. Les bords de la pleine lune semblent aussi brillants que le centre, sans assombrir les membres, en raison des propriétés réfléchissantes du sol lunaire, qui rétroréfléchit davantage la lumière vers le Soleil que dans les autres directions. La Lune semble plus grande lorsqu'elle est proche de l'horizon, mais il s'agit d'un effet purement psychologique, connu sous le nom d'illusion de la Lune, décrit pour la première fois au 7ème siècle avant JC. [158] Le diamètre angulaire de la pleine Lune est d'environ 0,52° (en moyenne) dans le ciel, à peu près la même taille apparente que le Soleil (voir § Éclipses).

L'altitude la plus élevée de la Lune au point culminant varie selon sa phase et la période de l'année. La pleine lune est la plus élevée dans le ciel en hiver (pour chaque hémisphère). L'orientation du croissant de la Lune dépend également de la latitude du lieu d'observation où un observateur sous les tropiques peut voir un croissant de Lune en forme de sourire. [159] La Lune est visible pendant deux semaines tous les 27,3 jours aux pôles Nord et Sud. Le zooplancton dans l'Arctique utilise le clair de lune lorsque le soleil est sous l'horizon pendant des mois. [160]

La distance entre la Lune et la Terre varie d'environ 356 400 km (221 500 mi) à 406 700 km (252 700 mi) au périgée (le plus proche) et à l'apogée (le plus éloigné), respectivement. Le 14 novembre 2016, il était plus proche de la Terre lorsqu'il était en pleine phase qu'il ne l'a été depuis 1948, 14 % plus près que sa position la plus éloignée en apogée. [161] Considéré comme une "super lune", ce point le plus proche a coïncidé à moins d'une heure d'une pleine lune, et il était 30% plus lumineux que lorsqu'il était à sa plus grande distance car son diamètre angulaire est 14% plus grand et 1,14 2 1,30 < displaystyle scriptstyle 1.14^<2>approx 1.30> . [162] [163] [164] À des niveaux inférieurs, la perception humaine d'une luminosité réduite en pourcentage est fournie par la formule suivante : [165] [166]

Lorsque la réduction réelle est de 1,00/1,30, soit environ 0,770, la réduction perçue est d'environ 0,877, soit 1,00/1,14. Cela donne une augmentation maximale perçue de 14% entre les lunes d'apogée et de périgée de la même phase. [167]

Il y a eu une controverse historique sur la question de savoir si les caractéristiques de la surface de la Lune changent avec le temps. Aujourd'hui, beaucoup de ces affirmations sont considérées comme illusoires, résultant d'observations dans différentes conditions d'éclairage, d'une mauvaise vision astronomique ou de dessins inadéquats. Cependant, un dégazage se produit occasionnellement et pourrait être responsable d'un pourcentage mineur des phénomènes transitoires lunaires signalés. Récemment, il a été suggéré qu'une région de diamètre d'environ 3 km (1,9 mi) de la surface lunaire a été modifiée par un événement de libération de gaz il y a environ un million d'années. [168] [169]

L'apparence de la Lune, comme celle du Soleil, peut être affectée par l'atmosphère terrestre. Les effets optiques courants sont l'anneau de halo de 22°, formé lorsque la lumière de la Lune est réfractée à travers les cristaux de glace des hauts nuages ​​cirrostratus, et les anneaux coronaux plus petits lorsque la Lune est vue à travers des nuages ​​minces. [170]

La zone éclairée de la sphère visible (degré d'éclairement) est donnée par ( 1 − cos ⁡ e ) / 2 = sin 2 ⁡ ( e / 2 ) (e/2)> , où e est l'allongement (c'est-à-dire l'angle entre la Lune, l'observateur sur Terre et le Soleil).

Éclipses

Les éclipses ne se produisent que lorsque le Soleil, la Terre et la Lune sont tous en ligne droite (appelée « syzygie »). Les éclipses solaires se produisent à la nouvelle lune, lorsque la Lune est entre le Soleil et la Terre. En revanche, les éclipses lunaires se produisent à la pleine lune, lorsque la Terre est entre le Soleil et la Lune. La taille apparente de la Lune est à peu près la même que celle du Soleil, les deux étant vues à près d'un demi-degré de large. Le Soleil est beaucoup plus grand que la Lune, mais c'est la distance beaucoup plus grande qui lui donne la même taille apparente que la Lune beaucoup plus proche et beaucoup plus petite du point de vue de la Terre. Les variations de taille apparente, dues aux orbites non circulaires, sont également presque les mêmes, bien que se produisant dans des cycles différents. Cela permet à la fois des éclipses solaires totales (avec la Lune apparaissant plus grande que le Soleil) et annulaires (avec la Lune apparaissant plus petite que le Soleil). [172] Dans une éclipse totale, la Lune recouvre complètement le disque du Soleil et la couronne solaire devient visible à l'œil nu. Parce que la distance entre la Lune et la Terre augmente très lentement au fil du temps, [173] le diamètre angulaire de la Lune diminue. De plus, à mesure qu'il évolue pour devenir une géante rouge, la taille du Soleil et son diamètre apparent dans le ciel augmentent lentement. [l] La combinaison de ces deux changements signifie qu'il y a des centaines de millions d'années, la Lune couvrirait toujours complètement le Soleil lors des éclipses solaires, et aucune éclipse annulaire n'était possible. De même, dans des centaines de millions d'années dans le futur, la Lune ne couvrira plus complètement le Soleil et les éclipses solaires totales ne se produiront pas. [174]

Parce que l'orbite de la Lune autour de la Terre est inclinée d'environ 5,145° (5° 9') par rapport à l'orbite de la Terre autour du Soleil, les éclipses ne se produisent pas à chaque pleine et nouvelle lune. Pour qu'une éclipse se produise, la Lune doit être proche de l'intersection des deux plans orbitaux. [175] La périodicité et la récurrence des éclipses du Soleil par la Lune et de la Lune par la Terre sont décrites par le saros, qui a une période d'environ 18 ans. [176]

Parce que la Lune bloque continuellement la vue d'une zone circulaire du ciel d'un demi-degré de large, [m] [177] le phénomène d'occultation associé se produit lorsqu'une étoile ou une planète brillante passe derrière la Lune et est occultée : cachée à la vue. Ainsi, une éclipse solaire est une occultation du Soleil. Parce que la Lune est relativement proche de la Terre, les occultations d'étoiles individuelles ne sont pas visibles partout sur la planète, ni en même temps. En raison de la précession de l'orbite lunaire, chaque année différentes étoiles sont occultées. [178]

Effets de marée

L'attraction gravitationnelle que les masses ont les unes pour les autres diminue en raison inverse du carré de la distance de ces masses les unes par rapport aux autres. En conséquence, l'attraction légèrement plus grande que la Lune a pour le côté de la Terre le plus proche de la Lune, par rapport à la partie de la Terre opposée à la Lune, entraîne des forces de marée. Les forces de marée affectent à la fois la croûte terrestre et les océans.

