Lorsque les grands succès du programme spatial Apollo sont évoqués, il s'agit généralement des premiers pas sur la lune. D'un point de vue scientifique, c'est loin d'être la réalisation la plus importante des missions Apollo. Beaucoup plus fondamentale est la collection de roches lunaires que les astronautes ont emportées avec eux.
La collection contient 382 kilogrammes de roches et de régolithe ou poussière de lune. C'est l'épaisse couche de roches et de poussière pulvérisées qui recouvre la surface de la lune et de nombreuses autres planètes. Ensemble, ils représentent une riche source d'informations, ce qui les rend inestimables.
C'est en partie grâce à l'étude de ces monstres que la science planétaire est devenue une discipline à part entière. Les monstres ont conduit à des découvertes révolutionnaires sur les processus géologiques se produisant sur toutes les planètes et les principales lunes.
Je n'étais pas encore né lors du lancement d'Apollo 11. Mais les monstres que les astronautes ont emmenés avec eux au cours des six missions qui ont atterri sur la lune ont eu un impact majeur sur ma vie et ma carrière de scientifique planétaire.
Cette année sortira des monstres lunaires qui n'ont pas été ouverts dans les placards depuis près d'un demi-siècle
Pour une partie de mes recherches, je me concentre sur les couches qui se sont formées sur la surface lunaire après des éruptions volcaniques. Les données que j'ai utilisées pour mes expériences provenaient d'échantillons collectés par des astronautes lors des missions Apollo 15 et Apollo 17. D'autres données provenaient de sondes spatiales en orbite autour de la lune.
Au cours des cinquante dernières années, la NASA a reçu 3 190 demandes de plus de 500 scientifiques de plus de 15 pays pour mener des recherches sur des échantillons lunaires. C'est ce que dit Ryan Zeigler, qui gère la collection de roches à la NASA. Il dit que l'agence spatiale a distribué plus de 50 000 échantillons lunaires uniques au fil des ans. Plus de huit mille sont actuellement étudiés par 145 chercheurs, travaillant dans toutes sortes de disciplines, de l'astronomie à la médecine.
Peut-être plus important que cela, ces roches lunaires ont conduit à de nouvelles connaissances révolutionnaires sur trois questions majeures :comment fonctionne la surface lunaire, comment la lune s'est-elle formée et comment notre système solaire a-t-il évolué ?
Avant de commencer à envoyer des sondes spatiales et des humains sur la Lune, notre connaissance de ce satellite naturel était entièrement basée sur des observations que nous pouvions faire depuis la Terre.
Ces observations suggéraient que la surface lunaire devait être très ancienne. Il était jonché de tant de cratères d'impact qu'il a dû falloir des milliards d'années pour en atteindre un si grand nombre.
Ce n'est qu'après avoir atterri sur la lune que nous l'avons su avec certitude. Les géochimistes ont fouillé les roches lunaires que les astronautes ont apportées avec eux pour trouver des isotopes avec des demi-vies connues. Un isotope est un atome d'un élément avec une masse différente de celle des atomes « normaux » de cet élément. Cela a permis aux chercheurs de déterminer que les échantillons lunaires étaient bien plus anciens que la plupart des roches sur Terre :entre 3 et 4,5 milliards d'années.
Les scientifiques ont ensuite établi un lien qui affecterait pratiquement toutes les enquêtes ultérieures sur la lune et les autres lunes et planètes. Ils ont comparé l'âge des échantillons prélevés à l'endroit où Apollo 11 a atterri avec le nombre de cratères d'impact dans la zone où chacun des échantillons a été collecté.
En utilisant cette comparaison, ils ont construit un modèle qui a montré à quelle vitesse les cratères d'impact se forment sur la surface lunaire. Grâce à ce modèle, nous avons maintenant une sorte de pierre de Rosette qui nous permet d'estimer l'âge de n'importe quel endroit sur la Lune sans avoir à nous y rendre physiquement. Il en va de même pour les autres lunes et planètes.
Le plus ancien monstre de la lune a 4,5 milliards d'années, à peu près aussi vieux que la lune elle-même. La plupart des roches terrestres sont bien plus jeunes que quatre milliards d'années, car la croûte terrestre est constamment recyclée par la tectonique des plaques. Ce processus ne se produit pas sur la lune. Les échantillons lunaires fournissent ainsi un aperçu précieux de la composition des roches anciennes des premiers jours de notre système solaire.
Peut-être peuvent-ils aussi nous dire quelque chose sur la jeune Terre. En mars, des chercheurs ont analysé une roche de la mission Apollo 14 composée de débris accrochés. Ils ont découvert que l'un des débris n'était probablement pas du tout de la roche lunaire, mais un morceau de roche terrestre. On pense qu'il a été jeté de la Terre il y a quatre milliards d'années et qu'il a frappé la lune sous forme de météorite. Des milliards d'années plus tard, l'astronaute Alan Shepard l'a récupéré et l'a ramené sur Terre.
