« Formation de la Lune » : différence entre les versions

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Il existe cependant des informations non expliquées par ce modèles. Ainsi, les rapports [[Isotopes de l'oxygène|isotopiques de l'oxygène]] de la Lune semblent être essentiellement identiques à ceux de la Terre<ref name="wiechert">{{Article |auteur1=Wiechert |prénom1=U. |auteur2=Halliday |prénom2=A. N. |auteur3=Lee |prénom3=D.-C. |auteur4=Snyder |prénom4=G. A. |titre=Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact |périodique=Science |volume=294 |numéro=12 |date=October 2001 |pmid=11598294 |doi=10.1126/science.1063037 |bibcode=2001Sci...294..345W |pages=345–348 }}</ref>. Ceux-ci donnent cepndant une signature unique et distincte pour chaque corps du [[Système solaire]]<ref name="scott010312">{{Article |auteur1=Scott |prénom1=Edward R. D. |titre=Oxygen Isotopes Give Clues to the Formation of Planets, Moons, and Asteroids |périodique=Planetary Science Research Discoveries Report |date=December 3, 2001 |bibcode=2001psrd.reptE..55S |lire en ligne=http://www.psrd.hawaii.edu/Dec01/Oisotopes.html |consulté le=2010-03-19 |pages=55 }}</ref>. Si Théia avait été une [[protoplanète]] distincte, elle aurait probablement eu une signature isotopique d'oxygène différente de celle de la proto-Terre, tout comme le matériau mixte éjecté<ref name="moonwalk">{{Lien web |auteur=Nield |prénom=Ted |titre=Moonwalk |url=http://www.geolsoc.org.uk/webdav/site/GSL/shared/pdfs/Geoscientist/Download%20PDF%20copy%20of%20Geoscientist%2019.9%20September%202009.pdf |éditeur=Geological Society of London |date=September 2009 |consulté le=2010-03-01 |page=8}}</ref>. En outre, le rapport [[Isotopes du titane|isotopique]] du [[Isotopes du titane|titane de]] la Lune ( [[Isotopes du titane|<sup>50</sup> Ti]] / [[Isotopes du titane|<sup>47</sup> Ti]] ) semble si proche de celui de la Terre (à moins de 4 parties par million) que peu ou pas de masse du corps en collision aurait probablement pu faire partie de la Lune<ref name="Zhang">{{Article |auteur1=Zhang |prénom1=Junjun |auteur2=Nicolas Dauphas |auteur3=Andrew M. Davis |auteur4=Ingo Leya |titre=The proto-Earth as a significant source of lunar material |périodique=Nature Geoscience |volume=5 |numéro=4 |date=25 March 2012 |doi=10.1038/ngeo1429 |bibcode=2012NatGe...5..251Z |pages=251–255 }}</ref>.
Il existe cependant des informations non expliquées par ce modèles. Ainsi, les rapports [[Isotopes de l'oxygène|isotopiques de l'oxygène]] de la Lune semblent être essentiellement identiques à ceux de la Terre<ref name="wiechert">{{Article |auteur1=Wiechert |prénom1=U. |auteur2=Halliday |prénom2=A. N. |auteur3=Lee |prénom3=D.-C. |auteur4=Snyder |prénom4=G. A. |titre=Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact |périodique=Science |volume=294 |numéro=12 |date=October 2001 |pmid=11598294 |doi=10.1126/science.1063037 |bibcode=2001Sci...294..345W |pages=345–348 }}</ref>. Ceux-ci donnent cepndant une signature unique et distincte pour chaque corps du [[Système solaire]]<ref name="scott010312">{{Article |auteur1=Scott |prénom1=Edward R. D. |titre=Oxygen Isotopes Give Clues to the Formation of Planets, Moons, and Asteroids |périodique=Planetary Science Research Discoveries Report |date=December 3, 2001 |bibcode=2001psrd.reptE..55S |lire en ligne=http://www.psrd.hawaii.edu/Dec01/Oisotopes.html |consulté le=2010-03-19 |pages=55 }}</ref>. Si Théia avait été une [[protoplanète]] distincte, elle aurait probablement eu une signature isotopique d'oxygène différente de celle de la proto-Terre, tout comme le matériau mixte éjecté<ref name="moonwalk">{{Lien web |auteur=Nield |prénom=Ted |titre=Moonwalk |url=http://www.geolsoc.org.uk/webdav/site/GSL/shared/pdfs/Geoscientist/Download%20PDF%20copy%20of%20Geoscientist%2019.9%20September%202009.pdf |éditeur=Geological Society of London |date=September 2009 |consulté le=2010-03-01 |page=8}}</ref>. En outre, le rapport [[Isotopes du titane|isotopique]] du [[Isotopes du titane|titane de]] la Lune ( [[Isotopes du titane|<sup>50</sup> Ti]] / [[Isotopes du titane|<sup>47</sup> Ti]] ) semble si proche de celui de la Terre (à moins de 4 parties par million) que peu ou pas de masse du corps en collision aurait probablement pu faire partie de la Lune<ref name="Zhang">{{Article |auteur1=Zhang |prénom1=Junjun |auteur2=Nicolas Dauphas |auteur3=Andrew M. Davis |auteur4=Ingo Leya |titre=The proto-Earth as a significant source of lunar material |périodique=Nature Geoscience |volume=5 |numéro=4 |date=25 March 2012 |doi=10.1038/ngeo1429 |bibcode=2012NatGe...5..251Z |pages=251–255 }}</ref>.

== Génèse d'un consensus ==
La Lune commence à se former il y a 4,51 milliards d'années, environ 60 millions d'années après la [[Formation et évolution du Système solaire|formation du Système solaire]]. Plusieurs mécanismes de formation sont proposés<ref>{{article |prénom=M. |nom=Barboni |auteur2=Boehnke, P. |auteur3=Keller, C.B. |auteur4=Kohl, I.E. |auteur5=Schoene, B. |auteur6=Young, E.D. |auteur7=McKeegan, K.D. |titre=Early formation of the Moon 4.51 billion years ago |journal=[[Science Advances (journal)|Science Advances]] |volume=3 |numéro=1 |date=2017 |pmid=28097222 |pmc=5226643 |doi=10.1126/sciadv.1602365 |bibcode=2017SciA....3E2365B |page=e1602365 }}</ref>, parmi lesquels la fission de la Lune à partir de la croûte terrestre par la [[force centrifuge]]<ref name="Binder">{{article |prénom=A.B. |nom=Binder |titre=On the origin of the Moon by rotational fission |journal=The Moon |volume=11 |numéro=2 |date=1974 |doi=10.1007/BF01877794 |bibcode=1974Moon...11...53B |pages=53–76 }}</ref> (ce qui exigerait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée)<ref name="BotM">{{Ouvrage|prénom1=Rick|nom1=Stroud|titre=The Book of the Moon|éditeur=[[Walken and Company]]|année=2009|pages totales=24–27|isbn=978-0-8027-1734-4}}</ref>, la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait cependant une [[atmosphère terrestre]] étendue irréaliste pour [[Dissipation|dissiper]] l'énergie de la Lune de passage)<ref name="Mitler">{{article |prénom=H.E. |nom=Mitler |titre=Formation of an iron-poor moon by partial capture, or: Yet another exotic theory of lunar origin |journal=[[Icarus (journal)|Icarus]] |volume=24 |numéro=2 |date=1975 |doi=10.1016/0019-1035(75)90102-5 |bibcode=1975Icar...24..256M |pages=256–268 }}</ref>{{,}}<ref name="BotM" /> et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le [[disque d'accrétion]] primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune)<ref name="BotM" />. Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le [[moment cinétique]] élevé du système Terre-Lune<ref>{{article |langue=en |prénom=D.J. |nom=Stevenson |titre=Origin of the moon–The collision hypothesis |journal=Annual Review of Earth and Planetary Sciences |volume=15 |numéro=1 |date=1987 |issn= |doi=10.1146/annurev.ea.15.050187.001415 |bibcode=1987AREPS..15..271S |lire en ligne= |pages=271–315 }}</ref>.

