La Lune s’est formée à partir d’un impact géant de la proto-Terre avec l’ancienne protoplanète Theia. Dans une nouvelle étude, une équipe de scientifiques des États-Unis, d’Allemagne, de France et de Chine a mesuré les isotopes du fer dans des échantillons lunaires, des roches terrestres et des météorites représentant les réservoirs isotopiques à partir desquels Théia et la proto-Terre auraient pu se former. Ils ont découvert que la totalité de Theia et la plupart des autres matériaux constitutifs de la Terre provenaient du système solaire interne. Leurs calculs suggèrent que Theia aurait pu se former plus près du Soleil que la Terre.
« La composition d’un corps archive toute son histoire de formation, y compris son lieu d’origine », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le Dr Thorsten Kleine, chercheur au Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.
« Les proportions dans lesquelles certains isotopes métalliques sont présents dans un corps sont particulièrement révélatrices. »
« Les isotopes sont des variantes du même élément qui diffèrent uniquement par le nombre de neutrons dans leur noyau atomique – et donc par leur poids. »
« Au début du système solaire, les isotopes d’un élément donné n’étaient probablement pas répartis uniformément : à la limite extérieure du système solaire, par exemple, les isotopes se trouvaient dans un rapport légèrement différent de celui près du Soleil. »
« Les informations sur l’origine de ses éléments constitutifs d’origine sont ainsi stockées dans la composition isotopique d’un corps. »
Dans l’étude, les auteurs ont déterminé le rapport des différents isotopes du fer dans les roches terrestres et lunaires avec une précision sans précédent.
Ils ont examiné 15 roches terrestres et six échantillons lunaires que les astronautes des missions Apollo ont ramenés sur Terre.
Le résultat n’est guère surprenant : comme l’avaient déjà montré des mesures antérieures des rapports isotopiques du chrome, du calcium, du titane et du zirconium, la Terre et la Lune sont à cet égard indiscernables.
Cependant, la grande similitude ne permet aucune conclusion directe sur Theia.
Il existe tout simplement trop de scénarios de collision possibles.
Bien que la plupart des modèles supposent que la Lune a été formée presque exclusivement à partir de matériaux provenant de Theia, il est également possible qu’elle soit principalement constituée de matériaux provenant du manteau terrestre primitif ou que les roches de la Terre et de Theia se soient mélangées de manière indissociable.
Afin d’en savoir plus sur Theia, les chercheurs ont appliqué une sorte d’ingénierie inverse aux planètes.
Sur la base des rapports isotopiques correspondants dans les roches terrestres et lunaires d’aujourd’hui, l’équipe a déterminé quelles compositions et tailles de Theia et quelle composition de la Terre primitive auraient pu conduire à cet état final.
Dans cette étude, les scientifiques ont examiné non seulement les isotopes du fer, mais également ceux du chrome, du molybdène et du zirconium.
Les différents éléments donnent accès à différentes phases de formation planétaire.
Bien avant la rencontre dévastatrice avec Theia, une sorte de processus de tri avait eu lieu au sein de la Terre primitive.
Avec la formation du noyau de fer, certains éléments comme le fer et le molybdène s’y sont accumulés ; ils furent ensuite largement absents du manteau rocheux.
Le fer que l’on trouve aujourd’hui dans le manteau terrestre ne peut donc être arrivé qu’après la formation du noyau, par exemple à bord de Theia.
D’autres éléments, comme le zirconium, qui ne se sont pas enfoncés dans le noyau, documentent toute l’histoire de la formation de notre planète.
Parmi les compositions mathématiquement possibles de Théia et de la Terre primitive qui résultent des calculs, certaines peuvent être exclues comme étant invraisemblables.
« Le scénario le plus convaincant est que la plupart des éléments constitutifs de la Terre et de Theia proviennent du système solaire interne », a déclaré le premier auteur de l’étude, le Dr Timo Hopp, chercheur à l’Université de Chicago et au Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung.
« La Terre et Theia étaient probablement voisines. »
« Bien que la composition de la Terre primitive puisse être représentée principalement comme un mélange de classes de météorites connues, ce n’est pas le cas de Theia. »
« Différentes classes de météorites sont originaires de différentes zones du système solaire externe. »
« Ils servent donc de matériau de référence pour les matériaux de construction disponibles lors de la formation de la Terre primitive et de Theia. »
« Dans le cas de Theia, cependant, des éléments jusqu’alors inconnus pourraient également avoir été impliqués. »
« Nous pensons que l’origine de ce matériau est plus proche du Soleil que de la Terre. »
« Les calculs suggèrent donc que Theia est originaire de plus près du Soleil que notre planète. »
Les résultats ont été publiés cette semaine dans la revue Science.
