Aux origines de la Lune

La Lune, comme l’écrivait Victor Hugo, invite à parler tout bas des choses infinies. Remontons donc jusqu’aux confins du temps pour tenter de déterminer son origine. L’éternelle compagne de la Terre, qui illumine et rassure nos nuits, serait-elle issue d’une terrible déchirure ancestrale ?

Une vieille compagne

Le satellite naturel qui a donné son nom à ce site nous est si familier qu’il est difficile de croire qu’il n’a pas toujours tourné autour de la Terre. Éternelle compagne de nos nuits, la Lune exerce aussi son influence gravitationnelle sur notre planète par des effets plus ou moins visibles, le plus connu se traduisant par le phénomène des marées.

Et pourtant, donc, les nuits terrestres n’ont pas toujours été éclairées par la Lune. Mais de quelle époque parlons-nous ? Prenons un peu de hauteur, et regardons derrière nous :

• L’Univers s’est formé suite au Big Bang il y a 13,4 milliards d’années
• Notre Système Solaire s’est lui formé il y a 4,55 milliards d’années autour d’un disque protoplanétaire, un agrégats de gaz et de poussières à partir duquel se sont formés les différents corps célestes qui le composent
• L’accrétion de la Terre à partir de ces poussières est estimée à environ 4,54 milliards d’années
• L’âge de la Lune, enfin, est estimé à près de 4,4 milliards d’années

Au regard de l’âge de la Terre, la Lune est donc apparue très précocement, durant l’Hadéen, le premiers temps géologique de notre planète. Et à peine sorti du chaos primitif de sa formation, la Terre est déchiré par un événement cataclysmique qui mènera à la formation de la Lune. Un ou plusieurs impacts géants, croit-on savoir aujourd’hui, après que plusieurs hypothèses se soient succédé pour expliquer la présence de la Lune. Retour sur une question aussi triviale que fascinante.

Succession d’hypothèses

La première hypothèse sur l’origine de la Lune date de 1873. L’astronome français Edouard Roche postule que la Terre et la Lune sont issues des mêmes matériaux primitifs et qu’elles se sont formées en même temps. Un agrégat plus important de matériaux aurait formé la Terre, et un autre plus réduit la Lune.

Dans son livre La constitution et l’origine du Système solaire, il écrit :

Il a pu arriver aussi exceptionnellement, et telle est l’origine probable de la Lune, qu’un amas de vapeurs déjà refroidies s’étant formé au dedans de la nébuleuse terrestre, dans la région équatoriale et à une certaine profondeur, cet amas soit devenu un centre de condensation autour duquel se sont groupés d’autres amas semblables. De cette agglomération est résultée, dans l’atmosphère même de la Terre, une nouvelle nébuleuse, origine de la Lune.

Cette hypothèse qui a le mérite d’être pionnière a toutefois été rapidement démentie, et les analyses postérieures de la composition de la Lune la réfutèrent complètement. Puisqu’elles seraient issues des mêmes matériaux, la Terre et la Lune devraient avoir une composition similaire, ce qui, comme nous le verrons, n’est pas le cas.

Cinq ans plus tard, rien de moins que le fils de Charles Darwin, George Howard Darwin, propose une hypothèse alternative : la vitesse de rotation de la Terre aurait été si importante qu’un morceau se serait arraché de celle-ci, devenant plus tard la Lune, et laissant sur Terre une énorme cicatrice correspondant aujourd’hui à l’océan Pacifique. Là encore, difficile de concevoir un tel événement et une telle vitesse de rotation…

Il en convient toutefois :

Rien ne nous permet d’affirmer que cette théorie est la véritable explication de la naissance de la Lune, et je dirais que c’est  de la pure spéculation, sans possibilité de vérification.

Thomas Jefferson Jackson See fournit en 1910 une hypothèse plus séduisante : le champ gravitationnel de la Terre aurait capturé un corps et l’aurait disloqué, avant que ses débris ne forment la Lune.

En fait, ces hypothèses peinent à expliquer pas certaines des caractéristiques particulières du couple Terre-Lune :

• La différence de leur composition : la Lune contient nettement moins de fer que la Terre
• L’inclinaison de l’orbite de la Lune

Il faudra attendre les missions Apollo dans les années 60 et 70 pour faire avancer la question, notamment grâce à l’étude des roches lunaires.

Deep Impact

Dans la mythologie grecque, Théia est la fille d’Ouranos et de Gaïa, les deux divinités symbolisant le Ciel et la Terre. Théia épouse son frère Hypérion, de qui elle mettra au monde trois enfants : Hélios, Eos et Séléné, dieux du Soleil, de l’Aurore et de la Lune. Séléné, celle qui voyage sur un char argenté à travers le ciel nocturne, baignant le monde de sa douce lumière.

Théia : c’est naturellement le nom qui a été donné à l’immense impacteur qui serait entré en collision avec la Terre il y a 4,5 milliards d’années, peut-être à cause de l’influence gravitationnelle de Jupiter ou Vénus, et aurait donné naissance à la Lune. Sa taille est estimée à celle de Mars, soit près de 6 800 kilomètres ! Problème : dans la majorité des modèles présentés, ce sont principalement les débris de Théia qui forment la Lune. Or les roches lunaires rapportées par les missions Apollo révèlent des isotopes d’oxygène similaire à ceux de la Terre.

Il faut alors concevoir des modèles alternatifs pour satisfaire l’idée que ce sont principalement des débris de la Terre qui ont formé la Lune.

Dans le modèle proposé en 2012 dans le magazine Science par Matija Ćuk et Sarah Stewart, Théia percute la Terre à 20 kilomètres par seconde. A cette vitesse, elle pénètre entièrement le manteau de la Terre pour parvenir jusqu’à son noyau, éjectant de la matière dans l’espace et formant un véritable trou dans la planète. Un disque de débris composé principalement de morceaux de la Terre s’agglomère pour former la Lune.

Comme le précise Sarah Stewart :

Le disque n’a presque pas de fer puisque le cœur de fer de Theia a fusionné avec le cœur de la Terre. Ce scénario d’impact est cohérent avec les masses mesurées de la Terre et de la Lune, le faible fer contenu dans la composition de la Lune, et la composition isotopique similaire du manteau de la Lune et de la Terre.

En rafale

Une étude israélienne publiée début 2017 par la revue Nature Geoscience propose à nouveau une hypothèse alternative : ce ne serait pas un impact qui aurait donné naissance à la Lune, mais plusieurs. Ceux-ci auraient permis à plusieurs petits satellites d’émerger, qui auraient fini par s’agglomérer et former la Lune telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Une fois encore, cette hypothèse ne fait pas l’unanimité, ou tout du moins elle nécessite encore des ajustements. Une vingtaine d’impacts seraient ainsi nécessaires pour permettre à toutes les mini-lunes de s’agglomérer entre elles et former un satellite gros comme la Lune. Gareth Collins, qui a signé dans Nature Geoscience un article commentant l’étude israélienne, précise :

Si, comme il semble probable, la fusion est imparfaite ou si des mini-lunes sont perdues, beaucoup plus d’impacts pourraient être requis, ce qui rendrait par conséquent la nécessaire séquence d’événements encore moins probable que n’importe lequel des scénarios exotiques à un seul impact.

Le mystère demeure donc. Mais les meilleurs amours sont peut-être celles qui ne s’expliquent pas. Lorsque la recherche déterminera définitivement pourquoi cet astre gris tourne autour de notre globe, peut-être alors les poètes n’auront plus rien à dire sur elle…