Ainsi, l'hypothèse dominante est que le [[système Terre-Lune]] se soit formé après un impact conséquent d'un corps ayant une taille similaire à celle de [[Mars (planète)|Mars]] (nommé [[Théia (impacteur)|Théia]], la mère de [[Séléné]] dans la [[mythologie grecque]]) avec la [[Histoire de la Terre|proto-Terre]] ; elle est appelée l'[[hypothèse de l'impact géant]]<ref name=":4" />. L'impact projette alors des matériaux sur l'orbite de la Terre, qui par [[accrétion]] finissent par former la Lune<ref name="taylor1998">{{lien web |prénom=G. Jeffrey |nom=Taylor |titre=Origin of the Earth and Moon |url=http://www.psrd.hawaii.edu/Dec98/OriginEarthMoon.html |site=Planetary Science Research Discoveries |éditeur=[[Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology]] |date=31 décembre 1998 |consulté le=7 avril 2010 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20100610011142/http://www.psrd.hawaii.edu/Dec98/OriginEarthMoon.html |archivedate=10 June 2010 |deadurl=no}}</ref>{{,}}<ref>{{lien web |titre=Asteroids Bear Scars of Moon's Violent Formation |url=http://news.nationalgeographic.com/2015/04/150416-asteroids-scars-moon-formation-space/ |éditeur= |date=16 avril 2015 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20161008160812/http://news.nationalgeographic.com/2015/04/150416-asteroids-scars-moon-formation-space/ |archivedate=8 October 2016 |deadurl=no}}</ref>. La face cachée de la Lune possède une croûte plus épaisse de {{unité|48 km}} que celle de la face visible. Une explication possible (mais non consensuelle) serait que la Lune aurait fusionné à partir des matériaux de deux corps différents<ref name="Dana-Mackenzie">{{Ouvrage|auteur1=Dana Mackenzie|titre=The Big Splat, or How Our Moon Came to Be|éditeur=[[John Wiley & Sons]]|date=21 juillet 2003|pages totales=166–168|isbn=978-0-471-48073-0|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=omVaG7u4qG8C&pg=PA166}}</ref>.

Cette hypothèse, bien qu'imparfaite, est celle qui explique le mieux les caractéristiques du système Terre-Lune actuel et les preuves disponibles. Dix-huit mois avant la conférence d'octobre 1984 sur les origines de la Lune, les organisateurs Bill Hartmann, Roger Phillips et Jeff Taylor mettent au défi leurs collègues scientifiques lunaires : {{Citation|Vous avez dix-huit mois. Retournez à vos données d'Apollo, retournez à votre ordinateur, faites ce que vous avez à faire, mais décidez-vous. Ne venez à notre conférence que si vous avez quelque chose à dire sur la naissance de la Lune.}}{{Efn|{{en}}{{Citation étrangère|You have eighteen months. Go back to your Apollo data, go back to your computer, do whatever you have to, but make up your mind. Don't come to our conference unless you have something to say about the Moon's birth.|langue=en}}<ref name="Dana-Mackenzie" />|groupe=alpha}}. Lors de la conférence de 1984 à [[Kona (Hawaii)|Kona]], à [[Hawaï]], l'hypothèse de l'impact géant apparaît comme la théorie la plus consensuelle<ref name="Dana-Mackenzie" />.{{Citation bloc|Avant la conférence, il y avait des partisans des trois théories "traditionnelles", plus quelques personnes qui commençaient à prendre l'impact géant au sérieux, et il y avait un énorme milieu apathique qui ne pensait pas que le débat serait un jour résolu. Par la suite, il n'y avait pratiquement que deux groupes : le camp de l'impact géant et les agnostiques.|Dana Mackenzie|The Big Splat, or How Our Moon Came to Be|référence={{Efn|groupe=alpha|{{en}}{{Citation étrangère|Before the conference, there were partisans of the three "traditional" theories, plus a few people who were starting to take the giant impact seriously, and there was a huge apathetic middle who didn’t think the debate would ever be resolved. Afterward, there were essentially only two groups: the giant impact camp and the agnostics.|langue=en}}<ref name="Dana-Mackenzie" />}}}}


== Hypothèse de l'impact géant ==
== Hypothèse de l'impact géant ==
{{Article détaillé|Hypothèse de l'impact géant}}
{{Article détaillé|Hypothèse de l'impact géant}}
[[Fichier:Big Splash Theia.gif|vignette|Animation du déroulement supposé de l'impact.]]
[[Fichier:Big Splash Theia.gif|vignette|Animation du déroulement supposé de l'impact.]]
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Selon l’hypothèse de référence, une proto-Terre de taille similaire à celle actuelle et autre [[protoplanète]] analogue à [[Mars (planète)|Mars]] (la moitié du diamètre terrestre et un dixième de sa masse) entrent un collision. Cette dernière est parfois appelée [[Théia (impacteur)|Theia]], le nom de la mère de [[Séléné]], la [[déesse]] de la Lune dans [[Mythologie grecque|la mythologie grecque]]. Ce rapport dimensionnel est nécessaire pour que le système résultant ait un [[moment cinétique]] suffisant pour correspondre à la configuration orbitale actuelle. Cela provoque l'éjection d'une quantité considérable de matériaux loin de la Terre. L'impacteur, la croûte et une partie du manteau terrestre sont disloqués. L'impacteur apporte à la Terre une grande partie du fer de son noyau et projette une grande quantité de débris dans l’orbite terrestre. La Lune se forme, par accrétion d'une partie de ce nuage de débris, en un temps très court, de l'ordre d'un siècle<ref name="PlS501">[[Pour la Science]] {{n°|501}} juillet 2019 {{p.|62}}.</ref>.
La Terre était essentiellement de la roche et de la lave au début de la formation du Système solaire, il y a 4.425 milliards d'années, et ne possédait pas de grand satellite naturel. Une [[protoplanète]] aurait frappé la Terre de telle manière qu'elle a provoqué l'éjection d'une quantité considérable de matériaux loin de la Terre. Une partie de ces éjectas s'est échappée dans l'espace, le reste formant d'abord un disque d'accrétion avant de se consolider en un seul corps sphérique en orbite autour de la Terre, créant la [[Lune]].

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L'hypothèse nécessite une collision entre une proto-Terre de taille similaire à celle actuelle et d'un autre corps analogue à [[Mars (planète)|Mars]] (la moitié du diamètre terrestre et un dixième de sa masse). Cette dernière est parfois appelée [[Théia (impacteur)|Theia]], le nom de la mère de [[Séléné]], la [[déesse]] de la Lune dans [[Mythologie grecque|la mythologie grecque]]. Ce rapport dimensionnel est nécessaire pour que le système résultant ait un [[moment cinétique]] suffisant pour correspondre à la configuration orbitale actuelle. Un tel impact aurait mis suffisamment de matériel en orbite autour de la Terre pour s'être finalement accumulé pour former la Lune.


Les [[Simulation informatique|simulations informatiques]] montrent la nécessité qu'une partie de l'impacteur se soit désintégrée pour former un long bras de matériau qui se cisaille ensuite. La forme asymétrique de la Terre suite à la collision amène alors ce matériau à s'installer sur une orbite autour de la masse principale. L'énergie impliquée dans cette collision serait exceptionnelle : peut-être des milliards de tonnes de matériaux auraient été vaporisés et fondus. Dans certaines parties de la Terre, la température aurait atteint 10,000° C.
Les [[Simulation informatique|simulations informatiques]] montrent la nécessité qu'une partie de l'impacteur se soit désintégrée pour former un long bras de matériau qui se cisaille ensuite. La forme asymétrique de la Terre suite à la collision amène alors ce matériau à s'installer sur une orbite autour de la masse principale. L'énergie impliquée dans cette collision serait exceptionnelle : peut-être des milliards de tonnes de matériaux auraient été vaporisés et fondus. Dans certaines parties de la Terre, la température aurait atteint 10,000° C.


