Pendant des siècles, les scientifiques ont tenté d'expliquer comment la Lune s'est formée. Alors que certains ont fait valoir qu’elle s’était formée de matériaux perdus par la Terre en raison de la force centrifuge, d’autres ont affirmé qu’une Lune préformée avait été capturée par la gravité terrestre. Au cours des dernières décennies, la théorie la plus largement acceptée a été l'hypothèse de l'impact géant, selon laquelle la Lune s'est formée après que la Terre a été heurtée par un objet de la taille de Mars (nommé Theia) il y a 4,5 milliards d'années.
Selon une nouvelle étude d'une équipe internationale de chercheurs, la clé pour prouver quelle théorie est correcte pourrait provenir des premiers essais nucléaires effectués ici sur Terre, il y a environ 70 ans. Après avoir examiné des échantillons de verre radioactif provenant du site d'essai de Trinity au Nouveau-Mexique (où la première bombe atomique a explosé), ils ont déterminé que les échantillons de roches lunaires montraient un appauvrissement similaire en éléments volatils.
L'étude a été dirigée par James Day, professeur de géoscience à la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie à San Diego. Avec ses collègues - originaires de l'Institut de physique de la Terre de Paris, du Centre McDonnell pour les sciences spatiales et du Johnson Space Center de la NASA - ils ont examiné des échantillons de verre récupérés sur le site d'essai de Trinity pour déterminer leurs compositions chimiques.
Ce verre, connu sous le nom de trinite, a été créé lorsque la bombe au plutonium a explosé sur le site d'essai de Trinity en 1945 dans le cadre du projet Manhattan. À une distance de 350 mètres (1100 pieds) du sol zéro, le sable arkosique (qui est principalement composé de grains de quartz et de feldspath) a été converti en verre de couleur verte par la chaleur et la pression extrêmes provoquées par l'explosion massive.
Pendant des années, les scientifiques ont étudié ces dépôts de verre, dont ils ont déterminé qu'ils étaient le résultat de l'aspiration du sable dans l'explosion, puis de la pluie sous forme de liquide fondu à la surface. Lorsque Day et ses collègues l'ont examiné, ils ont noté que des échantillons de verre étaient appauvris en zinc et autres éléments volatils - qui sont connus pour s'évaporer sous une chaleur et une pression extrêmes - selon leur distance par rapport au sol zéro.
Selon leur étude, publiée dans Avancées scientifiques le 8 février 2017, des échantillons de trinite qui ont été obtenus entre 10 et 250 mètres (30 à 800 pieds) du site de l'explosion ont été appauvris de ces éléments beaucoup plus que des échantillons prélevés de plus loin. De plus, les isotopes de zinc qui restaient étaient plus lourds et moins réactifs que dans d'autres.
Ils ont ensuite comparé ces résultats à des études réalisées sur des roches lunaires, qui ont montré un appauvrissement similaire des éléments volatils. À partir de cela, ils ont déterminé que des conditions de chaleur et de pression similaires existaient à un moment donné sur la Lune, ce qui a provoqué l'évaporation de ces éléments. Cela est conforme à la théorie selon laquelle un impact massif s'est produit dans le passé qui a transformé la surface de la Lune en un océan de magma.
Comme Day l'a expliqué dans un communiqué de presse de l'UC San Diego:
«Les résultats montrent que l'évaporation à des températures élevées, similaires à celles du début de la formation de la planète, conduit à la perte d'éléments volatils et à l'enrichissement en isotopes lourds dans les matériaux restants de l'événement. Cela a été la sagesse conventionnelle, mais maintenant nous avons des preuves expérimentales pour le montrer. "
Bien que la théorie prédominante depuis les années 1980 soit l'hypothèse de l'impact géant, le débat est en cours et soumis à de nouvelles découvertes. Par exemple, en janvier 2017, une nouvelle étude publiée dans Géoscience de la nature - dirigé par Raluca Rufu de l'Institut Weizmann des sciences de Rehovot, Israël - a indiqué que la Lune était peut-être le résultat de nombreuses collisions plus petites.
À l'aide de simulations informatiques, l'équipe de Weizmann a découvert que plusieurs petits impacts auraient pu former de nombreuses moonlets autour de la Terre qui auraient ensuite fusionné pour créer la Lune. Mais en montrant que les éléments volatils subissent les mêmes types de réactions à la chaleur et à la pression, quel que soit le lieu de la réaction, Day et ses collègues ont fourni des preuves solides qui pointent vers un seul événement d'impact.
Cette étude n'est que la dernière d'une série qui aide les scientifiques de la Terre à imposer des contraintes sur le moment et la façon dont la Lune s'est formée, ce qui nous aide également à mieux comprendre l'histoire du système solaire et sa formation.