L'effet le plus évident des forces de marée est de provoquer deux renflements dans les océans de la Terre, l'un du côté faisant face à la Lune et l'autre du côté opposé. Cela se traduit par une élévation du niveau de la mer appelée marées océaniques. [173] Lorsque la Terre tourne sur son axe, l'un des renflements océaniques (marée haute) est maintenu en place "sous" la Lune, tandis qu'une autre marée est opposée. En conséquence, il y a deux marées hautes et deux marées basses en environ 24 heures. [173] Puisque la Lune orbite autour de la Terre dans le même sens de rotation de la Terre, les marées hautes se produisent environ toutes les 12 heures et 25 minutes, les 25 minutes étant dues au temps que la Lune met en orbite autour de la Terre. Le Soleil a le même effet de marée sur la Terre, mais ses forces d'attraction ne représentent que 40 % de celles de la Lune. L'interaction entre le Soleil et la Lune est responsable des marées de printemps et de morte-eau. [173] Si la Terre était un monde aquatique (sans continents), elle produirait une marée d'un mètre seulement, et cette marée serait très prévisible, mais les marées océaniques sont grandement modifiées par d'autres effets : le couplage frictionnel de l'eau à la rotation de la Terre à travers les fonds océaniques, l'inertie du mouvement de l'eau, les bassins océaniques qui deviennent moins profonds près de la terre, le ballottement de l'eau entre les différents bassins océaniques. [179] En conséquence, la synchronisation des marées à la plupart des points sur la Terre est un produit d'observations qui sont expliquées, incidemment, par la théorie.

Alors que la gravitation provoque l'accélération et le mouvement des océans fluides de la Terre, le couplage gravitationnel entre la Lune et le corps solide de la Terre est principalement élastique et plastique. Le résultat est un autre effet de marée de la Lune sur la Terre qui provoque un renflement de la partie solide de la Terre la plus proche de la Lune. Les retards dans les pics de marée des marées océaniques et solides provoquent un couple opposé à la rotation de la Terre. Cela « draine » le moment angulaire et l'énergie cinétique de rotation de la rotation de la Terre, ralentissant la rotation de la Terre. [173] [180] Ce moment angulaire, perdu de la Terre, est transféré à la Lune dans un processus (appelé de manière confuse accélération des marées), qui élève la Lune sur une orbite plus élevée et entraîne une vitesse orbitale plus faible autour de la Terre. Ainsi, la distance entre la Terre et la Lune augmente et la rotation de la Terre ralentit en réaction. [180] Les mesures des réflecteurs laser laissés pendant les missions Apollo (expériences de télémétrie lunaire) ont montré que la distance de la Lune augmente de 38 mm (1,5 in) par an (à peu près la vitesse à laquelle les ongles humains poussent). [181] [182] [183] ​​Les horloges atomiques montrent également que le jour de la Terre s'allonge d'environ 17 microsecondes chaque année, [184] [185] [186] augmentant lentement la vitesse à laquelle UTC est ajusté par secondes intercalaires. Cette traînée de marée se poursuivrait jusqu'à ce que la rotation de la Terre et la période orbitale de la Lune correspondent, créant un verrouillage de marée mutuel entre les deux et suspendant la Lune sur un méridien (c'est actuellement le cas avec Pluton et sa lune Charon). Cependant, le Soleil deviendra une géante rouge engloutissant le système Terre-Lune bien avant cet événement. [187] [188]

De la même manière, la surface lunaire connaît des marées d'environ 10 cm d'amplitude sur 27 jours, avec trois composantes : une fixe due à la Terre, car elles sont en rotation synchrone, une marée variable en raison de l'excentricité et de l'inclinaison de l'orbite. , et une petite composante variable du Soleil.[180] La composante variable induite par la Terre provient du changement de distance et de libration, résultat de l'excentricité et de l'inclinaison orbitales de la Lune (si l'orbite de la Lune était parfaitement circulaire et non inclinée, il n'y aurait que des marées solaires). [180] La libration modifie également l'angle sous lequel la Lune est vue, permettant à un total d'environ 59 % de sa surface d'être vue depuis la Terre au fil du temps. [80] Les effets cumulatifs du stress accumulé par ces forces de marée produisent des tremblements de lune. Les séismes lunaires sont beaucoup moins fréquents et plus faibles que les séismes, bien que les séismes lunaires puissent durer jusqu'à une heure - bien plus longtemps que les séismes terrestres - en raison de la diffusion des vibrations sismiques dans la croûte supérieure sèche et fragmentée. L'existence des tremblements de lune était une découverte inattendue des sismomètres placés sur la Lune par les astronautes d'Apollo de 1969 à 1972. [189]

Selon des recherches récentes, les scientifiques suggèrent que l'influence de la Lune sur la Terre pourrait contribuer au maintien du champ magnétique terrestre. [190]

Avant le vol spatial

L'une des représentations possibles de la Lune les plus anciennes découvertes est une sculpture rupestre vieille de 5000 ans Orthostat 47 à Knowth, en Irlande. [191] [192]