Le noyau de [[fer]] relativement petit de la Lune (par rapport aux autres [[Planète tellurique|planètes rocheuses]] et aux autres [[Satellites naturels du Système solaire|satellites du Système solaire]]) s'explique par le fait que le noyau de Théia ait fusionné principalement avec celui de la Terre. Le manque de [[Substance volatile|substances volatiles]] dans les échantillons lunaires s'explique également en partie par l'énergie de la collision. L'énergie libérée lors de la réaccrétion de matière en orbite autour de la Terre aurait été suffisante pour faire fondre une grande partie de la Lune, conduisant à la génération d'un [[océan magmatique lunaire]].
Le noyau de [[fer]] relativement petit de la Lune (par rapport aux autres [[Planète tellurique|planètes rocheuses]] et aux autres [[Satellites naturels du Système solaire|satellites du Système solaire]]) s'explique par le fait que le noyau de Théia ait fusionné principalement avec celui de la Terre. Le manque de [[Substance volatile|substances volatiles]] dans les échantillons lunaires s'explique également en partie par l'énergie de la collision. Cela aurait fait fondre la couche externe de la Terre, et ainsi formé un océan de [[Magma (géologie)|magma]]<ref name="Warren1985">{{article |prénom=P.H. |nom=Warren |titre=The magma ocean concept and lunar evolution |journal=[[Annual Review of Earth and Planetary Sciences]] |volume=13 |numéro=1 |date=1985 |doi=10.1146/annurev.ea.13.050185.001221 |bibcode=1985AREPS..13..201W |pages=201–240 }}</ref>{{,}}<ref>{{article |prénom=W. Brian |nom=Tonks |auteur2=Melosh, H. Jay |titre=Magma ocean formation due to giant impacts |journal=[[Journal of Geophysical Research]] |volume=98 |numéro=E3 |date=1993 |doi=10.1029/92JE02726 |bibcode=1993JGR....98.5319T |pages=5319–5333 }}</ref>. L'énergie libérée lors de la réaccrétion de matière en orbite autour de la Terre aurait été suffisante pour faire fondre une grande partie de la Lune, conduisant à la génération d'un [[océan magmatique lunaire]] ; sa profondeur est estimée comme allant de 500 km à {{unité|1737|km}}<ref name="Warren1985" />. L'hypothèse est validée par l'épuisement des isotopes de [[zinc]] sur la Lune<ref>{{Article |auteur1=Randal C. Paniello |auteur2=James M. D. Day |auteur3=Frédéric Moynier |titre=Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon |périodique=Nature |volume=490 |numéro=7420 |date=18 October 2012 |pmid=23075987 |doi=10.1038/nature11507 |bibcode=2012Natur.490..376P |pages=376–9 }}</ref>.


La Lune nouvellement formée tourne ensuite en orbite à environ un dixième de la [[distance lunaire]] actuelle avant de s'éloignement graduellement en raison de l'[[accélération par effet de marée]] transférant le moment angulaire des rotations des deux corps au mouvement orbital de la Lune. Lors de ce processus, la Lune entre en [[rotation synchrone]] avec la Terre, de sorte qu'un côté de la Lune est continuellement tourné vers la Terre, sa [[Face visible de la Lune|face visible]]. En outre, la Lune aurait heurté et incorporé tous les petits satellites préexistants de la Terre, qui auraient partagé la composition de la Terre, y compris ses abondances isotopiques. La [[géologie de la Lune]] est depuis indépendante de celle la Terre.
La Lune nouvellement formée tourne ensuite en orbite à environ un dixième de la [[distance lunaire]] actuelle avant de s'éloignement graduellement en raison de l'[[accélération par effet de marée]] transférant le moment angulaire des rotations des deux corps au mouvement orbital de la Lune. Lors de ce processus, la Lune entre en [[rotation synchrone]] avec la Terre, de sorte qu'un côté de la Lune est continuellement tourné vers la Terre, sa [[Face visible de la Lune|face visible]]. En outre, la Lune aurait heurté et incorporé tous les petits satellites préexistants de la Terre, qui auraient partagé la composition de la Terre, y compris ses abondances isotopiques. La [[géologie de la Lune]] est depuis indépendante de celle la Terre.


Il est supposé que les impacts géants étaient courants au début du Système solaire. Les simulations informatiques d'impacts géants produisent des résultats cohérents avec la masse du noyau lunaire et le moment cinétique du système Terre-Lune. Ces simulations montrent également que la majeure partie de la Lune dérive de l'impacteur plutôt que de la proto-Terre<ref>{{article |prénom=R. |nom=Canup |auteur2=Asphaug, E. |titre=Origin of the Moon in a giant impact near the end of Earth's formation |journal=[[Nature (revue)|Nature]] |volume=412 |numéro=6848 |date=2001 |pmid=11507633 |doi=10.1038/35089010 |bibcode=2001Natur.412..708C |pages=708–712 }}</ref>. Cependant, des simulations plus récentes suggèrent une plus grande fraction de la Lune est dérivée de la proto-Terre<ref>{{lien web |titre=Earth-Asteroid Collision Formed Moon Later Than Thought |url=http://news.nationalgeographic.com/news/2007/12/071219-moon-collision.html |éditeur=[[National Geographic]] |date=28 octobre 2010 |consulté le=7 mai 2012 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090418171528/http://news.nationalgeographic.com/news/2007/12/071219-moon-collision.html |archivedate=18 April 2009 |deadurl=no}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |auteur1=Touboul |prénom1=M. |auteur2=Kleine |prénom2=T. |auteur3=Bourdon |prénom3=B. |auteur4=Palme |prénom4=H. |titre=Late formation and prolonged differentiation of the Moon inferred from W isotopes in lunar metals |périodique=[[Nature (journal)|Nature]] |volume=450 |numéro=7173 |date=2007 |pmid=18097403 |doi=10.1038/nature06428 |bibcode=2007Natur.450.1206T |pages=1206–1209 }}</ref>{{,}}<ref>{{lien web |titre=Flying Oceans of Magma Help Demystify the Moon's Creation |url=http://news.nationalgeographic.com/2015/04/150408-moon-form-giant-impact-earth |éditeur=[[National Geographic]] |date=8 avril 2015 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20150409220422/http://news.nationalgeographic.com/2015/04/150408-moon-form-giant-impact-earth/ |archivedate=9 April 2015 |deadurl=no}}</ref> . D'autres corps du Système solaire interne tels que [[Mars (planète)|Mars]] et [[(4) Vesta|Vesta]] ont, selon les météorites en provenant, des compositions [[Isotope|isotopiques]] en oxygène et en [[tungstène]] très différentes de celles de la Terre. À l'inverse, la Terre et la Lune ont des compositions isotopiques presque identiques. L'égalisation isotopique du système Terre-Lune pourrait s'expliquer par un mélange après impact du matériau vaporisé avant l'accrétion sur les deux astres, bien que cela soit toujours débattu<ref name="Pahlevan2007">{{article |prénom=Kaveh |nom=Pahlevan |auteur2=Stevenson, David J. |titre=Equilibration in the aftermath of the lunar-forming giant impact |journal=[[Earth and Planetary Science Letters]] |volume=262 |numéro=3–4 |date=2007 |doi=10.1016/j.epsl.2007.07.055 |bibcode=2007E&PSL.262..438P |arxiv=1012.5323 |pages=438–449 }}</ref>{{,}}<ref>{{article |prénom=Ted |nom=Nield |titre=Moonwalk (summary of meeting at Meteoritical Society's 72nd Annual Meeting, Nancy, France) |périodique=[[Geoscientist (magazine)|Geoscientist]] |volume=19 |date=2009 |url=http://www.geolsoc.org.uk/gsl/geoscientist/geonews/page6072.html |archiveurl=https://web.archive.org/web/20120927034348/http://www.geolsoc.org.uk/gsl/geoscientist/geonews/page6072.html |archivedate=27 September 2012 |page=8 |brisé le=oui |df= }}</ref>. Le [[volcanisme]] lunaine relativement récent ou l'existence passée d'un [[champ magnétique planétaire]] pour le satellite ne sont également pas expliquées avec ce modèle<ref name=":4" />{{,}}<ref>{{article |auteur=Daniel Clery |titre=Impact Theory Gets Whacked |journal=[[Science (revue)|Science]] |volume=342 |numéro=6155 |date=11 octobre 2013 |pmid=24115419 |doi=10.1126/science.342.6155.183 |bibcode=2013Sci...342..183C |pages=183–185 }}</ref>. Aussi, les [[Élément chimique|éléments]] volatils de la Lune ne sont pas aussi épuisés que prévu d'un tel impact énergétique<ref>{{Lien web |auteur=J. H. Jones |titre=TESTS OF THE GIANT IMPACT HYPOTHESIS |url=http://www.lpi.usra.edu/meetings/origin98/pdf/4045.pdf |série=Origin of the Earth and Moon Conference |consulté le=2006-11-21}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |auteur1=Daniel Clery |titre=Impact Theory Gets Whacked |périodique=Science |volume=342 |numéro=6155 |date=11 October 2013 |pmid=24115419 |doi=10.1126/science.342.6155.183 |bibcode=2013Sci...342..183C |pages=183–185 }}</ref>.
Une étude de 2012 sur l'épuisement des isotopes de [[zinc]] sur la Lune confirme cette hypothèse de l'impact géant<ref>{{Article |auteur1=Randal C. Paniello |auteur2=James M. D. Day |auteur3=Frédéric Moynier |titre=Zinc isotopic evidence for the origin of the Moon |périodique=Nature |volume=490 |numéro=7420 |date=18 October 2012 |pmid=23075987 |doi=10.1038/nature11507 |bibcode=2012Natur.490..376P |pages=376–9 }}</ref>.


