Grâce à un nouvel étalonnage en laboratoire, des chercheurs planétaires allemands ont produit la carte la plus fiable à ce jour de la silice (SiO2) concentrations à la surface de la Lune terrestre et une première estimation de la silice pour Mercure. Leur étude est construite autour de la caractéristique Christiansen (CF), une signature spectrale dans l’infrarouge moyen qui évolue de manière prévisible en fonction de la teneur en silice d’un matériau.
« La concentration de silice dans les matériaux de la surface planétaire est un indicateur géochimique fondamental utilisé pour déduire la nature et l’évolution des croûtes planétaires », ont déclaré le Dr Christian Renggli, chercheur à l’Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire, et ses collègues.
« Il s’agit d’une mesure de premier ordre de la composition des roches et de la définition des lithologies, en corrélation avec les assemblages minéraux clés et sert d’indicateur pour la minéralogie et le degré de différenciation magmatique. »
« Cependant, la détermination de la concentration de silice sur la Lune et sur Mercure par télédétection s’est révélée difficile. »
Pour leur nouvelle étude, les chercheurs ont synthétisé sept verres couvrant une gamme de composition extrême, de 0,5 % à 97,6 % de silice.
Ils ont ensuite utilisé ces verres pour affiner la relation mathématique entre la position CF et l’abondance de silice.
« Les billes de verre remplissent une fonction similaire aux poids d’étalonnage sur une balance », a déclaré le Dr Iris Weber, chercheuse à l’Université de Münster.
« Leur poids est connu avec précision. Ils permettent donc d’interpréter correctement le balancier de la balance. »
« De la même manière, les billes de verre nous permettent de tirer les bonnes conclusions des propriétés du rayonnement infrarouge. »
En appliquant cet étalonnage aux données mondiales de l’instrument Lunar Reconnaissance Orbiter Diviner de la NASA, les scientifiques ont généré une carte de silice confirmant la division bien connue de la Lune entre les basaltes marins pauvres en silice (avec une moyenne inférieure à 46 %) et les hautes terres plus riches en silice (environ 51 %).
Leur approche a détecté des concentrations inhabituellement élevées – jusqu’à 76 % de silice – sur des caractéristiques volcaniques inhabituelles, notamment les dômes de Gruithuisen, Hansteen Alpha et le massif de Lassell, des sites soupçonnés depuis longtemps de ressembler à des dômes de rhyolite terrestre, mais qui n’avaient jamais été quantifiés avec précision depuis l’orbite.
Les auteurs ont validé leurs résultats par rapport à des échantillons de sol et de roches provenant des missions Apollo, Luna et Chang’e, trouvant un accord généralement fort.
Selon l’équipe, l’utilité de l’étalonnage s’étend au-delà de la Lune.
En l’appliquant à une mesure infrarouge de Mercure vieille de plusieurs décennies, les chercheurs estiment que la surface la plus intérieure de la planète ne contient qu’environ 37 % de silice, ce qui est nettement inférieur aux estimations précédentes dérivées des données du vaisseau spatial MESSENGER.
La découverte laisse entendre qu’une partie du silicium de Mercure pourrait exister sous des formes inhabituelles de métal ou de carbure plutôt que sous des formes minérales silicatées typiques.
« La Lune est une sorte de pierre de touche pour nous – et un tremplin conceptuel important sur notre chemin vers Mercure », a déclaré le Dr Renggli.
« Nos découvertes suggèrent que les roches volcaniques de Mercure se sont formées à partir de matériaux du manteau plus profondément fondus qu’on ne le pensait auparavant. »
La nouvelle méthode de l’équipe sera particulièrement utile une fois que l’instrument MERTIS de la mission euro-japonaise BepiColombo commencera à observer Mercure en détail après être entré dans sa phase scientifique en 2027, et pourrait même aider à caractériser les surfaces des exoplanètes rocheuses observées par le télescope spatial James Webb NASA/ESA/CSA.
« Nous espérons maintenant confirmer la faible teneur en dioxyde de silicium de la surface de Mercure à l’aide des données de la mission BepiColombo de l’ESA », ont indiqué les scientifiques.
« En novembre de cette année, le vaisseau spatial, composé de deux sondes séparables fournies respectivement par l’ESA et la JAXA, devrait entrer en orbite autour de la petite planète. »
Les résultats paraissent ce mois-ci dans la revue Recherche planétaire.