La compréhension des cycles de la Lune était un développement précoce de l'astronomie : au 5ème siècle avant JC, les astronomes babyloniens avaient enregistré le cycle de Saros de 18 ans d'éclipses lunaires, [193] et les astronomes indiens avaient décrit l'allongement mensuel de la Lune. [194] L'astronome chinois Shi Shen (fl. IVe siècle av. J.-C.) a donné des instructions pour prédire les éclipses solaires et lunaires. [195] (p411) Plus tard, la forme physique de la Lune et la cause du clair de lune ont été comprises. L'ancien philosophe grec Anaxagore (mort en 428 av. [196] [195] ( p227 ) Bien que les Chinois de la dynastie Han croyaient que la Lune était une énergie équivalente à qi, leur théorie de « l'influence rayonnante » reconnaissait également que la lumière de la Lune n'était qu'un reflet du Soleil, et Jing Fang (78-37 av. J.-C.) a noté la sphéricité de la Lune. [195] ( pp413-414 ) Au 2ème siècle après JC, Lucian a écrit le roman Une histoire vraie, dans lequel les héros se rendent sur la Lune et rencontrent ses habitants. En 499 après JC, l'astronome indien Aryabhata a mentionné dans son Aryabhatiya que la lumière solaire réfléchie est la cause de l'éclat de la Lune. [197] L'astronome et physicien Alhazen (965-1039) a découvert que la lumière du soleil n'était pas réfléchie par la Lune comme un miroir, mais que la lumière était émise de chaque partie de la surface ensoleillée de la Lune dans toutes les directions. [198] Shen Kuo (1031-1095) de la dynastie Song a créé une allégorie assimilant la croissance et le déclin de la Lune à une boule ronde d'argent réfléchissant qui, une fois aspergée de poudre blanche et vue de côté, semblerait être un croissant. [195] ( pp415–416 )

Dans la description de l'univers d'Aristote (384-322 av. J.-C.), la Lune marquait la frontière entre les sphères des éléments mutables (terre, eau, air et feu) et les étoiles impérissables d'éther, une philosophie influente qui allait dominer pendant des siècles. . [199] Cependant, au 2ème siècle avant JC, Séleucos de Séleucie a correctement théorisé que les marées étaient dues à l'attraction de la Lune et que leur hauteur dépend de la position de la Lune par rapport au Soleil. [200] Au même siècle, Aristarque calcula la taille et la distance de la Lune à la Terre, obtenant une valeur d'environ vingt fois le rayon de la Terre pour la distance. Ces chiffres ont été grandement améliorés par Ptolémée (90-168 après JC) : ses valeurs d'une distance moyenne de 59 fois le rayon de la Terre et d'un diamètre de 0,292 diamètres de la Terre étaient proches des valeurs correctes d'environ 60 et 0,273 respectivement. [201] Archimède (287-212 avant JC) a conçu un planétarium qui pourrait calculer les mouvements de la Lune et d'autres objets du système solaire. [202]

Au Moyen Âge, avant l'invention du télescope, la Lune était de plus en plus reconnue comme une sphère, bien que beaucoup pensaient qu'elle était « parfaitement lisse ». [203]

En 1609, Galileo Galilei a utilisé un premier télescope pour faire des dessins de la Lune pour son livre Sidereus Noncius, et en a déduit qu'elle n'était pas lisse mais qu'elle avait des montagnes et des cratères. Thomas Harriot avait réalisé, mais n'avait pas publié de tels dessins quelques mois plus tôt. La cartographie télescopique de la Lune a suivi : plus tard au 17ème siècle, les efforts de Giovanni Battista Riccioli et Francesco Maria Grimaldi ont conduit au système de dénomination des caractéristiques lunaires en usage aujourd'hui. Le plus exact 1834-1836 Carte Sélénographique de Wilhelm Beer et Johann Heinrich Mädler, et leur livre associé de 1837 Der Mond, la première étude trigonométriquement précise des caractéristiques lunaires, comprenait les hauteurs de plus d'un millier de montagnes et a introduit l'étude de la Lune avec des précisions possibles dans la géographie terrestre. [204] Les cratères lunaires, notés pour la première fois par Galilée, étaient considérés comme volcaniques jusqu'à la proposition des années 1870 de Richard Proctor selon laquelle ils étaient formés par des collisions. [80] Ce point de vue a été soutenu en 1892 par l'expérimentation du géologue Grove Karl Gilbert et par des études comparatives de 1920 aux années 1940, [205] conduisant au développement de la stratigraphie lunaire, qui dans les années 1950 devenait une nouvelle branche en pleine croissance. de l'astrogéologie. [80]

1959-1970

Entre la première arrivée humaine avec le robot soviétique Lune programme en 1958, aux années 1970 avec les dernières missions des atterrissages d'Apollo américain en équipage et la dernière mission Luna en 1976, la course à l'espace inspirée de la guerre froide entre l'Union soviétique et les États-Unis a conduit à une accélération de l'intérêt pour l'exploration de la Lune. Une fois que les lanceurs ont eu les capacités nécessaires, ces pays ont envoyé des sondes sans équipage lors de missions de survol et d'impact/atterrisseur.

Missions soviétiques

Vaisseau spatial de l'Union soviétique Lune programme ont été les premiers à atteindre un certain nombre d'objectifs : après trois missions sans nom et ratées en 1958, [206] le premier objet fabriqué par l'homme à échapper à la gravité terrestre et à passer près de la Lune a été Lune 1 le premier objet fabriqué par l'homme à impacter la surface lunaire a été Lune 2, et les premières photographies de la face cachée de la Lune, normalement occluse, ont été réalisées par Lune 3, le tout en 1959.

Le premier vaisseau spatial à réussir un atterrissage en douceur lunaire a été Lune 9 et le premier véhicule sans équipage en orbite autour de la Lune a été Lune 10, tous deux en 1966. [80] Des échantillons de roche et de sol ont été ramenés sur Terre par trois Lune exemples de missions de retour (Lune 16 en 1970, Lune 20 en 1972, et Lune 24 en 1976), qui a rapporté 0,3 kg au total. [207] Deux rovers robotiques pionniers ont atterri sur la Lune en 1970 et 1973 dans le cadre du programme soviétique Lunokhod.

Luna 24 était la dernière mission soviétique sur la Lune.