En 2001, une équipe du Carnegie Institute de Washington rapporte la mesure la plus précise des [[Signature isotopique|signatures isotopiques]] des roches lunaires<ref name="wiechert2">{{article |prénom1=U. |nom1=Wiechert |prénom2=A.N. |nom2=Halliday |prénom3=D.-C. |nom3=Lee |prénom4=G.A. |nom4=Snyder |titre=Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact |journal=[[Science (revue)|Science]] |volume=294 |numéro=12 |date=octobre 2001 |pmid=11598294 |doi=10.1126/science.1063037 |bibcode=2001Sci...294..345W |url=http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/294/5541/345 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20090420154721/http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/294/5541/345 |archivedate=20 April 2009 |consulté le=5 juillet 2009 |pages=345–348 |display-authors=1 |nom6=Rumble |prénom5=L.A. |deadurl=no |nom5=Taylor |prénom6=D. }}</ref>. À leur grande surprise, les roches du [[Programme Apollo|programme ''Apollo'']] présentent la même signature isotopique que les roches terrestres, mais elles différaient de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation est inattendue car il était alors pensé que la plupart des matériaux qui formaient la Lune provenaient de Théia, or il a été annoncé en 2007 qu'il y avait moins de 1 % de chance que [[Théia (impacteur)|Théia]] et la Terre aient des signatures isotopiques identiques<ref name="ps20072">{{article |prénom1=Kaveh |nom1=Pahlevan |prénom2=David |nom2=Stevenson |titre=Equilibration in the Aftermath of the Lunar-forming Giant Impact |journal=[[Earth and Planetary Science Letters]] |volume=262 |numéro=3–4 |date=octobre 2007 |doi=10.1016/j.epsl.2007.07.055 |bibcode=2007E&PSL.262..438P |arxiv=1012.5323 |pages=438–449 }}</ref>{{,}}<ref name="test2">{{lien web |titre=Titanium Paternity Test Says Earth is the Moon's Only Parent (University of Chicago) |url=http://www.astrobio.net/pressrelease/4673/titanium-paternity-test-says-earth-is-the-moons-only-parent |éditeur=Astrobio.net |date=2012-04-05 |consulté le=3 octobre 2013}}</ref><ref name="ps2007">{{Article |auteur1=Pahlevan |prénom1=Kaveh |auteur2=Stevenson |prénom2=David |titre=Equilibration in the Aftermath of the Lunar-forming Giant Impact |périodique=Earth and Planetary Science Letters |volume=262 |numéro=3–4 |date=October 2007 |doi=10.1016/j.epsl.2007.07.055 |bibcode=2007E&PSL.262..438P |arxiv=1012.5323 |pages=438–449 }}</ref>. D'autres échantillons lunaires d'Apollo étudiés en 2012 comportent la même composition en isotopes de [[titane]] que la Terre, ce qui est en [[Hypothèse de l'impact géant|conflit]] avec ce qui est attendu si la Lune s'est formée loin de la Terre ou est dérivée de Theia<ref>{{Lien web |langue=en-US |titre=Titanium Paternity Test Says Earth is the Moon's Only Parent |url=https://www.astrobio.net/also-in-news/titanium-paternity-test-says-earth-is-the-moons-only-parent/ |site=Astrobiology Magazine |date=2012-04-05 |consulté le=2020-12-02}}</ref>. De même, une étude de 2013 indique que l'eau contenue dans le [[Magma (géologie)|magma]] lunaire est impossible à distinguer de celle des [[Chondrite carbonée|chondrites carbonées]] et à peu près la même que celle de la Terre en [[composition isotopique]] <ref>{{Article |auteur1=Saal |prénom1=A. E. |titre=Hydrogen Isotopes in Lunar Volcanic Glasses and Melt Inclusions Reveal a Carbonaceous Chondrite Heritage |périodique=Science |volume=340 |numéro=6138 |date=14 June 2013 |pmid=23661641 |doi=10.1126/science.1235142 |bibcode=2013Sci...340.1317S |pages=1317–20 |display-authors=etal }}</ref>.
En 2013, une étude indique que l'eau contenue dans le [[Magma (géologie)|magma]] lunaire est impossible à distinguer de celle des [[Chondrite carbonée|chondrites carbonées]] et à peu près la même que celle de la Terre en [[composition isotopique]] <ref>{{Article |auteur1=Saal |prénom1=A. E. |titre=Hydrogen Isotopes in Lunar Volcanic Glasses and Melt Inclusions Reveal a Carbonaceous Chondrite Heritage |périodique=Science |volume=340 |numéro=6138 |date=14 June 2013 |pmid=23661641 |doi=10.1126/science.1235142 |bibcode=2013Sci...340.1317S |pages=1317–20 |display-authors=etal }}</ref>.
[[Fichier:Simple_model.png|centré|vignette|Schéma de l'hypothétique [[Hypothèse de l'impact géant|impact géant]].]]


== Dérivés de l'hypothèse de l'impact géant ==
== Variations de l'hypothèse de l'impact géant ==
Bien que l'hypothèse de l'impact géant explique de nombreux aspects du système Terre-Lune, il y a encore quelques problèmes non résolus, tels que les [[Élément chimique|éléments]] volatils de la Lune ne sont pas aussi épuisés que prévu d'un tel impact énergétique<ref>{{Lien web |auteur=J. H. Jones |titre=TESTS OF THE GIANT IMPACT HYPOTHESIS |url=http://www.lpi.usra.edu/meetings/origin98/pdf/4045.pdf |série=Origin of the Earth and Moon Conference |consulté le=2006-11-21}}</ref>{{,}}<ref>{{Article |auteur1=Daniel Clery |titre=Impact Theory Gets Whacked |périodique=Science |volume=342 |numéro=6155 |date=11 October 2013 |pmid=24115419 |doi=10.1126/science.342.6155.183 |bibcode=2013Sci...342..183C |pages=183–185 }}</ref>.

Un autre problème est celui des comparaisons des isotopes lunaires et terrestres. En 2001, une mesure précise des [[Composition isotopique|composition isotopiques]] des [[Roche lunaire|roches lunaires]] est publiée<ref name="wiechert">{{Article |auteur1=Wiechert |prénom1=U. |auteur2=Halliday |prénom2=A. N. |auteur3=Lee |prénom3=D.-C. |auteur4=Snyder |prénom4=G. A. |titre=Oxygen Isotopes and the Moon-Forming Giant Impact |périodique=Science |volume=294 |numéro=12 |date=October 2001 |pmid=11598294 |doi=10.1126/science.1063037 |bibcode=2001Sci...294..345W |pages=345–348 }}</ref>. Étonnamment, les échantillons lunaires du [[Programme Apollo|programme ''Apollo'']] portaient une signature isotopique identique aux roches terrestres, mais différente des autres corps du Système solaire. Comme on pensait que la plupart des matériaux mis en orbite pour former la Lune provenaient de Théia, cette observation est alors inattendue.

