Les principales hypothèses sur l’origine de la Lune font appel à un événement d’impact géant entre la proto-Terre et un impacteur distinct appelé Theia. L’efficacité du mélange de matière entre ces deux corps planétaires reste un sujet de débat. Un mélange inefficace au cours de ce processus pourrait laisser des restes de la composition de la proto-Terre et/ou de Theia. La composition isotopique du soufre des composants primordiaux qui ont survécu à cet événement d’impact pourrait être utilisée pour imposer des contraintes sur la chimie de la première nébuleuse solaire et la distribution des composants soufrés dans tout le système solaire primitif, ainsi que sur l’efficacité du mélange lors de l’événement d’impact géant de formation de la Lune. Dans un nouvel article, des scientifiques de l’Université Brown et d’ailleurs présentent des données anormales sur les isotopes du soufre provenant de roches lunaires prélevées dans la région lunaire de Taurus Littrow lors d’Apollo 17. Leur analyse montre que la matière volcanique dans les échantillons contient des composés soufrés très appauvris en soufre 33, l’un des quatre isotopes du soufre radiologiquement stables ; ces échantillons appauvris contrastent fortement avec les ratios isotopiques du soufre trouvés sur Terre et indiquent la présence soit : (i) d’une chimie exotique et d’un recyclage crustal au cours de l’évolution précoce de la Lune, soit (ii) d’un matériau qui n’a pas été bien mélangé lors de la formation de la Lune.
Certains éléments portent des « empreintes digitales » distinctes sous la forme de rapports isotopiques – des variations subtiles du poids de leurs atomes.
Si deux roches partagent la même empreinte isotopique, c’est un indice fort qu’elles proviennent de la même source.
Dans le cas de la Lune et de la Terre, les chercheurs ont montré de grandes similitudes dans les isotopes de l’oxygène des deux corps.
« On a longtemps supposé que les isotopes du soufre raconteraient une histoire similaire », a déclaré le Dr James Dottin, chercheur à l’Université Brown.
« Avant cela, on pensait que le manteau lunaire avait la même composition isotopique du soufre que la Terre. »
« C’est ce à quoi je m’attendais en analysant ces échantillons, mais nous avons plutôt constaté des valeurs très différentes de tout ce que nous trouvons sur Terre. »
Les échantillons analysés par les auteurs ont été prélevés dans un tube à double entraînement, un cylindre métallique creux enfoncé à environ 60 cm dans le sol lunaire par les astronautes d’Apollo 17 Gene Cernan et Harrison Schmitt.
Une fois revenue sur Terre, la NASA a scellé le tube dans une chambre à hélium pour conserver l’échantillon en parfait état pour de futures recherches dans le cadre d’un programme appelé Apollo Next Generation Sample Analysis (ANGSA).
Au cours des dernières années, la NASA a commencé à mettre les échantillons de l’ANGSA à la disposition des chercheurs universitaires par le biais d’un processus de candidature compétitif.
Le Dr Dottin et ses collègues ont proposé d’analyser les isotopes du soufre à l’aide de la spectrométrie de masse des ions secondaires, une méthode d’analyse isotopique très précise qui n’existait pas en 1972, lorsque les échantillons ont été renvoyés pour la première fois sur Terre.
Pour son travail, ils ont recherché des échantillons spécifiques du tube d’entraînement qui semblaient être des roches volcaniques dérivées du manteau.
« Il y a deux explications potentielles à cette anomalie de soufre », a déclaré le Dr Dottin.
Ils pourraient être un vestige de processus chimiques qui ont eu lieu sur la Lune au début de son histoire.
Des ratios de soufre 33 appauvris sont observés lorsque le soufre interagit avec la lumière ultraviolette dans une atmosphère optiquement mince.
On pense que la Lune a eu une atmosphère de courte durée au début de son histoire, ce qui aurait pu soutenir ce type de photochimie.
Si c’est effectivement ainsi que les échantillons se sont formés, cela a des implications intéressantes pour l’évolution de la Lune.
« Cela serait la preuve d’un échange ancien de matériaux de la surface lunaire vers le manteau », a déclaré le Dr Dottin.
« Sur Terre, nous avons une tectonique des plaques qui fait cela, mais la Lune n’a pas de tectonique des plaques. »
« Cette idée d’une sorte de mécanisme d’échange sur la première Lune est donc passionnante. »
L’autre possibilité est que du soufre anormal provienne de la formation de la Lune elle-même.
La principale explication de la formation de la Lune est qu’un objet de la taille de Mars, appelé Theia, est entré en collision avec la Terre au début de son histoire.
Les débris de cette collision ont finalement fusionné pour former la Lune.
Il est possible que la signature soufrée de Theia soit très différente de celle de la Terre et que ces différences aient été enregistrées dans le manteau lunaire.
Cette recherche ne permet pas de savoir laquelle de ces explications possibles est la bonne.
« Des études plus approfondies sur les isotopes du soufre provenant de Mars et d’autres corps pourraient un jour aider les scientifiques à trouver la réponse », a déclaré le Dr Dottin.
« En fin de compte, comprendre la distribution des signatures isotopiques aidera les scientifiques à mieux comprendre comment le système solaire s’est formé. »