Missions des États-Unis

À la fin des années 1950, au plus fort de la guerre froide, l'armée des États-Unis a mené une étude de faisabilité classifiée qui proposait la construction d'un avant-poste militaire sur la Lune appelé Project Horizon avec le potentiel de mener un large éventail de missions allant de la recherche scientifique à la bombardement nucléaire de la Terre. L'étude incluait la possibilité de mener un essai nucléaire à base lunaire. [208] [209] L'Air Force, qui à l'époque était en compétition avec l'Armée pour un rôle de premier plan dans le programme spatial, a développé son propre plan similaire appelé Lunex. [210] [211] [208] Cependant, ces deux propositions ont finalement été ignorées car le programme spatial a été largement transféré de l'armée à l'agence civile NASA. [211]

Suite à l'engagement du président John F. Kennedy en 1961 pour un alunissage habité avant la fin de la décennie, les États-Unis, sous la direction de la NASA, ont lancé une série de sondes sans équipage pour développer une compréhension de la surface lunaire en vue de missions humaines : le Jet Le programme Ranger de Propulsion Laboratory a produit les premières images en gros plan le programme Lunar Orbiter a produit des cartes de l'ensemble de la Lune le programme Surveyor a atterri son premier vaisseau spatial quatre mois après Lune 9. Le programme Apollo avec équipage a été développé en parallèle après une série de tests sans équipage et avec équipage du vaisseau spatial Apollo en orbite terrestre, et stimulé par un potentiel atterrissage humain lunaire soviétique, en 1968, Apollo 8 a effectué la première mission humaine en orbite lunaire. L'atterrissage ultérieur des premiers humains sur la Lune en 1969 est considéré par beaucoup comme le point culminant de la course à l'espace. [212]

Neil Armstrong est devenu la première personne à marcher sur la Lune en tant que commandant de la mission américaine Apollo 11 en posant pour la première fois le pied sur la Lune à 02:56 UTC le 21 juillet 1969. [213] On estime que 500 millions de personnes dans le monde ont regardé la transmission par la caméra Apollo TV, la plus grande audience télévisée pour une diffusion en direct à l'époque. [214] [215] Les missions Apollo 11 à 17 (à l'exception d'Apollo 13, qui a interrompu son atterrissage lunaire prévu) ont retiré 380,05 kilogrammes (837,87 lb) de roche et de sol lunaires dans 2 196 échantillons séparés. [216] L'alunissage et le retour de la Lune américaine ont été rendus possibles par des avancées technologiques considérables au début des années 1960, dans des domaines tels que la chimie de l'ablation, le génie logiciel et la technologie de rentrée atmosphérique, et par une gestion hautement compétente de l'énorme entreprise technique. [217] [218]

Des ensembles d'instruments scientifiques ont été installés sur la surface lunaire pendant tous les atterrissages d'Apollo. Des stations d'instruments à longue durée de vie, y compris des sondes de flux de chaleur, des sismomètres et des magnétomètres, ont été installées sur les sites d'atterrissage d'Apollo 12, 14, 15, 16 et 17. La transmission directe des données vers la Terre a été conclue à la fin de 1977 en raison de considérations budgétaires, [219] [220] mais comme les réseaux de rétroréflecteurs de coin-cube de télémétrie laser lunaire des stations sont des instruments passifs, ils sont toujours utilisés. La télémétrie vers les stations est régulièrement effectuée à partir de stations terrestres avec une précision de quelques centimètres, et les données de cette expérience sont utilisées pour imposer des contraintes sur la taille du noyau lunaire. [221]

1970 – présent

Dans les années 1970, après la course sur la Lune, l'objectif de l'exploration astronautique s'est déplacé, alors que des sondes comme Pioneer 10 et le programme Voyager ont été envoyées vers le système solaire externe. Des années de quiétude quasi lunaire ont suivi, seulement interrompues par un début d'internationalisation de l'espace et de la Lune à travers, par exemple, la négociation du traité sur la Lune.

Depuis les années 1990, de nombreux autres pays se sont impliqués dans l'exploration directe de la Lune. En 1990, le Japon est devenu le troisième pays à placer un vaisseau spatial en orbite lunaire avec son Hiten vaisseau spatial. Le vaisseau spatial a libéré une sonde plus petite, Hagoromo, en orbite lunaire, mais l'émetteur est tombé en panne, empêchant une utilisation scientifique ultérieure de la mission. [222] En 1994, les États-Unis ont envoyé le vaisseau spatial conjoint Département de la Défense/NASA Clémentine vers l'orbite lunaire. Cette mission a obtenu la première carte topographique quasi-globale de la Lune, et les premières images multispectrales globales de la surface lunaire. [223] Cela a été suivi en 1998 par le Prospecteur lunaire mission, dont les instruments ont indiqué la présence d'un excès d'hydrogène aux pôles lunaires, ce qui est probablement dû à la présence de glace d'eau dans les quelques mètres supérieurs du régolithe dans des cratères ombragés en permanence. [224]

Le vaisseau spatial européen SMART-1, le deuxième vaisseau spatial à propulsion ionique, était en orbite lunaire du 15 novembre 2004 jusqu'à son impact lunaire le 3 septembre 2006, et a effectué la première étude détaillée des éléments chimiques sur la surface lunaire. [225]

L'ambitieux programme d'exploration lunaire chinois a commencé avec Chang'e 1, qui a orbité avec succès la Lune du 5 novembre 2007 jusqu'à son impact lunaire contrôlé le 1er mars 2009. [226] Il a obtenu une carte d'image complète de la Lune. Chang'e 2, à partir d'octobre 2010, a atteint la Lune plus rapidement, a cartographié la Lune à une résolution plus élevée sur une période de huit mois, puis a quitté l'orbite lunaire pour un séjour prolongé au point de Lagrangien Terre-Soleil L2, avant de finalement effectuer un survol de l'astéroïde 4179 Toutatis le 13 décembre 2012, puis en route vers l'espace lointain. Le 14 décembre 2013, Chang'e 3 a posé un atterrisseur lunaire sur la surface de la Lune, qui à son tour a déployé un rover lunaire, nommé Yutu (Chinois : 玉兔 littéralement "Lapin de Jade"). C'était le premier atterrissage en douceur lunaire depuis Lune 24 en 1976, et la première mission de rover lunaire depuis Lunokhod 2 en 1973. Une autre mission rover (Chang'e 4) a été lancé en 2019, devenant ainsi le premier vaisseau spatial à atterrir sur la face cachée de la Lune. La Chine a l'intention de donner suite à une mission de retour d'échantillon (Chang'e 5) en 2020. [227]

Entre le 4 octobre 2007 et le 10 juin 2009, l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale Kaguya (Séléné) mission, un orbiteur lunaire équipé d'une caméra vidéo haute définition et de deux petits satellites émetteurs radio, a obtenu des données géophysiques lunaires et a pris les premiers films haute définition au-delà de l'orbite terrestre. [228] [229] Première mission lunaire de l'Inde, Chandrayaan-1, mis en orbite du 8 novembre 2008 jusqu'à la perte de contact le 27 août 2009, créant une carte chimique, minéralogique et photogéologique à haute résolution de la surface lunaire, et confirmant la présence de molécules d'eau dans le sol lunaire. [230] L'Organisation indienne de recherche spatiale prévoyait de lancer Chandrayaan-2 en 2013, qui aurait inclus un rover lunaire robotique russe. [231] [232] Cependant, l'échec de la Fobos-Grunt mission a retardé ce projet, et a été lancée le 22 juillet 2019. L'atterrisseur Vikram a tenté d'atterrir sur la région du pôle sud lunaire le 6 septembre, mais a perdu le signal à 2,1 km (1,3 mi). Ce qui s'est passé après cela est inconnu.

