L'ORIGINE DE LA LUNE

La découverte des exo-planètes depuis 1995 nous pose de façon plus pressante la question de la naissance des planètes. Il faut parfois aller voir loin pour trouver un intérêt à l’étude de ce que nous avons tout près de nous. C’est ainsi que la vieille question de l’origine de la Lune trouve un nouveau sens. L’astre qui nous est le plus familier garde encore de biens nombreux secrets ; celui de sa naissance en est le premier.

C’est à partir de la fin du XVIIème siècle que l’astronomie dispose de l’outillage intellectuel nécessaire pour commencer à s’intéresser scientifiquement à cette question. En posant le principe de la gravitation et le calcul de la chute de la Lune, Newton donne une évolution à la course de notre satellite, donc l’idée d’un début.

Aujourd’hui, plusieurs théories expliquant l’origine de la Lune sont avancées. Mais l’abondance des informations dont nous disposons rend difficile le choix de celle qui permettrait de concilier tous les paramètres.

La première hypothèse retenue par l’astronomie moderne date de 1879 et nous vient de Georges Darwin, le second fils du fondateur de l’Evolutionnisme. Pour lui, la Lune vient de la Terre. Il lui semble que la nature initiale de notre planète ait été propice à sa fission : Dans les premiers temps, la Terre était une boule de magma en fusion qui tournait sur elle-même beaucoup plus vite que maintenant. Cette vitesse de rotation, aidée par les effets de marée provoqués par le Soleil aurait permis à une partie importante de la Terre d’être éjectée vers l’espace.

Pour cela, notre astronome à l’aïeul célèbre n’avait besoin que d’une Terre tournant dix fois plus vite qu’aujourd’hui sur son axe et il justifiait la masse manquante de la Terre par la présence d’un « trou » dans l’océan Pacifique ; les tailles concordaient.

Seulement plusieurs problèmes vont s’opposer à la validité de cette théorie :

D’abord, le plan de révolution de la Lune est écarté de 5% du plan de rotation de la Terre. Si on attache un objet à une toupie avec une ficelle, on sait que cet objet tournera dans le plan de la rotation de la toupie. Comment expliquer cette différence avec la Lune ?

Ensuite, en admettant que des morceaux de notre planète aient été satellisés sous l’effet d’une grande force centrifuge, il faudrait qu’ils se soient suffisamment éloignés de la Terre pour s’agréger et former un astre. En dessous d’une certaine distance, appelée « limite de Roche* », les corps sont disloqués par l’attraction de la planète dont ils subissent l’influence. Comment ces éjectas de la Terre auraient-ils pu aller assez loin pour s’affranchir de cette limite de Roche ?

Enfin, depuis les années 60, nous savons que la théorie de la tectonique des plaques explique le trou de l’océan Pacifique et que celui-ci n’existe que depuis 190 millions d’années, alors que l’âge de la Lune atteint assurément presque celui de la Terre (au moins 4,9 milliards d’années selon l’étude de la poussière lunaire).

La théorie de la fission rencontre donc des obstacles majeurs pour être retenue de nos jours.

Une seconde hypothèse pose que la Lune s’est formée indépendamment de la Terre  et qu’elle aurait été capturée par la force d’attraction de notre planète.

Cette théorie dispose de deux scénarios différents : la capture douce et la capture violente.

Dans le cas de la capture douce, on imagine que la Terre aurait eu un satellite dont on ne sait rien. Le système Terre-satellite inconnu aurait attiré la Lune, éjectant, par échange d’énergie, le satellite inconnu hors de la zone de gravité de la Terre. La Lune venant ainsi se positionner sur son orbite définitive.

Le second scénario est plus brutal : la trajectoire de la Lune aurait croisé celle de la Terre. En rasant notre planète, l’astre de nos nuits aurait été retenu par la force d’attraction de la Terre, satellisé ainsi pour toujours.

