vendredi 25 mars 2016

La glace des pôles de la Lune révèle son ancien basculement

La Lune aurait vécu un basculement de son axe polaire dans le passé. Cette déduction a pu être faite grâce à l’observation de la glace d’eau cachée dans les régions polaires lunaires.



La Lune a ceci de particulier que son axe de rotation est presque parfaitement orthogonal à la droite qui joint le centre de la Lune et le centre du Soleil. Elle ne connaît donc pas de saisons comme la Terre (dont l’axe de rotation est incliné de 23°). La conséquence de cette disposition est que les cratères de la Lune qui se trouvent au niveau des pôles lunaires ne voient jamais la lumière (et la chaleur) du Soleil. Ces régions sont ainsi parmi les zones les plus froides de tout le système solaire, plus froides même que la surface de Pluton.  La glace d’eau peut ainsi y rester stable durant plusieurs milliards d’année.


Cartographie de l'abondance d'hydrogène aux deux pôle de la Lune (entre 82° et 90° de latitude) (James Keane/U. Arizona)

Depuis le début des années 1960, les astronomes avaient pensé que de l’eau pouvait s’accumuler lentement dans l’ombre des cratères polaires de la Lune. En 1998, des chercheurs ont eu l’idée lumineuse avec la sonde Lunar Prospector d’utiliser les neutrons produits  naturellement par le rayonnement cosmique lorsqu’il interagit dans le régolithe lunaire, comme une sonde pour quantifier la présence d’hydrogène.  L’hydrogène est en effet l’un des éléments les plus  réactifs vis-à-vis des neutrons, qui les ralentit, les diffuse et finit par les capturer en émettant un photon gamma caractéristique de 2,22 MeV.  Dans cette nouvelle étude publiée dans Nature, les chercheurs américains ont réétudié les données de flux neutroniques diffusés par la Lune qui ont été enregistrés en 1998 et 1999 par l’instrument Neutron Spectrometer de la sonde Lunar Prospector, ainsi que ceux obtenus plus récemment par le Lunar Exploration Neutron Detector installé sur la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter. Observer un déficit dans le flux de neutrons en provenance de la surface de la Lune indique la présence d’hydrogène. Et qui dit hydrogène, dit eau (glace).
La méthode permet d’explorer la présence d’eau non seulement en surface mais aussi légèrement en subsurface. Ils utilisent des méthodes d’analyse statistiques avancées pour en déduire les abondances d’eau sur la surface de la Lune.
Ce qu’observent Matt Siegler (Planetary Science Institute, Tucson) et ses collaborateurs, c’est la présence prévue de glace au niveau des pôles Nord et Sud, mais aussi dans de plus faibles proportions, dans deux autres zones qui se trouvent être aussi aux antipodes l’une de l’autre, mais désaxées de 6° par rapport à l’axe Nord-Sud actuel,  comme si il s’agissait de régions qui se seraient trouvées dans le passe aux pôles Nord et Sud actuels et auraient ainsi pu accumuler de la glace.
Schéma de l'effet de basculement (J. Keane/U. Arizona)
A partir de cette constatation, les planétologues suggèrent que l’orientation de la Lune par rapport à son axe de rotation aurait pu changer dans le passé. L’axe de rotation quant à lui serait resté le même, toujours orthogonal à la droite Lune-Soleil. Ces zones riches en eau sont appelées des ‘paléopôles’ par les chercheurs. Malgré le fait qu’elles sont désormais exposées à la lumière du soleil, ces accumulations de glace semblent avoir survécu.

Pour renforcer leur hypothèse, Siegler et son équipe  proposent un phénomène qui serait à même de produire un tel basculement de la Lune vis-à-vis de son axe de rotation. De tels basculements d’orientation peuvent avoir lieu lorsque la distribution de masse interne d’un corps change, modifiant alors son moment d’inertie. Les chercheurs montrent que le basculement des pôles observé peut être expliqué si certaines régions deviennent soudainement moins denses. L’une de ces régions, la région PKT (Procellarum KREEP Terrain) se trouve être la zone de la Lune la plus radioactive, et connue pour avoir été la plus volcanique dans le passé. Ces deux caractéristiques impliquent que cette région a dû être, à une certaine époque, chaude et donc moins dense que son voisinage proche.
Si la région PKT est bel et bien responsable du changement d’orientation lunaire, cela devrait permettre de contraindre la magnitude des élévations de température associées au volcanisme sur la Lune. Cela pourra aussi indiquer d’autres paramètres comme les échelles de temps de ces événements ainsi que leur impact global. Peut-être les spécialistes pourront-ils également mieux comprendre pourquoi la région PKT est si radioactive, ce qui reste une énigme encore tenace aujourd’hui.

On peut se demander comment la glace ancienne a pu survivre durant près de 3 milliards d’années (date des derniers épisodes volcaniques sur la Lune) alors qu’elle se trouve désormais sous la lumière du Soleil. Une explication amenée par les chercheurs est qu’il ne s’agirait que de glace résiduelle, qui se trouverait maintenant en subsurface, à la manière du permafrost que l’on trouve en Sibérie ou en Alaska, où le sous-sol est gorgé d’eau gelée, même en plein été, jusqu’à plus d’un mètre de profondeur.
Des études antérieures avaient déjà conclu à l’existence d’un basculement de la Lune par rapport à son axe de rotation, parfois jusqu’à des angles importants de plusieurs dizaines de degrés. Le changement d’orientation proposé ici est relativement faible et reste maintenant à réconcilier avec les données antérieures, voire à confirmer, notamment dans son origine volcanique.

Source :

Lunar true polar wander inferred from polar hydrogen
M. Siegler et al.
Nature 531, 480–484 (24 March 2016)

2 commentaires :

Youx a dit…

Bonjour Eric,
Est-ce qu'une collision pourrait être à l'origine du basculement de la Lune (sans basculement de l'axe lui-même)?
Dans ce cas, ce basculement pourrait s'être produit plus récemment que trois milliards d'années. N'y aurait-il pas un cratère qui pourrait l'expliquer?
???

Dr Eric SIMON a dit…

Je ne crois pas que ce scénario soit retenu par les spécialistes...