Les États-Unis ont co-lancé le Orbiteur de reconnaissance lunaire (LRO) et le LCROSS impacteur et orbiteur d'observation de suivi le 18 juin 2009 LCROSS a achevé sa mission en réalisant un impact planifié et largement observé dans le cratère Cabeus le 9 octobre 2009, [233] alors que LRO est actuellement en opération, obtenant une altimétrie lunaire précise et des images à haute résolution. En novembre 2011, le LRO est passé au-dessus du grand et lumineux cratère Aristarque. La NASA a publié des photos du cratère le 25 décembre 2011. [234]

Deux vaisseaux spatiaux de la NASA GRAIL ont commencé à orbiter autour de la Lune vers le 1er janvier 2012 [235] dans le cadre d'une mission visant à en savoir plus sur la structure interne de la Lune. celui de la NASA LADEE sonde, conçue pour étudier l'exosphère lunaire, a atteint son orbite le 6 octobre 2013.

Futur

Les missions lunaires à venir incluent la Russie Luna-Glob: un atterrisseur sans équipage avec un ensemble de sismomètres, et un orbiteur basé sur son martien raté Fobos-Grunt mission. [236] L'exploration lunaire financée par des fonds privés a été promue par le Google Lunar X Prize, annoncé le 13 septembre 2007, qui offre 20 millions de dollars américains à quiconque peut faire atterrir un rover robotique sur la Lune et répondre à d'autres critères spécifiés. [237]

La NASA a commencé à planifier la reprise des missions humaines à la suite de l'appel du président américain George W. Bush le 14 janvier 2004 pour une mission humaine sur la Lune d'ici 2019 et la construction d'une base lunaire d'ici 2024. [238] Le programme Constellation a été financé et la construction et les essais ont commencé sur un vaisseau spatial avec équipage et un lanceur, [239] et les études de conception d'une base lunaire. [240] Ce programme a cependant été annulé en 2010, et a finalement été remplacé par le programme Artemis soutenu par Donald Trump, qui prévoit de renvoyer des humains sur la Lune d'ici 2025. [241] L'Inde avait également exprimé son espoir d'envoyer des gens sur la Lune. d'ici 2020. [242]

Le 28 février 2018, SpaceX, Vodafone, Nokia et Audi ont annoncé une collaboration pour installer un réseau de communication sans fil 4G sur la Lune, dans le but de diffuser des images en direct à la surface de la Terre. [243]

Des rapports récents indiquent également l'intention de la NASA d'envoyer une femme astronaute sur la Lune dans le cadre de sa mission prévue au milieu des années 2020. [244]

Missions commerciales prévues

En 2007, la X Prize Foundation et Google ont lancé le Google Lunar X Prize pour encourager les efforts commerciaux vers la Lune. Un prix de 20 millions de dollars devait être décerné à la première entreprise privée à se rendre sur la Lune avec un atterrisseur robotique d'ici la fin mars 2018, avec des prix supplémentaires d'une valeur de 10 millions de dollars pour d'autres étapes importantes. [245] [246] En août 2016, 16 équipes auraient participé à la compétition. [247] En janvier 2018, la fondation a annoncé que le prix ne serait pas réclamé car aucune des équipes finalistes ne serait en mesure de faire une tentative de lancement avant la date limite. [248]

En août 2016, le gouvernement américain a autorisé la start-up américaine Moon Express à atterrir sur la Lune. [249] C'était la première fois qu'une entreprise privée en recevait le droit. Cette décision est considérée comme un précédent aidant à définir des normes réglementaires pour l'activité commerciale dans l'espace lointain à l'avenir. Auparavant, les entreprises privées étaient limitées à opérer sur ou autour de la Terre. [249]

Le 29 novembre 2018, la NASA a annoncé que neuf sociétés commerciales seraient en concurrence pour remporter un contrat d'envoi de petites charges utiles sur la Lune dans le cadre de ce que l'on appelle les services commerciaux de charge utile lunaire. Selon l'administrateur de la NASA Jim Bridenstine, "Nous construisons une capacité nationale américaine pour aller et venir à la surface de la lune.". [250]

Impact humain

Outre les traces d'activité humaine sur la Lune, il y a eu quelques installations permanentes prévues comme le Musée de la Lune œuvre d'art, messages de bonne volonté d'Apollo 11, six plaques lunaires, le Astronaute déchu mémorial et autres artefacts.

Infrastructure

Des missions à long terme continuent d'être actives, certains orbiteurs tels que le Lunar Reconnaissance Orbiter lancé en 2009 surveillant la Lune pour de futures missions, ainsi que certains atterrisseurs tels que le Chang'e 3 lancé en 2013 avec son télescope lunaire ultraviolet toujours opérationnel. [251]

Plusieurs missions de différentes agences et entreprises sont prévues pour établir une présence humaine à long terme sur la Lune, la passerelle lunaire étant le projet actuellement le plus avancé dans le cadre du programme Artemis.