En 2007, des chercheurs montrent que la probabilité que Theia ait une signature isotopique identique à celle de la Terre est très faible (moins de 1 % de chance)<ref name="ps2007">{{Article |auteur1=Pahlevan |prénom1=Kaveh |auteur2=Stevenson |prénom2=David |titre=Equilibration in the Aftermath of the Lunar-forming Giant Impact |périodique=Earth and Planetary Science Letters |volume=262 |numéro=3–4 |date=October 2007 |doi=10.1016/j.epsl.2007.07.055 |bibcode=2007E&PSL.262..438P |arxiv=1012.5323 |pages=438–449 }}</ref>. Publiée en 2012, une analyse des isotopes du titane dans les échantillons lunaires d'Apollo montre que la Lune a la même composition que la Terre ce qui entre en conflit avec la Lune se formant loin de l'orbite terrestre<ref name="test">
[http://www.astrobio.net/pressrelease/4673/titanium-paternity-test-says-earth-is-the-moons-only-parent Titanium Paternity Test Says Earth is the Moon's Only Parent (University of Chicago)]</ref>.


=== Fusion de deux planètes ===
=== Fusion de deux planètes ===
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=== Impacts multiples ===
=== Impacts multiples ===
En 2017, des planétologues de l'[[Institut Weizmann]] proposent une nouvelle théorie qui suggère que la Lune ait été créé par une violente pluie de débris cosmiques qui a martelé à plusieurs reprises la Terre naissante pendant des millions d'années. Ils déterminent qu'une série d'impacts plus petits, qui étaient probablement plus fréquents au début du Système solaire, pourraient faire exploser suffisamment de roches terrestres et les placer en orbite pour former des petits satellites naturels. À mesure que des impacts répétés créaient plus de boules de débris, les débris pourraient fusionner au fil du temps en une seule grande lune<ref name="WSJ-20170109">{{Cite news|author=Robert Lee Hotz|title=Researchers Suggest New Theory for the Moon's Origin|url=https://www.wsj.com/articles/researchers-suggest-new-theory-for-the-moons-origin-1483977602|date=January 9, 2017|work=[[Wall Street Journal]]|accessdate=January 9, 2017}}</ref>.
En 2017, des planétologues de l'[[Institut Weizmann]] proposent une nouvelle théorie qui suggère que la Lune ait été créé par une violente pluie de débris cosmiques qui a martelé à plusieurs reprises la Terre naissante pendant des millions d'années. Ils déterminent qu'une série d'impacts plus petits et moins cataclysmiques, qui étaient probablement plus fréquents au début du Système solaire, pourraient faire exploser suffisamment de roches terrestres et les placer en orbite pour former des petits satellites naturels. À mesure que des impacts répétés créaient plus de boules de débris, les débris pourraient fusionner au fil du temps en une seule grande lune plus massive<ref name="WSJ-20170109">{{Cite news|author=Robert Lee Hotz|title=Researchers Suggest New Theory for the Moon's Origin|url=https://www.wsj.com/articles/researchers-suggest-new-theory-for-the-moons-origin-1483977602|date=January 9, 2017|work=[[Wall Street Journal]]|accessdate=January 9, 2017}}</ref>. Ce scénario serait plus compatible avec les contraintes de composition chimique et de [[moment cinétique]], et nécessiterait des conditions moins particulières que celui de la collision entre la proto-Terre et Théia<ref>{{article |langue=en |auteur1=Raluca Rufu |auteur2=Oded Aharonson |auteur3=Hagai B. Perets |titre=A multiple-impact origin for the Moon |périodique=[[Nature Geoscience]] |date=9 janvier 2017 |doi=10.1038/ngeo2866 }}</ref>.


=== Hypothèse de Synestia ===
=== Hypothèse de Synestia ===
En 2018, des chercheurs de [[Université Harvard|Harvard]] et de l'[[Université de Californie à Davis|UC Davis]] développent des modèles informatiques démontrant que l'un des résultats possibles d'une collision planétaire est qu'elle crée une [[synestia]], une masse de roche et de métal vaporisés qui forme un disque biconcave s'étendant au-delà de l'orbite lunaire. La synestia finit par rétrécir et refroidir pour accréter le satellite et reformer la planète touchée<ref>{{Lien web |langue=en-US |titre=Could a Giant Impact Have Vaporized Earth to Create the Moon? |url=https://skyandtelescope.org/astronomy-news/could-a-giant-impact-have-vaporized-earth-to-create-the-moon/ |site=Sky & Telescope |date=2018-03-01 |consulté le=2020-12-06}}</ref>.
En 2018, des chercheurs de [[Université Harvard|Harvard]] et de l'[[Université de Californie à Davis|UC Davis]] développent des modèles informatiques démontrant que l'un des résultats possibles d'une collision planétaire est qu'elle crée une [[synestia]], une masse de roche et de métal vaporisés qui forme un nuage torique de gaz et de fragments rocheux s'étendant au-delà de l'orbite lunaire. En effet le modèle classique ne rend pas compte de certaines caractéristiques de la Lune comme son manque d'éléments volatils par rapport à la Terre.

Selon cette nouvelle variante de l'impact géant, la percussion d'une proto-Terre plus petite conduit à la vaporisation et au mélange de la croûte et du manteau terrestre avec les matériaux de l'impacteur : une synestia se forme. Ainsi, la Lune résulterait de l'accrétion des fragments rocheux en quelques décennies alors que la synestia finit par rétrécir et refroidir tandis que les éléments volatils restent dans le nuage de vapeur et rejoignent progressivement la Terre au cours de son long refroidissement<ref name="PlS501" />{{,}}<ref>Simon J. Lock {{et al.}}, ''The Origin of the Moon wWithin a Terrestrial Synestia'', 2018 {{DOI|10.1002/2017JE005333}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en-US |titre=Could a Giant Impact Have Vaporized Earth to Create the Moon? |url=https://skyandtelescope.org/astronomy-news/could-a-giant-impact-have-vaporized-earth-to-create-the-moon/ |site=Sky & Telescope |date=2018-03-01 |consulté le=2020-12-06}}</ref>.


=== Anciens satellites ===
=== Anciens satellites ===
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== Théories et études supplémentaires ==
== Théories et études supplémentaires ==
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[[File:Evolution_of_the_Moon.ogv|vignette|250x250px|''Evolution of the Moon,'' vidéo de la NASA (2012).]]En 2011, il est théorisé qu'une seconde lune existait 4,5&nbsp;il y a un milliard d'années, et a eu plus tard un impact sur la Lune, dans le cadre du processus d'accrétion dans la formation de la Lune<ref>{{Article |auteur1=Jutzi |prénom1=M. |titre=Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon |périodique=Nature |volume=476 |numéro=7358 |année=2011 |pmid=21814278 |doi=10.1038/nature10289 |bibcode=2011Natur.476...69J |pages=69–72 }}</ref>.
[[File:Evolution_of_the_Moon.ogv|vignette|250x250px|''Evolution of the Moon,'' vidéo de la NASA (2012).]]

=== 2011 ===
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En 2011, il est théorisé qu'une seconde lune existait 4,5&nbsp;il y a un milliard d'années, et a eu plus tard un impact sur la Lune, dans le cadre du processus d'accrétion dans la formation de la Lune<ref>{{Article |auteur1=Jutzi |prénom1=M. |titre=Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon |périodique=Nature |volume=476 |numéro=7358 |année=2011 |pmid=21814278 |doi=10.1038/nature10289 |bibcode=2011Natur.476...69J |pages=69–72 }}</ref>.

