L’origine de la Lune

Jusqu’en l984,trois Hypothèses se concurrençaient pour expliquer l’origine de la Lune. On usait d’un petit truc mnémotechnique pour se les rappeler :

La Lune est soit la fille de la Terre, soit sa soeur, soit son invitée.

La Lune fille de la Terre

Cette hypothèse se basait sur le scénario suivant :
Le système solaire s’est formé suite à la contraction d’un nuage moléculaire du même genre que ceux que nous observons au télescope (exemple :la nébuleuse de l’Aigle). Le gaz s’est effondré au centre où les pressions devinrent suffisamment élevées pour déclencher des réactions nucléaires. Notre Soleil s’est alors «allumé». Il acquit dans cette phase une énergie colossale dont il lui fallut dissiper une part considérable sous peine d’exploser.

La grande masse du Soleil attirant toute la matière environnante celle-ci se regroupa sous la forme d’un disque entourant notre étoile qui trouva ainsi moyen d’évacuer son excédent d’énergie. Il le transmit au disque protosolaire l’animant du mouvement de rotation qui fait encore aujourd’hui tourner (presque) toutes les planètes dans le même sens.

A l’intérieur du disque protosolaire les poussières s’agglutinent au hasard des rencontres formant des «briques» de plus en plus grandes. Certaines atteignent une taille suffisante pour que le jeu de la gravitation devienne opérant. Les objets les plus gros agissent alors comme de véritables aspirateurs nettoyant leur orbite, en attirant tout ce qui s’y trouve.

Par accrétion  ces objets grandissent, deviennent des embryons de planète qu’on appelle planétésimales. Le violent processus d’accrétion dégage une chaleur intense, faisant de la planétésimale une sphère de magma rocheux en fusion. C’est à ce stade de la formation de la Terre que se place l’hypothèse dite «Fille». La terre tourne alors beaucoup plus rapidement sur elle-même qu’aujourd’hui. Des scientifiques ont pensé que cette vitesse avait pu être suffisante pour que la force centrifuge expulse une part conséquente du manteau terrestre. Ce matériau se serait retrouvé en orbite autour de la Terre où, par le même processus d’accrétion, il aurait formé la Lune.

Ce scénario se heurte à une difficulté théorique majeure: On n’arrive pas à calculer une force telle qu’elle puisse éjecter de la matière au-delà de la limite dite de Roche sans que la cohésion interne de la Terre soit menacée et que celle-ci ne se disloque. N’oublions pas qu’à ce moment la Terre est quasiment fluide.

La limite de Roche du nom de l’astronome qui l’a calculée est la distance en deçà de laquelle un satellite est détruit par la force de gravitation de la planète autour de laquelle il orbite.

La Lune ne peut donc pas être la fille de la Terre.

Examinons maintenant la seconde hypothèse.

La Lune est-elle la sœur de notre planète ?

Le scénario proposé ici implique que la Lune se soit formée là où elle se trouve, à partir du même matériau d’origine que celui de la Terre. On élude ainsi le problème théorique posé par l’éjection de matière arrachée à la Terre en rotation rapide. On se trouve cependant clans l’impossibilité d’expliquer la différence de densité de la Lune et de la Terre.

Une. Planète tellurique (ayant comme la Terre une surface rocheuse solide), est surtout constituée de roches et de métaux, ces derniers s’étant pour l’essentiel regroupés sous la forme d’un noyau au centre de la planète. En effet, au stade de planétésiniale en fusion, les molécules lourdes «roulent» vers le centre de l’astre alors que les molécules constitutives des roches Plus légères, restent en surface. Ce processus est appelé : différenciation.

Le mélange de roche (densité moyenne = 3) et de métaux (densité moyenne = 8) donne à la Terre une densité de 5,5 grammes par centimètre cube. La Lune elle, n’a qu’une densité de 3,3 grammes par centimètre cube. Cette densité n’est pas compatible avec l’hypothèse d’une formation de la Lune à partir du même matériau que la Terre. La Lune ne peut donc pas non plus être la «sœur» de la Terre.

Passons au troisième mode d’explication des origines de la Lune, l’hypothèse de

L’invitée

La Lune se serait formée ailleurs dans le disque protosolaire, à un endroit où les métaux étaient plus rares. Elle aurait ensuite été capturée gravitationnellement par la Terre. Mais la quasi absence de métaux dans la constitution lunaire est difficilement explicable quand on sait que les métaux se condensent plus facilement que les roches. Il existe une variante de cette hypothèse qui situe la formation de la Lune sur une orbite plus proche du Soleil que l’orbite de Mercure. A cet endroit très chaud seuls quelques oxydes réfractaires peuvent se condenser. Ces matériaux ont effectivement une densité comparable à celle de la Lune, mais les échantillons ramenés de notre satellite démentent cette conjecture.

Notre Lune n’est donc pas non plus une invitée.

La collision

On a pu simuler les événements cataclysmiques de la formation du système solaire, il y a environ quatre milliards et demi d’années.

Cette période a été marquée par une intense activité météoritique, le «Grand Bombardement» dont la Lune nous présente quelques traces.

Les simulations informatiques ont permis de calculer un scénario de formation de la Lune, qui ne soit en contradiction avec aucun des paramètres principaux concernant notre satellite.

Un astre d’une masse 8 fois supérieure à celle de la Lune, aurait percuté la Terre avec assez de violence pour projeter et placer en orbite une part importante de la matière de notre planète L’astre percuteur était déjà différencié, c’est à dire qu’il possédait son propre noyau de métaux. Ce dernier, trop lourd, n’a pas été éjecté, mais il a fusionné avec le noyau de la Terre. Seuls les éléments rocheux, plus légers, ont été projetés au delà de la Limite de Roche, où ils se sont regroupés par accrétion pour former la Lune.