Astronomie depuis la Lune

Depuis de nombreuses années, la Lune est reconnue comme un excellent site pour les télescopes. [252] C'est relativement proche que la vision astronomique n'est pas une préoccupation, certains cratères près des pôles sont en permanence sombres et froids, et donc particulièrement utiles pour les télescopes infrarouges et les radiotélescopes de l'autre côté seraient protégés du bavardage radio de la Terre. [253] Le sol lunaire, bien qu'il pose problème pour toutes les pièces mobiles des télescopes, peut être mélangé avec des nanotubes de carbone et des époxydes et utilisé dans la construction de miroirs jusqu'à 50 mètres de diamètre. [254] Un télescope zénithal lunaire peut être fabriqué à moindre coût avec un liquide ionique. [255]

En avril 1972, la mission Apollo 16 a enregistré diverses photos et spectres astronomiques dans l'ultraviolet avec le Far Ultraviolet Camera/Spectrograph. [256]

Vivre sur la Lune

Les humains sont restés des jours sur la Lune, comme pendant Apollo 17. [257] Un défi particulier pour la vie quotidienne des astronautes pendant leur séjour à la surface est la poussière lunaire qui colle à leurs combinaisons et est transportée dans leurs quartiers. Par la suite, la poussière a été goûtée et sentie par les astronautes, l'appelant "l'arôme d'Apollo". [258] Cette contamination présente un danger puisque la fine poussière lunaire peut causer des problèmes de santé. [258]

En 2019, au moins une graine de plante a germé dans une expérience, emportée avec d'autres petites vies de la Terre sur l'atterrisseur Chang'e 4 dans son Micro écosystème lunaire. [259]

Même si Lune des atterrisseurs ont dispersé des fanions de l'Union soviétique sur la Lune et des drapeaux américains ont été symboliquement plantés sur leurs sites d'atterrissage par les astronautes d'Apollo, aucune nation ne revendique la propriété d'une quelconque partie de la surface de la Lune. [260] La Russie, la Chine, l'Inde et les États-Unis sont parties au Traité sur l'espace extra-atmosphérique de 1967, [261] qui définit la Lune et tout l'espace extra-atmosphérique comme la « province de toute l'humanité ». [260] Ce traité restreint également l'utilisation de la Lune à des fins pacifiques, interdisant explicitement les installations militaires et les armes de destruction massive. [262] L'Accord sur la Lune de 1979 a été créé pour restreindre l'exploitation des ressources de la Lune par une seule nation, mais en janvier 2020, il n'a été signé et ratifié que par 18 nations, [263] dont aucune ne s'engage dans l'auto-lancement exploration de l'espace humain. Bien que plusieurs personnes aient revendiqué la Lune en tout ou en partie, aucune d'entre elles n'est considérée comme crédible. [264] [265] [266]

En 2020, le président américain Donald Trump a signé un décret intitulé "Encouraging International Support for the Recovery and Use of Space Resources". L'ordonnance souligne que « les États-Unis ne considèrent pas l'espace extra-atmosphérique comme un « bien commun mondial » » et qualifient l'Accord sur la Lune de « tentative ratée de restreindre la libre entreprise ». [267] [268]

Les Déclaration des droits de la Lune [269] a été créé par un groupe « d'avocats, d'archéologues de l'espace et de citoyens concernés » en 2021, en s'inspirant des précédents du mouvement Rights of Nature et du concept de personnalité juridique pour les entités non humaines dans l'espace. [270]

Coordination

À la lumière du développement futur sur la Lune, certaines organisations internationales et multi-agences spatiales ont été créées :

Mythologie

Le contraste entre les hautes terres plus lumineuses et les maria plus sombres crée les motifs vus par différentes cultures comme l'homme sur la lune, le lapin et le buffle, entre autres. Dans de nombreuses cultures préhistoriques et anciennes, la Lune était personnifiée comme une divinité ou un autre phénomène surnaturel, et les vues astrologiques de la Lune continuent de se propager.

Dans la religion proto-indo-européenne, la Lune était personnifiée comme le dieu mâle * Meh1ne pas. [271] Les anciens Sumériens croyaient que la Lune était le dieu Nanna, [272] [273] qui était le père d'Inanna, la déesse de la planète Vénus, [272] [273] et Utu, le dieu du Soleil. [272] [273] Nanna fut plus tard connue sous le nom de Sîn, [273] [272] et était particulièrement associée à la magie et à la sorcellerie. [272] Dans la mythologie gréco-romaine, le Soleil et la Lune sont représentés respectivement comme masculin et féminin (Helios/Sol et Selene/Luna) [271] il s'agit d'un développement unique à la Méditerranée orientale [271] et des traces d'un dieu de la lune mâle plus ancien dans la tradition grecque sont conservés dans la figure de Ménélas. [271]

Dans l'iconographie mésopotamienne, le croissant était le principal symbole de Nanna-Sîn. [273] Dans l'art grec ancien, la déesse de la Lune Sélène était représentée portant un croissant sur son couvre-chef dans un arrangement rappelant les cornes. [274] [275] L'arrangement des étoiles et du croissant remonte également à l'âge du bronze, représentant soit le Soleil et la Lune, soit la Lune et la planète Vénus, en combinaison. Il est venu pour représenter la déesse Artémis ou Hécate, et via le patronage d'Hécate est venu à être utilisé comme symbole de Byzance.

Une tradition iconographique de représentation du Soleil et de la Lune avec des visages développée à la fin de la période médiévale.

La division de la Lune (arabe : انشقاق القمر ‎) est un miracle attribué à Mahomet. [276] Une chanson intitulée 'Moon Anthem' a été publiée à l'occasion de l'atterrissage de Chandrayan-II de l'Inde sur la Lune. [277]

Calendrier

Les phases régulières de la Lune en font un garde-temps pratique, et les périodes de croissance et de décroissance constituent la base de bon nombre des plus anciens calendriers. Les bâtons de comptage, des os entaillés datant d'il y a 20 à 30 000 ans, sont considérés par certains comme marquant les phases de la Lune. [278] [279] [280] Le

Le mois de 30 jours est une approximation du cycle lunaire. Le nom anglais mois et ses apparentés dans d'autres langues germaniques proviennent du proto-germanique *mǣnṓth-, qui est lié au proto-germanique susmentionné *mǣnōn, indiquant l'usage d'un calendrier lunaire chez les peuples germaniques (calendrier germanique) avant l'adoption d'un calendrier solaire. [281] La racine de la TARTE lune, *méh1ne pas, dérive de la racine verbale de la TARTE *meh1-, "à mesurer", "indiquant une conception fonctionnelle de la Lune, c'est-à-dire le marqueur du mois" (cf. les mots anglais mesure et menstruel), [282] [283] [284] et faisant écho à l'importance de la Lune pour de nombreuses cultures anciennes dans la mesure du temps (voir latin menstruation et grec ancien μείς (moi, ce est) ou μήν (mēn), signifiant "mois"). [285] [286] [287] [288] La plupart des calendriers historiques sont luni-solaires. Le calendrier islamique du VIIe siècle est un exemple de calendrier purement lunaire, où les mois sont traditionnellement déterminés par l'observation visuelle du hilal, ou le premier croissant de lune, à l'horizon. [289]

Effet lunaire

L'effet lunaire est une prétendue corrélation non prouvée entre des étapes spécifiques du cycle lunaire d'environ 29,5 jours et le comportement et les changements physiologiques des êtres vivants sur Terre, y compris les humains.