=== 2013 ===
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Une hypothèse, présentée uniquement comme une possibilité, est que la Terre aurait capturé la Lune à [[Vénus (planète)|Vénus]]<ref name="taken">[http://www.popsci.com/article/science/did-we-steal-our-moon-venus Did We Steal Our Moon From Venus? Is our planet a dirty thief?], ''Popular Science'', 09.27.2013 at 5:07 pm</ref>.


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En 2013, une hypothèse présentée uniquement comme une possibilité, suppose que la Terre aurait capturé la Lune à [[Vénus (planète)|Vénus]]<ref name="taken">[http://www.popsci.com/article/science/did-we-steal-our-moon-venus Did We Steal Our Moon From Venus? Is our planet a dirty thief?], ''Popular Science'', 09.27.2013 at 5:07 pm</ref>.
=== 2017 ===
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La [[datation par l'uranium-plomb]] des fragments de [[zircon]] d'''[[Apollo 14]]'' montre que l'âge de la Lune est d'environ 4,51&nbsp;milliards d'années<ref>{{Article |auteur1=Melanie Barboni |auteur2=Patrick Boehnke |auteur3=Brenhin Keller |auteur4=Issaku E. Kohl |titre=Early formation of the Moon 4.51 billion years ago |périodique=[[Science Advances]] |volume=3 |numéro=1 |date=January 11, 2017 |pmid=28097222 |pmcid=5226643 |doi=10.1126/sciadv.1602365 |bibcode=2017SciA....3E2365B |pages=e1602365 }}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |auteur=Wolpert |prénom=Stuart |titre=The moon is older than scientists thought, UCLA-led research team reports |url=http://newsroom.ucla.edu/releases/the-moon-is-older-than-scientists-thought-ucla-led-research-team-reports |éditeur=[[University of California, Los Angeles]] |date=January 11, 2017}}</ref>.


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En 2017, la [[datation par l'uranium-plomb]] des fragments de [[zircon]] d'''[[Apollo 14]]'' montre que l'âge de la Lune est d'environ 4,51&nbsp;milliards d'années<ref>{{Article |auteur1=Melanie Barboni |auteur2=Patrick Boehnke |auteur3=Brenhin Keller |auteur4=Issaku E. Kohl |titre=Early formation of the Moon 4.51 billion years ago |périodique=[[Science Advances]] |volume=3 |numéro=1 |date=January 11, 2017 |pmid=28097222 |pmcid=5226643 |doi=10.1126/sciadv.1602365 |bibcode=2017SciA....3E2365B |pages=e1602365 }}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |auteur=Wolpert |prénom=Stuart |titre=The moon is older than scientists thought, UCLA-led research team reports |url=http://newsroom.ucla.edu/releases/the-moon-is-older-than-scientists-thought-ucla-led-research-team-reports |éditeur=[[University of California, Los Angeles]] |date=January 11, 2017}}</ref>.
=== 2020 ===
Une équipe de chercheurs du ''[[Lunar Reconnaissance Orbiter]]'' (LRO) de la NASA conclut que le sous-sol de la Lune pourrait être plus riche en métaux, comme le fer et le titane, que pensé auparavant<ref>{{Article |auteur1=Heggy |prénom1=Essam |auteur2=Palmer |prénom2=E.M. |auteur3=Thompson |prénom3=T.W. |auteur4=Thomson |prénom4=B.J. |titre=Bulk composition of regolith fines on lunar crater floors: Initial investigation by LRO/Mini-RF |périodique=Earth and Planetary Science Letters |volume=541 |numéro=116274 |année=2020 |doi=10.1016/j.epsl.2020.116274 |pages=116274 }}</ref>.


En juillet 2020, des scientifiques rapportent que la Lune s'est formée vers 4,425 ± 0,025 Ga, environ 85 millions d'années plus tôt que prévu, et qu'elle a abrité un [[océan magmatique]] pendant beaucoup plus longtemps que pensé auparavant (pendant ~ 200 millions d'années)<ref>{{Article |langue=en |auteur1=Maurice |prénom1=M. |auteur2=Tosi |prénom2=N. |auteur3=Schwinger |prénom3=S. |auteur4=Breuer |prénom4=D. |titre=A long-lived magma ocean on a young Moon |périodique=Science Advances |volume=6 |numéro=28 |date=1 July 2020 |issn=2375-2548 |doi=10.1126/sciadv.aba8949 |lire en ligne=https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eaba8949 |consulté le=16 August 2020 |accessdate=free |pages=eaba8949 }}.</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Researchers find younger age for Earth's moon |url=https://phys.org/news/2020-07-younger-age-earth-moon.html |site=phys.org |consulté le=2020-12-06}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |auteur= |titre=Earth's Moon Had Magma Ocean for 200 Million Years {{!}} Space |url=https://www.labroots.com/trending/space/18124/earth-s-moon-magma-ocean-200-million |site=LabRoots |date= |consulté le=2020-12-06}}</ref>.
En 2020, une équipe de chercheurs du ''[[Lunar Reconnaissance Orbiter]]'' (LRO) de la NASA conclut que le sous-sol de la Lune pourrait être plus riche en métaux, comme le fer et le titane, que pensé auparavant<ref>{{Article |auteur1=Heggy |prénom1=Essam |auteur2=Palmer |prénom2=E.M. |auteur3=Thompson |prénom3=T.W. |auteur4=Thomson |prénom4=B.J. |titre=Bulk composition of regolith fines on lunar crater floors: Initial investigation by LRO/Mini-RF |périodique=Earth and Planetary Science Letters |volume=541 |numéro=116274 |année=2020 |doi=10.1016/j.epsl.2020.116274 |pages=116274 }}</ref>. D'autres scientifiques rapportent que la Lune s'est formée vers 4,425 ± 0,025 Ga, environ 85 millions d'années plus tôt que prévu, et qu'elle a abrité un [[océan magmatique]] pendant beaucoup plus longtemps que pensé auparavant (pendant ~ 200 millions d'années)<ref>{{Article |langue=en |auteur1=Maurice |prénom1=M. |auteur2=Tosi |prénom2=N. |auteur3=Schwinger |prénom3=S. |auteur4=Breuer |prénom4=D. |titre=A long-lived magma ocean on a young Moon |périodique=Science Advances |volume=6 |numéro=28 |date=1 July 2020 |issn=2375-2548 |doi=10.1126/sciadv.aba8949 |lire en ligne=https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eaba8949 |consulté le=16 August 2020 |accessdate=free |pages=eaba8949 }}.</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |titre=Researchers find younger age for Earth's moon |url=https://phys.org/news/2020-07-younger-age-earth-moon.html |site=phys.org |consulté le=2020-12-06}}</ref>{{,}}<ref>{{Lien web |langue=en |auteur= |titre=Earth's Moon Had Magma Ocean for 200 Million Years {{!}} Space |url=https://www.labroots.com/trending/space/18124/earth-s-moon-magma-ocean-200-million |site=LabRoots |date= |consulté le=2020-12-06}}</ref>.


== Références ==
== Références ==

Version du 6 décembre 2020 à 18:59

Vue d'artiste d'un impact géant similaire à celui qui aurait abouti à la formation de la Lune.

La formation de la Lune est généralement expliquée par l'impact d'une protoplanète contre la proto-Terre, créant un anneau de débris qui s'est finalement rassemblé en un seul satellite naturel, la Lune. Cependant, il existe un certain nombre de variations de l'hypothèse d'impact géant comme explication à la formation de la Lune[1]. D'autres scénarios proposés incluent le fait que le corps ait été capturé, la fission, une formation commune ensemble ou des collisions des planétésimaux (formées à partir de corps de type astéroïde).

L'hypothèse standard de l'impact géant suggère qu'un corps de la taille de Mars, appelé Theia, aurait impacté la proto-Terre, créant un grand anneau d'accrétion autour de la Terre, qui s'est ensuite accrété pour former la Lune. Cette collision a également entraîné l'inclinaison de l'axe de 23,5° de la Terre, provoquant ainsi les saisons.