Avant les missions Apollo, les scientifiques ont imaginé divers scénarios sur la formation de notre lune et des lunes d'autres planètes. Peut-être que la Terre avait un corps céleste qui tournait autour de la Terre, ou que notre planète dans ses premières années tournait si vite qu'un morceau s'est détaché et est devenu un satellite. Une autre possibilité est que la terre et la lune soient apparues simultanément à partir du soi-disant disque protoplanétaire qui est à l'origine de toutes les planètes de notre système solaire.
Le plus vieux monstre de la Lune a 4,5 milliards d'années, soit à peu près le même âge que la Lune elle-même
Après les missions Apollo, une image très différente a commencé à émerger. Aujourd'hui, c'est l'hypothèse du grand impact qui a le plus de partisans (voir encadré 'Indice géologique'). Cette théorie soutient qu'il y a environ 4,5 milliards d'années, un corps céleste de la taille de Mars - appelé Theia - est entré en collision avec la Terre. Lors de cet impact, Theia s'est brisée en morceaux et a projeté une partie de la croûte et du manteau terrestres dans l'espace. Là, il s'est mélangé aux restes de Theia. Une fois que tout s'est aggloméré et s'est refroidi, il est finalement devenu la lune.
Ce qui complique le grand modèle d'impact, c'est que les échantillons d'Apollo contiennent plusieurs isotopes. En 2001 et 2012, des chercheurs ont pu déterminer que la composition des isotopes de l'oxygène et du titane sur la Lune est presque identique à celle sur Terre. Si la lune a été formée à partir d'un mélange de matériaux provenant de la terre et de Theia, comment se fait-il qu'elle ait approximativement la même composition isotopique que la terre ? Ce problème isotopique a incité les chercheurs à développer de nouvelles hypothèses, comme le modèle synestia des planétologues Simon Lock et Sarah Stewart.
L'étude d'échantillons lunaires nous a également beaucoup appris sur d'autres lunes et planètes. Le résultat le plus important est peut-être le modèle de Nice de l'évolution de notre système solaire, du nom de la ville française où il a été développé.
Clue géologiqueL'un des modèles les plus connus pour la formation de la lune est le grand modèle d'impact. Il y a 4,5 milliards d'années, un corps céleste de la taille de Mars est entré en collision avec la Terre. Lors de cet impact, une partie de la croûte terrestre et du manteau a été projetée dans l'espace. Il s'est mélangé aux débris du corps céleste pour former la lune.
Le modèle est basé sur les observations des échantillons lunaires ramenés par les astronautes d'Apollo et sur les expériences qu'ils ont menées sur la surface lunaire. Voici quelques exemples :
Fer :La lune contient étonnamment peu de fer. Les expériences menées au cours des missions Apollo montrent que le noyau de la lune ne représente qu'une très petite partie de son volume - pas plus de 25 % de son rayon. Le fait que la lune ait un si petit noyau suggère qu'elle contient relativement peu de fer. C'est une indication que la Terre avait déjà formé un noyau riche en fer au moment du grand impact, laissant peu de fer pour former la lune.
Sécheresse :Les échantillons lunaires se sont avérés exceptionnellement secs et ne contiennent pratiquement pas de volatils. Ce sont des éléments ou des molécules à bas point d'ébullition qui s'évaporent facilement, comme l'eau, le dioxyde de carbone, l'azote et l'hydrogène. Une explication possible est que l'énorme quantité d'énergie et de chaleur générée par l'impact a chassé les volatils des fragments du protoman.
Océan de magma :L'une des principales hypothèses auxquelles les échantillons lunaires ont abouti est l'idée qu'il y avait un océan de magma sur la jeune lune. Des échantillons de la mission Apollo 11 montrent que les régions lumineuses de haute altitude de la lune contiennent de fortes concentrations de plagioclase minéral. A en juger par la texture des roches contenant ce minéral, il semble s'être formé à partir d'une grande quantité de roche fondue et refroidie. Les missions de robot précédentes avaient déjà trouvé des pierres similaires dans d'autres endroits. Par conséquent, et parce que les hautes terres sont dispersées sur toute la lune, la couche de magma a dû recouvrir une grande partie de la surface lunaire. Moins de six mois après l'arrivée des premiers échantillons d'Apollo sur Terre, deux chercheurs ont avancé cette hypothèse indépendamment l'un de l'autre. Jusqu'à aujourd'hui, les scientifiques développent encore le modèle.
Selon ce modèle, les planètes géantes du système solaire se sont initialement formées à proximité les unes des autres. Après des centaines de millions d'années, leurs orbites sont devenues instables et Saturne, Uranus et Neptune se sont rapidement éloignés du soleil, jusqu'à ce qu'ils entrent dans leurs orbites actuelles dans les confins du système solaire.
Le mouvement des planètes géantes a attiré des matériaux de la région extérieure du système solaire, la ceinture de Kuiper, vers l'intérieur. Là, il est entré en collision avec des lunes et des planètes et a provoqué un énorme chaos dans tout le système solaire.