La Lune a longtemps été particulièrement associée à la folie et à l'irrationalité les mots folie et fou (raccourcissement populaire cinglé) sont dérivés du nom latin de la Lune, Lune. Les philosophes Aristote et Pline l'Ancien ont soutenu que la pleine lune induisait la folie chez les individus sensibles, estimant que le cerveau, qui est principalement constitué d'eau, doit être affecté par la Lune et son pouvoir sur les marées, mais la gravité de la Lune est trop faible pour affecter n'importe quel personne célibataire. [290] Encore aujourd'hui, les personnes qui croient à un effet lunaire prétendent que les admissions dans les hôpitaux psychiatriques, les accidents de la route, les homicides ou les suicides augmentent pendant une pleine lune, mais des dizaines d'études invalident ces affirmations. [290] [291] [292] [293] [294]


Devenir fou de la lune

Les gens croyaient autrefois que le clair de lune avait un effet puissant sur le comportement humain. Ceux qui agissaient étrangement étaient dits « moonstrucks », et folie, un terme pour la folie, vient de Luna, le nom latin de la déesse de la lune. Les Japonais croyaient que la lune était un dieu doté du pouvoir de prédire l'avenir. Les prêtres étudiaient le reflet de la lune dans un miroir, croyant que s'ils regardaient directement la lune, cela pourrait les rendre fous. Les superstitions sur l'influence maléfique de la lune ont poussé certaines personnes à refuser de dormir dans un endroit où les rayons de la lune pourraient les toucher. Dans les années 1200, le philosophe anglais Roger Bacon a écrit : « Beaucoup sont morts parce qu'ils ne se sont pas protégés des rayons de la lune.

lunaire relatif à la lune

immortalité capacité de vivre éternellement

Un mythe de l'île indonésienne de Java raconte comment Nawang Wulan, la déesse de la lune, est venue sur terre pour se baigner dans un lac. Un homme lui a volé son manteau de plumes de cygne pour qu'elle ne puisse plus s'envoler dans le ciel, et elle est restée sur terre et l'a épousé. Nawang Wulan a utilisé ses pouvoirs magiques pour nourrir le ménage chaque jour avec un seul grain de riz. Lorsque son mari a découvert son secret, elle a perdu son pouvoir magique et a dû ramasser et piler du riz tous les jours comme toutes les autres épouses. Cependant, elle a trouvé sa cape en plumes de cygne et l'a utilisée pour retourner dans le ciel. Elle y restait la nuit mais passait les heures de clarté sur terre avec son mari et sa fille.


Théorie de la co-formation

Les lunes peuvent également se former en même temps que leur planète mère. Selon une telle explication, la gravité aurait provoqué le rapprochement de la matière du système solaire primitif en même temps que les particules liées à la gravité pour former la Terre. Une telle lune aurait une composition très similaire à celle de la planète et expliquerait l'emplacement actuel de la lune. Cependant, bien que la Terre et la Lune partagent une grande partie du même matériau, la Lune est beaucoup moins dense que notre planète, ce qui ne serait probablement pas le cas si les deux commençaient avec les mêmes éléments lourds en leur cœur.

En 2012, le chercheur Robin Canup, du Southwest Research Institute au Texas, a proposé que la Terre et la Lune se soient formées en même temps lorsque deux objets massifs cinq fois plus grands que Mars se sont écrasés l'un contre l'autre.

"Après être entrés en collision, les deux corps de taille similaire sont ensuite entrés en collision, formant une Terre primitive entourée d'un disque de matériau qui s'est combiné pour former la lune", a déclaré la NASA. "La nouvelle collision et la fusion qui a suivi ont laissé les deux corps avec les compositions chimiques similaires observées aujourd'hui.


Un ancien philosophe grec a été exilé pour avoir prétendu que la Lune était un rocher, pas un dieu

Près du pôle nord de la lune se trouve le cratère Anaxagore, du nom d'un philosophe grec qui vécut au Ve siècle av. L'éponyme est approprié, car l'homme Anaxagore a été l'une des premières personnes de l'histoire à suggérer que la lune était un corps rocheux, pas si différent de la Terre. Des traînées de matière projetées lors de l'impact qui a formé le cratère s'étendent sur 560 miles vers le sud jusqu'au bord d'un autre cratère, celui-ci nommé d'après Platon.

Comme Platon, Anaxagore l'érudit a fait la plupart de ses travaux à Athènes, mais les similitudes entre les deux hommes s'arrêtent là. Fortement influencé par les pythagoriciens, Platon a posé un univers mystique basé sur des formes géométriques sacrées, comprenant des orbites parfaitement circulaires. Platon a évité l'observation et l'expérimentation, préférant poursuivre une connaissance pure qu'il croyait innée chez tous les humains. Mais Anaxagore, décédé à l'époque de la naissance de Platon, avait un don pour l'astronomie, un domaine d'étude qui nécessite une observation et un calcul minutieux pour percer les mystères de l'univers.

Pendant son séjour à Athènes, Anaxagore a fait plusieurs découvertes fondamentales sur la lune. Il a réitéré et développé une idée qui a probablement émergé parmi ses prédécesseurs mais qui n'était pas largement acceptée dans l'Antiquité : que la lune et le soleil n'étaient pas des dieux, mais plutôt des objets. Cette croyance apparemment anodine aboutirait finalement à l'arrestation et à l'exil d'Anaxagore.

Le cratère d'Anaxagoras près du pôle nord de la lune, photographié par le vaisseau spatial Lunar Orbiter 4 en 1967. (NASA)

Reconstituer les vies des premiers philosophes comme Anaxagore, dont on pense qu'il n'a écrit qu'un seul livre, perdu pour nous aujourd'hui, peut être un défi majeur pour les historiens. Les érudits modernes n'ont que des « fragments » pour décrire la vie d'Anaxagore, de brèves citations de ses enseignements et de courts résumés de ses idées, cités dans les travaux d'érudits des générations suivantes, comme Platon et Aristote.