Il existe cependant des informations non expliquées par ce modèles. Ainsi, les rapports isotopiques de l'oxygène de la Lune semblent être essentiellement identiques à ceux de la Terre[2]. Ceux-ci donnent cepndant une signature unique et distincte pour chaque corps du Système solaire[3]. Si Théia avait été une protoplanète distincte, elle aurait probablement eu une signature isotopique d'oxygène différente de celle de la proto-Terre, tout comme le matériau mixte éjecté[4]. En outre, le rapport isotopique du titane de la Lune ( 50 Ti / 47 Ti ) semble si proche de celui de la Terre (à moins de 4 parties par million) que peu ou pas de masse du corps en collision aurait probablement pu faire partie de la Lune[5].

Génèse d'un consensus

La Lune commence à se former il y a 4,51 milliards d'années, environ 60 millions d'années après la formation du Système solaire. Plusieurs mécanismes de formation sont proposés[6], parmi lesquels la fission de la Lune à partir de la croûte terrestre par la force centrifuge[7] (ce qui exigerait une vitesse de rotation initiale de la Terre trop élevée)[8], la capture gravitationnelle d'une Lune préformée (ce qui nécessiterait cependant une atmosphère terrestre étendue irréaliste pour dissiper l'énergie de la Lune de passage)[9],[8] et la co-formation de la Terre et de la Lune dans le disque d'accrétion primordial (ce qui ne peut pas expliquer la disparition des métaux dans la Lune)[8]. Ces hypothèses ne peuvent pas non plus expliquer le moment cinétique élevé du système Terre-Lune[10].

Ainsi, l'hypothèse dominante est que le système Terre-Lune se soit formé après un impact conséquent d'un corps ayant une taille similaire à celle de Mars (nommé Théia, la mère de Séléné dans la mythologie grecque) avec la proto-Terre ; elle est appelée l'hypothèse de l'impact géant[11]. L'impact projette alors des matériaux sur l'orbite de la Terre, qui par accrétion finissent par former la Lune[12],[13]. La face cachée de la Lune possède une croûte plus épaisse de 48 km que celle de la face visible. Une explication possible (mais non consensuelle) serait que la Lune aurait fusionné à partir des matériaux de deux corps différents[14].

Cette hypothèse, bien qu'imparfaite, est celle qui explique le mieux les caractéristiques du système Terre-Lune actuel et les preuves disponibles. Dix-huit mois avant la conférence d'octobre 1984 sur les origines de la Lune, les organisateurs Bill Hartmann, Roger Phillips et Jeff Taylor mettent au défi leurs collègues scientifiques lunaires : « Vous avez dix-huit mois. Retournez à vos données d'Apollo, retournez à votre ordinateur, faites ce que vous avez à faire, mais décidez-vous. Ne venez à notre conférence que si vous avez quelque chose à dire sur la naissance de la Lune. »[a]. Lors de la conférence de 1984 à Kona, à Hawaï, l'hypothèse de l'impact géant apparaît comme la théorie la plus consensuelle[14].

« Avant la conférence, il y avait des partisans des trois théories "traditionnelles", plus quelques personnes qui commençaient à prendre l'impact géant au sérieux, et il y avait un énorme milieu apathique qui ne pensait pas que le débat serait un jour résolu. Par la suite, il n'y avait pratiquement que deux groupes : le camp de l'impact géant et les agnostiques. »[b]

— Dana Mackenzie, The Big Splat, or How Our Moon Came to Be

Hypothèse de l'impact géant

Article détaillé : Hypothèse de l'impact géant.
Animation du déroulement supposé de l'impact.

Selon l’hypothèse de référence, une proto-Terre de taille similaire à celle actuelle et autre protoplanète analogue à Mars (la moitié du diamètre terrestre et un dixième de sa masse) entrent un collision. Cette dernière est parfois appelée Theia, le nom de la mère de Séléné, la déesse de la Lune dans la mythologie grecque. Ce rapport dimensionnel est nécessaire pour que le système résultant ait un moment cinétique suffisant pour correspondre à la configuration orbitale actuelle. Cela provoque l'éjection d'une quantité considérable de matériaux loin de la Terre. L'impacteur, la croûte et une partie du manteau terrestre sont disloqués. L'impacteur apporte à la Terre une grande partie du fer de son noyau et projette une grande quantité de débris dans l’orbite terrestre. La Lune se forme, par accrétion d'une partie de ce nuage de débris, en un temps très court, de l'ordre d'un siècle[15].

Les simulations informatiques montrent la nécessité qu'une partie de l'impacteur se soit désintégrée pour former un long bras de matériau qui se cisaille ensuite. La forme asymétrique de la Terre suite à la collision amène alors ce matériau à s'installer sur une orbite autour de la masse principale. L'énergie impliquée dans cette collision serait exceptionnelle : peut-être des milliards de tonnes de matériaux auraient été vaporisés et fondus. Dans certaines parties de la Terre, la température aurait atteint 10,000° C.

Le noyau de fer relativement petit de la Lune (par rapport aux autres planètes rocheuses et aux autres satellites du Système solaire) s'explique par le fait que le noyau de Théia ait fusionné principalement avec celui de la Terre. Le manque de substances volatiles dans les échantillons lunaires s'explique également en partie par l'énergie de la collision. Cela aurait fait fondre la couche externe de la Terre, et ainsi formé un océan de magma[16],[17]. L'énergie libérée lors de la réaccrétion de matière en orbite autour de la Terre aurait été suffisante pour faire fondre une grande partie de la Lune, conduisant à la génération d'un océan magmatique lunaire ; sa profondeur est estimée comme allant de 500 km à 1 737 km[16]. L'hypothèse est validée par l'épuisement des isotopes de zinc sur la Lune[18].

La Lune nouvellement formée tourne ensuite en orbite à environ un dixième de la distance lunaire actuelle avant de s'éloignement graduellement en raison de l'accélération par effet de marée transférant le moment angulaire des rotations des deux corps au mouvement orbital de la Lune. Lors de ce processus, la Lune entre en rotation synchrone avec la Terre, de sorte qu'un côté de la Lune est continuellement tourné vers la Terre, sa face visible. En outre, la Lune aurait heurté et incorporé tous les petits satellites préexistants de la Terre, qui auraient partagé la composition de la Terre, y compris ses abondances isotopiques. La géologie de la Lune est depuis indépendante de celle la Terre.

Il est supposé que les impacts géants étaient courants au début du Système solaire. Les simulations informatiques d'impacts géants produisent des résultats cohérents avec la masse du noyau lunaire et le moment cinétique du système Terre-Lune. Ces simulations montrent également que la majeure partie de la Lune dérive de l'impacteur plutôt que de la proto-Terre[19]. Cependant, des simulations plus récentes suggèrent une plus grande fraction de la Lune est dérivée de la proto-Terre[20],[21],[22] . D'autres corps du Système solaire interne tels que Mars et Vesta ont, selon les météorites en provenant, des compositions isotopiques en oxygène et en tungstène très différentes de celles de la Terre. À l'inverse, la Terre et la Lune ont des compositions isotopiques presque identiques. L'égalisation isotopique du système Terre-Lune pourrait s'expliquer par un mélange après impact du matériau vaporisé avant l'accrétion sur les deux astres, bien que cela soit toujours débattu[23],[24]. Le volcanisme lunaine relativement récent ou l'existence passée d'un champ magnétique planétaire pour le satellite ne sont également pas expliquées avec ce modèle[11],[25]. Aussi, les éléments volatils de la Lune ne sont pas aussi épuisés que prévu d'un tel impact énergétique[26],[27].

En 2001, une équipe du Carnegie Institute de Washington rapporte la mesure la plus précise des signatures isotopiques des roches lunaires[28]. À leur grande surprise, les roches du programme Apollo présentent la même signature isotopique que les roches terrestres, mais elles différaient de presque tous les autres corps du Système solaire. Cette observation est inattendue car il était alors pensé que la plupart des matériaux qui formaient la Lune provenaient de Théia, or il a été annoncé en 2007 qu'il y avait moins de 1 % de chance que Théia et la Terre aient des signatures isotopiques identiques[29],[30][31]. D'autres échantillons lunaires d'Apollo étudiés en 2012 comportent la même composition en isotopes de titane que la Terre, ce qui est en conflit avec ce qui est attendu si la Lune s'est formée loin de la Terre ou est dérivée de Theia[32]. De même, une étude de 2013 indique que l'eau contenue dans le magma lunaire est impossible à distinguer de celle des chondrites carbonées et à peu près la même que celle de la Terre en composition isotopique [33].

