De nouvelles recherches montrent que le champ magnétique terrestre a contribué à délivrer des particules atmosphériques à la surface lunaire sur des milliards d’années.
La surface de la Lune pourrait être plus qu’un paysage poussiéreux et stérile. Sur des milliards d’années, de minuscules particules de l’atmosphère terrestre se sont déposées dans le sol lunaire, créant une source potentielle de substances vitales pour les futurs astronautes. Mais les scientifiques n’ont que récemment commencé à comprendre comment ces particules effectuent le long voyage de la Terre à la Lune et depuis combien de temps ce processus se produit.
De nouvelles recherches de l’Université de Rochester, montrent que le champ magnétique terrestre pourrait en réalité aider à guider les particules atmosphériques—transportées par le vent solaire—vers l’espace, plutôt que de les bloquer. Comme le champ magnétique terrestre existe depuis des milliards d’années, ce processus pourrait avoir déplacé régulièrement des particules de la Terre vers la Lune sur de très longues périodes.
« En combinant les données des particules préservées dans le sol lunaire avec la modélisation informatique de l’interaction du vent solaire avec l’atmosphère terrestre, nous pouvons retracer l’histoire de l’atmosphère terrestre et de son champ magnétique », explique Eric Blackman, professeur au Département de physique et d’astronomie et scientifique distingué au Laboratoire pour l’énergétique laser (LLE) de l’Université de Rochester.
Les résultats suggèrent que le sol lunaire pourrait non seulement contenir un enregistrement à long terme de l’atmosphère terrestre, mais pourrait être encore plus précieux que ne le pensaient les scientifiques pour les futurs explorateurs spatiaux vivant et travaillant sur la Lune.
Des indices provenant du sol lunaire
Le sol rapporté sur Terre par les missions Apollo dans les années 1970 a fourni aux scientifiques des indices importants. L’étude de ces échantillons montre que la surface poussiéreuse de la Lune—appelée régolithe—contient des substances volatiles telles que l’eau, le dioxyde de carbone, l’hélium, l’argon et l’azote. Certains de ces volatiles proviennent du flux constant de particules chargées du soleil, connu sous le nom de vent solaire. Mais les quantités—en particulier d’azote—sont trop élevées pour être expliquées par le seul vent solaire.
En 2005, une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université de Tokyo a proposé qu’une partie des volatiles pourrait provenir de l’atmosphère terrestre. Ils ont soutenu que cela ne pouvait se produire qu’à une époque antérieure au développement d’un champ magnétique terrestre, car ils supposaient que le champ magnétique empêcherait les particules atmosphériques de s’échapper dans l’espace.
Mais les chercheurs de l’Université de Rochester ont découvert que le processus pourrait fonctionner différemment.
Simuler comment l’atmosphère terrestre a atteint la Lune
L’équipe de l’Université de Rochester—comprenant Shubhonkar Paramanick , un étudiant diplômé du Département de physique et d’astronomie et boursier Horton au LLE ; John Tarduno , le professeur William R. Kenan, Jr. au Département des sciences de la Terre et de l’environnement ; et Jonathan Carroll-Nellenback , un scientifique en calcul au Centre de recherche informatique intégrée et professeur assistant au Département de physique et d’astronomie—a utilisé des simulations informatiques avancées pour modéliser comment et quand le régolithe aurait pu acquérir les éléments trouvés dans les échantillons d’Apollo.
Les chercheurs ont testé deux scénarios. L’un modélisait une « Terre primitive » sans champ magnétique et sous un vent solaire plus fort. L’autre modélisait une « Terre moderne » avec son champ magnétique fort et un vent solaire plus faible. Les simulations ont montré que le transfert de particules fonctionne mieux dans le scénario de la Terre moderne. Dans ce cas, les particules chargées de l’atmosphère terrestre sont arrachées par le vent solaire et guidées le long des lignes du champ magnétique terrestre. Certaines de ces lignes de champ s’étendent suffisamment loin dans l’espace pour atteindre la Lune. Sur des milliards d’années, cet effet d’entonnoir a aidé de minuscules quantités de l’atmosphère terrestre à se déposer à la surface lunaire.
Préserver le passé et soutenir l’avenir
L’échange à long terme de particules signifie que la Lune pourrait détenir un enregistrement chimique de l’atmosphère terrestre. L’étude du sol lunaire pourrait donc offrir aux scientifiques une fenêtre rare sur l’évolution du climat, des océans et même de la vie sur Terre sur des milliards d’années.
Le transfert régulier et à long terme de particules suggère également que le sol lunaire contient plus de volatiles qu’on ne le pensait auparavant. Des éléments tels que l’eau et l’azote pourraient soutenir une présence humaine durable sur la Lune, réduisant le besoin de transporter des fournitures depuis la Terre et rendant l’exploration lunaire plus réalisable.
« Notre étude pourrait également avoir des implications plus larges pour comprendre l’échappement atmosphérique précoce sur des planètes comme Mars, qui manque aujourd’hui d’un champ magnétique global mais en avait un similaire à celui de la Terre dans le passé, ainsi qu’une atmosphère probablement plus épaisse », déclare Paramanick. « En examinant l’évolution planétaire parallèlement à l’échappement atmosphérique à travers différentes époques, nous pouvons mieux comprendre comment ces processus façonnent l’habitabilité planétaire. »
Source : Rochester U.