On sait que la faible densité de la Lune (3,6 gr/cm³ – Terre : 5,5 gr/cm³) exclue la présence d’un noyau métallique. Elle se serait donc formée à un endroit du Système solaire où les métaux sont absents. Or les métaux sont les matériaux qui s’agrègent le plus facilement.

On suppose alors que la Lune s’est créée tout près du Soleil, entre notre étoile et l’orbite de Mercure. Là, les métaux et les roches ne résistent pas. Seuls des oxydes réfractaires peuvent subsister et s’agréger.

Il nous reste encore à expliquer comment la Lune aurait fait le grand voyage des environs immédiats du Soleil jusqu’aux alentours de la Terre. Mais deux informations sur la chimie de la Lune contredisent déjà cette hypothèse de la capture :

-         L’analyse des roches rapportées par les missions Apollo ne confirme pas la provenance du voisinage immédiat du Soleil.

-         L’abondance de l’isotope 16 de l’oxygène laisse penser que la Lune s’est formée dans un rayon ne dépassant pas 25 millions de kilomètres autour de la Terre.

En deux arguments, la théorie de la capture est balayée.

Nous n’avons pas encore examiné la plus simple des théories sur l’origine de la Lune ; c’est aussi la moins probable : l’accrétion !

La Lune se serait formée juste après la Terre, par l’agglomération des morceaux restés en orbite dans la banlieue de notre planète.

Deux problèmes non résolus s’opposent à cette hypothèse :

-         Comment les morceaux se seraient-ils assemblés entre-eux plutôt que de préférer rejoindre la Terre dont l’attraction domine la région ?

-         Comment expliquer l’absence de noyau métallique, alors que la Lune serait une quasi-jumelle de la Terre ? Autrement dit : comment la structure de la Lune pourrait être différente de la structure de la Terre alors que leurs processus de formation seraient identiques ?

Il nous reste une quatrième théorie, celle de la collision.

Le héros de ce scénario serait un astéroïde géant – huit fois la masse de la Lune – qui serait venu percuter la Terre sur un de ses côtés. Ce très grand et très massif objet aurait ressemblé à une petite planète. C’est à dire qu’il aurait contenu autant de roches et de métaux que la Terre et qu’il aurait été aussi pourvu d’un noyau métallique. Lors de l’impact, le noyau de l’astéroïde, partie la plus dense de l’astre, se serait enfoncé et aurait fusionné avec celui de la Terre, tandis qu’une partie des couches externes de l’astéroïde et de la Terre aurait été éjectée pour former la Lune.

Cette théorie, la plus moderne dans le sens où elle émerge depuis une simulation numérique réalisée en 1984, a l’avantage majeur d’expliquer la pauvreté métallique de la Lune. Le même scénario expliquerait, à l’inverse, l’étrange richesse en métaux de Mercure. Qu’une théorie puisse expliquer plusieurs phénomènes concoure à sa validation.

Elle est aussi étayée par un argument chimique et s’articule bien avec l’évolution de la mécanique des astres :

Comparativement aux roches terrestres, les pierres lunaires sont déficitaires en oxydes de sodium et de potassium. Ce sont les deux composants les plus volatils des roches. Si les roches lunaires proviennent d’une collision, il est normal que les composants volatils aient disparu lors du cataclysme.

Par ailleurs, l’étude des marées révèle que la distance entre la Terre et la Lune était plus petite par le passé et augmente avec le temps, ce qui est compatible avec ce scénario.

Après avoir passé en revue et éliminé les hypothèses de fission, de capture douce et violente et d’agrégation, nous tenons là, avec la théorie de la collision, le scénario le plus probable de la naissance de la Lune. Le scénario le plus probable, mais pas certain ! Quelques questions restent en suspens et gênent beaucoup plusieurs astronomes. Comment les éclats de la collision se sont-ils regroupés pour former une sphère homogène sans laisser de restes autour de notre planète ? Quel était ce chaos dans le Système solaire naissant pour que des astres importants puissent entrer en collision alors que l’espace est immense ?

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