Schéma de l'hypothétique impact géant.

Variations de l'hypothèse de l'impact géant

Fusion de deux planètes

Pour aider à résoudre ces problèmes, une nouvelle théorie publiée en 2012 postule que deux corps - chacun cinq fois la taille de Mars - sont entrés en collision, puis se sont rappelés, formant un grand disque de débris mixtes qui ont finalement formé la Terre et la Lune.

Impacts multiples

En 2017, des planétologues de l'Institut Weizmann proposent une nouvelle théorie qui suggère que la Lune ait été créé par une violente pluie de débris cosmiques qui a martelé à plusieurs reprises la Terre naissante pendant des millions d'années. Ils déterminent qu'une série d'impacts plus petits et moins cataclysmiques, qui étaient probablement plus fréquents au début du Système solaire, pourraient faire exploser suffisamment de roches terrestres et les placer en orbite pour former des petits satellites naturels. À mesure que des impacts répétés créaient plus de boules de débris, les débris pourraient fusionner au fil du temps en une seule grande lune plus massive[34]. Ce scénario serait plus compatible avec les contraintes de composition chimique et de moment cinétique, et nécessiterait des conditions moins particulières que celui de la collision entre la proto-Terre et Théia[35].

Hypothèse de Synestia

En 2018, des chercheurs de Harvard et de l'UC Davis développent des modèles informatiques démontrant que l'un des résultats possibles d'une collision planétaire est qu'elle crée une synestia, une masse de roche et de métal vaporisés qui forme un nuage torique de gaz et de fragments rocheux s'étendant au-delà de l'orbite lunaire. En effet le modèle classique ne rend pas compte de certaines caractéristiques de la Lune comme son manque d'éléments volatils par rapport à la Terre.

Selon cette nouvelle variante de l'impact géant, la percussion d'une proto-Terre plus petite conduit à la vaporisation et au mélange de la croûte et du manteau terrestre avec les matériaux de l'impacteur : une synestia se forme. Ainsi, la Lune résulterait de l'accrétion des fragments rocheux en quelques décennies alors que la synestia finit par rétrécir et refroidir tandis que les éléments volatils restent dans le nuage de vapeur et rejoignent progressivement la Terre au cours de son long refroidissement[15],[36],[37].

Anciens satellites

Une autre possibilité est qu'avant l'impact géant, la Terre avait un ou plusieurs satellites normaux qui partageaient sa composition. À la suite de l'impact, la Lune s'est formée plus près de la Terre que ces satellites, puis a fait une spirale vers l'extérieur, entrant en collision avec eux. Cela expliquerait la composition similaire de la Lune avec celle de la Terre.[réf. nécessaire]

Autres hypothèses

Capture

Densité de

différents corps[38]

Corps Densité
g/cm3
Mercure 5,4
Vénus 5.2
Terre 5.5
Lune 3,3

Cette hypothèse affirme que la Lune a été capturée par la Terre[39]. Ce modèle était populaire jusque dans les années 1980, et certains points en sa faveur sont la taille, l'orbite et le verrouillage par effets de marées de la Lune.

Un problème est de comprendre le mécanisme de capture[39]. Une rencontre rapprochée de deux corps planétaires entraîne généralement une collision ou une modification des trajectoires. Pour que cette hypothèse fonctionne, il aurait été nécessaire qu'une grande atmosphère soit présente autour de la Terre primitive, ce qui ralentirait le mouvement de la Lune par aérofreinage avant qu'elle ne puisse s'échapper. Cette hypothèse peut également expliquer les orbites satellites irrégulières de Jupiter et de Saturne.

La théorie Common-Donor Capture explique les similitudes isotopiques entre la croûte terrestre et la lune. Mercure est suggérée comme donneur parce que les échantillons de la Terre et de la Lune tombent exactement sur la même ligne de fractionnement que les chondrites à enstatite pensées comme originaires de Mercure ou de la région entourant la planète. Des études sur les isotopes du silicium sensibles à la pression concordent en confirmant que les minéraux à la surface de la Lune et de la Terre proviennent d'une pression élevée, vraisemblablement de l'intérieur d'une autre planète[40]. Mercure, ayant été dénudé d'une grande partie de son manteau rocheux, est un candidat donateur en conséquence[41],[42] . Dans le scénario de l'origine de la Lune près du centre du Système solaire, Vénus aurait pu contribuer en tant tremplin par assistance gravitationnelle[43],[44].

Terre et Lune à l'échelle, 500 km par pixel.

Fission

Il s'agit d'une ancienne hypothèse désormais discréditée selon laquelle une Terre ancienne, en rotation rapide, aurait expulsé un morceau de sa masse[39]. Cela est proposé par George Darwin (fils de Charles Darwin) en 1879 [45] et conserve une certaine popularité jusqu'au programme Apollo. Le géologue autrichien Otto Ampherer suggère également en 1925 l'émergence de la Lune comme cause de la dérive des continents[46].

Il est alors proposé que l'océan Pacifique représente la cicatrice de cet événement[39]. Il est à présent connu que la croûte océanique qui compose ce bassin est relativement jeune, environ 200 millions d'années ou moins, alors que la Lune est beaucoup plus ancienne. La Lune n'est pas constituée d'une croûte océanique mais d'un matériau analogue à un manteau planétaire, qui provient de la proto-Terre au Précambrien[5].

Concentrations de thorium sur la Lune, telles que cartographiées par Lunar Prospector.

Accrétion

L'hypothèse d'accrétion suggère que la Terre et la Lune se sont formées ensemble comme un système double à partir du disque d'accrétion primordial du Système solaire[47] ou même d'un trou noir[48]. Le problème avec cette hypothèse est qu'elle n'explique pas le moment cinétique du système Terre-Lune ni pourquoi la Lune a un noyau de fer relativement petit par rapport à celui de la Terre (25% de son rayon contre 50% pour la Terre).

Explosion nucléaire

Les scientifiques néerlandais Rob de Meijer et Wim van Westrenen suggèrent en 2010 que la Lune pourrait s'être formée à partir d'une explosion nucléaire causée par la force centrifuge d'une proto-Terre en rotation. La force centrifuge aurait concentré des éléments lourds tels que le thorium et l'uranium sur le plan équatorial et à la frontière entre le noyau externe et le manteau terrestre. Si les concentrations de ces éléments radioactifs étaient suffisamment élevées, cela aurait pu conduire à une réaction nucléaire en chaîne devenue supercritique, provoquant une explosion nucléaire éjectant la Lune en orbite[49],[50]. Un type de réacteur nucléaire naturel a déjà été observé sur Terre à une échelle beaucoup plus petite, au Gabon.

Théories et études supplémentaires

Evolution of the Moon, vidéo de la NASA (2012).

En 2011, il est théorisé qu'une seconde lune existait 4,5 il y a un milliard d'années, et a eu plus tard un impact sur la Lune, dans le cadre du processus d'accrétion dans la formation de la Lune[51].

En 2013, une hypothèse présentée uniquement comme une possibilité, suppose que la Terre aurait capturé la Lune à Vénus[52].

En 2017, la datation par l'uranium-plomb des fragments de zircon d'Apollo 14 montre que l'âge de la Lune est d'environ 4,51 milliards d'années[53],[54].

En 2020, une équipe de chercheurs du Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA conclut que le sous-sol de la Lune pourrait être plus riche en métaux, comme le fer et le titane, que pensé auparavant[55]. D'autres scientifiques rapportent que la Lune s'est formée vers 4,425 ± 0,025 Ga, environ 85 millions d'années plus tôt que prévu, et qu'elle a abrité un océan magmatique pendant beaucoup plus longtemps que pensé auparavant (pendant ~ 200 millions d'années)[56],[57],[58].

Références

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