Grâce à une observation persistante, Anaxagore en est venu à croire que la lune était un rocher, pas totalement différent de la Terre, et il a même décrit des montagnes sur la surface lunaire. Le soleil, pensa-t-il, était un rocher brûlant. Dans le fragment 18, Anaxagore dit : « C'est le soleil qui éclaire la lune. » Bien qu'Anaxagore n'ait pas été le premier à réaliser que le clair de lune est la lumière réfléchie par le soleil, il a pu utiliser ce concept pour expliquer correctement phénomènes naturels supplémentaires, tels que les éclipses et les phases lunaires.

Originaire de Clazomenae dans les terres ioniennes à l'est de la Grèce continentale, Anaxagore a grandi pendant les Lumières ioniennes, une révolution intellectuelle qui a commencé vers 600 av. Jeune homme, il a vu Athènes et Sparte s'aligner pour chasser l'empire perse d'Ionie. Lorsqu'il s'installa à Athènes, Anaxagore et ses contemporains apportèrent la philosophie à la démocratie athénienne naissante. Bien que de nombreux philosophes grecs des VIe et Ve siècles av. croyait en un ou quelques éléments fondamentaux comme l'eau, l'air, le feu et la terre. Anaxagore pensait qu'il devait y avoir un nombre infini d'éléments. Cette idée était sa façon de résoudre un différend intellectuel concernant la nature de l'existence qui avait émergé entre les philosophes naturalistes d'Ionie à l'est et les philosophes mystiques à l'ouest, dans l'Italie colonisée par les Grecs, comme Pythagore et son suiveurs.

Daniel Graham, professeur de philosophie à l'Université Brigham Young et l'un des rares experts d'Anaxagore dans le monde, dit que parmi les philosophes italiens, Parménide en particulier a influencé Anaxagore et ses idées sur l'astronomie.

« Anaxagore transforme le problème de la lumière lunaire en un problème de géométrie », déclare Graham. Il a noté que lorsque la lune est du côté opposé de la Terre que le soleil, le visage complet est illuminé, “[produisant] un modèle du ciel qui prédit non seulement les phases de la lune, mais comment les éclipses sont possibles. ”

Les phases de la lune, réalisa Anaxagore, étaient le résultat de différentes parties de l'objet céleste illuminées par le soleil du point de vue de la Terre. Le philosophe s'est également rendu compte que l'obscurcissement occasionnel de la lune doit résulter de l'alignement de la lune, du soleil et de la terre de telle sorte que la lune passe dans l'ombre de la terre - une éclipse lunaire. Lorsque la lune passe directement devant le soleil, le ciel s'assombrit pendant la journée, un phénomène également décrit par Anaxagore et que nous appelons maintenant une éclipse solaire.

L'éclipse lunaire totale du 8 octobre 2014, photographiée depuis la Californie. Lorsque l'ombre de la Terre recouvre la lune, seule la lumière filtrée à travers l'atmosphère terrestre atteint la surface lunaire, projetant la lune dans une lueur rougeâtre. (Alfredo Garcia, Jr. / Flickr sous CC BY-SA 2.0)

Anaxagore a également lutté avec les origines et la formation de la lune, un mystère qui défie encore les scientifiques aujourd'hui. Le philosophe a proposé que la lune était un gros rocher que la Terre primitive avait jeté dans l'espace. Ce concept prévoyait un scénario pour l'origine de la lune que le physicien George Darwin, fils de Charles Darwin, proposerait 23 siècles plus tard. Connue sous le nom d'hypothèse de la fission, l'idée de Darwin était que la lune a commencé comme un morceau de la Terre et a été projetée dans l'espace par la rotation rapide de la Terre, laissant derrière elle le bassin du Pacifique. (Aujourd'hui, de nombreux astronomes pensent qu'un corps de la taille de Mars a percuté la Terre primitive, expulsant de la matière qui s'est ensuite fondue dans la lune, bien que d'autres théories existent pour l'origine de notre satellite naturel.)

En décrivant la lune comme un rocher d'origine terrestre et le soleil comme un rocher brûlant, Anaxagore a dépassé les penseurs antérieurs, même ceux qui ont réalisé que la lune était une sorte de réflecteur. Cette réflexion prospective a fait d'Anaxagore le principal négationniste de l'idée que la lune et le soleil étaient des divinités.

Une telle idée aurait dû être la bienvenue dans l'Athènes démocratique, mais Anaxagore était un professeur et un ami de l'homme d'État influent Périclès, et les factions politiques conspireraient bientôt contre lui. Au pouvoir depuis plus de 30 ans, Périclès conduira Athènes dans les guerres du Péloponnèse contre Sparte. Alors que les causes exactes de ces conflits sont un sujet de débat, les opposants politiques de Périclès dans les années qui ont précédé les guerres l'ont blâmé pour une agression et une arrogance excessives. Incapables de blesser directement le chef athénien, les ennemis de Périclès s'en sont pris à ses amis. Anaxagore a été arrêté, jugé et condamné à mort, apparemment pour avoir enfreint les lois de l'impiété tout en faisant la promotion de ses idées sur la lune et le soleil.

"Dans la démocratie athénienne, avec ses procès "démocratiques" devant de grands jurys sur des accusations criminelles portées par des citoyens privés, il n'y avait pas de procureur de district, tous les procès étaient essentiellement des procès politiques ", dit Graham. « Ils étaient souvent déguisés en religion ou en morale, mais ils visaient à embarrasser une personnalité publique en s'attaquant directement à lui s'il était vulnérable, ou à un membre de son entourage s'il ne l'était pas. Si vous vouliez attaquer Périclès, mais qu'il était trop populaire pour attaquer directement, vous trouviez le maillon le plus faible de son groupe. En tant qu'étranger et intellectuel avec de nouvelles idées peu orthodoxes, l'ami de Périclès et "conseiller scientifique" Anaxagore était une cible évidente.

Détenant toujours une certaine influence politique, Périclès a pu libérer Anaxagore et empêcher son exécution. Bien que sa vie soit épargnée, le philosophe qui remettait en cause la divinité de la lune se retrouve en exil à Lampsaque au bord de l'Hellespont. Mais ses idées concernant les éclipses et les phases lunaires survivraient à ce jour, et pour sa reconnaissance de la vraie nature de la lune, un cratère lunaire, visité par un vaisseau spatial en orbite quelque 2 400 ans plus tard, porte le nom d'Anaxagore.


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Commentaires:

  1. Aghaderg

    C'est le cas spécial.

  2. Tegami

    Je pense que vous admettez l'erreur. Je peux le prouver.



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