Cette hypothèse semble farfelue, mais elle explique un certain nombre d'observations sur notre arrière-cour cosmique qui semblent sans rapport à première vue. Par exemple, les chercheurs ont déterminé, grâce à des échantillons d'Apollo, entre autres, qu'il y a un pic spectaculaire du nombre d'impacts sur la lune environ 700 millions d'années après la formation des planètes. Cette période est connue sous le nom de Late Heavy Bombardment .
Au départ, ils ne pouvaient pas expliquer l'augmentation soudaine du nombre d'impacts. Mais la période chaotique prédite par le modèle de Nice fournit une source d'impacts qui tombent exactement dans le bon laps de temps.
Les roches lunaires ne nous disent pas seulement quelque chose sur l'évolution du système solaire, elles permettent également aux scientifiques d'en savoir plus sur l'évolution chimique de la surface des planètes.
Sur les corps célestes sans atmosphère, un processus d'érosion appelé altération de l'espace se produit. Dans des échantillons de sol prélevés lors des missions Apollo, les chercheurs ont trouvé une sorte de gouttelette de verre et de minéraux en fusion. Les gouttelettes sont créées par des impacts de particules de poussière microscopiques. Au fil du temps, de plus en plus de ces gouttelettes se forment, de sorte qu'elles représentent parfois jusqu'à 70 % du régolithe.
L'altération spatiale crée également de minuscules sphères de fer qui se déposent sur certains grains du régolithe, de sorte que la surface d'une lune ou d'une planète devient de plus en plus sombre. Nous savons maintenant que le rayonnement solaire, les grandes fluctuations de température et le bombardement constant de minuscules micrométéorites sont des sources importantes d'altération de l'espace.
Ce sont des moments passionnants pour les scientifiques lunaires. Cette année, la NASA libère des stocks d'échantillons lunaires qui sont dans le placard depuis près de 50 ans. L'organisation avait délibérément laissé ces pierres scellées et stockées en toute sécurité, en attendant que la technologie progresse.
Un échantillon de la glace polaire sur la lune peut nous dire quel âge a l'eau sur la lune et d'où elle vient
En mars, le programme Apollo Next Generation Sample Analysis a sélectionné neuf équipes de recherche pour recevoir des échantillons non ouverts et emballés sous vide des missions Apollo 15, 16 et 17. Maintenant que nous pouvons étudier de « nouveaux » échantillons lunaires, nous pouvons nous attendre à des découvertes fondamentales sur la origine et évolution de la lune.
Et pourtant, nous avons encore besoin de plus d'échantillons. De l'autre côté de la lune, par exemple, parce que nous ne l'avons pas encore. Il en va de même pour les régions polaires et l'intérieur de la lune.
Personnellement, j'aimerais avoir des échantillons du bassin Pôle Sud-Aitken de l'autre côté de la lune et de la glace d'un cratère polaire. Le bassin du pôle Sud d'Aitken est sans doute le plus grand cratère d'impact sur la Lune - et l'un des plus grands du système solaire.
Son intérieur peut contenir des matériaux provenant des couches inférieures de la croûte ou peut-être même du manteau de la lune. En étudiant le bassin Pôle Sud-Aitken, nous pouvons mieux comprendre comment des cratères d'impact extraordinairement grands affectent la surface et l'intérieur d'une lune ou d'une planète.
Un échantillon de glace polaire sur la lune pourrait également nous dire quelque chose sur l'âge et l'origine de l'eau sur la lune. Et cela pourrait clarifier d'où vient l'eau sur Terre.
Pour les monstres de cette liste de souhaits, nous devons envoyer des missions habitées ou des missions de robots. Les planétologues ne savent pas encore quelle option est la meilleure. En tout cas, ils ne lâchent rien en Chine. Le 3 janvier, un rover de la mission lunaire Chang'e 4 a effectué son premier atterrissage en douceur sur la face cachée de la lune.
Plus qu'un robot, l'homme a tendance à sélectionner une plus grande variété de monstres insolites, comme en témoigne la diversité des échantillons collectés par les équipages d'Apollo. Il y avait quelque chose entre les deux :des pierres, des échantillons de sol ramassés et tamisés, des éclats de gros rochers, des carottes de forage. Le volume et les aspects géologiques des échantillons ont également montré une belle variété.
Les missions Apollo ont été une réalisation extraordinaire qui a fondamentalement changé notre vision du système solaire. Alors que nous célébrons le cinquantième anniversaire de ce bond de géant de l'humanité, nous devons également nous rappeler qu'aucun humain n'a posé le pied sur un autre corps céleste depuis que Harrison Schmitt et le regretté Gene Cernan sont montés de la Terre à la fin de la mission Apollo 17. surface lunaire , le 14 décembre 1972.
En tant que scientifique inspiré corps et âme par ces missions, je m'engage activement à permettre à la génération actuelle de vivre son propre "moment Apollo". Que les gens atterriront à nouveau sur la lune, que l'entreprise sera peut-être un peu plus diversifiée cette fois, et qu'elle est animée par l'ingéniosité, la persévérance et une envie insatiable d'explorer l'inconnu.
