Composite Galileo Terre et Lune

La Terre et la Lune, présentées ici dans un composite de deux images de la mission Galileo des années 1990, ont une longue histoire commune. Il y a des milliards d’années, ils avaient connecté des champs magnétiques. Crédit: NASA / JPL / USGS

La Terre et la Lune partageaient autrefois un bouclier magnétique, protégeant leurs atmosphères

Il y a quatre milliards et demi d’années, la surface de la Terre était un gâchis menaçant et chaud. Bien avant l’émergence de la vie, les températures étaient torrides et l’air était toxique. De plus, en tant que tout-petit, le Soleil a bombardé notre planète avec de violentes explosions de rayonnement appelées fusées éclairantes et éjections de masse coronale. Des flux de particules chargées appelées le vent solaire menaçaient notre atmosphère. Notre planète était, en somme, inhabitable.

Mais un bouclier voisin a peut-être aidé notre planète à conserver son atmosphère et éventuellement à développer des conditions de vie et d’habitabilité. Ce bouclier était la Lune, dit un NASA-Etude dirigée dans le journal Progrès scientifiques.

Lignes de champ magnétique terrestre

Cette illustration montre les lignes de champ magnétique que la Terre génère aujourd’hui. La Lune n’a plus de champ magnétique. Crédit: NASA

«La Lune semble avoir présenté une barrière protectrice substantielle contre le vent solaire pour la Terre, ce qui était essentiel à la capacité de la Terre à maintenir son atmosphère pendant cette période», a déclaré Jim Green, scientifique en chef de la NASA et auteur principal de la nouvelle étude. «Nous sommes impatients de donner suite à ces découvertes lorsque la NASA enverra des astronautes sur la Lune via le programme Artemis, qui renverra des échantillons critiques du pôle sud lunaire.»

Une brève histoire de la Lune

La Lune s’est formée il y a 4,5 milliards d’années lorsqu’un MarsUn objet de taille réduite appelé Theia a percuté la proto-Terre alors que notre planète avait moins de 100 millions d’années, selon les principales théories. Les débris de la collision se sont fondus dans la Lune, tandis que d’autres restes se sont réincorporés dans la Terre. En raison de la gravité, la présence de la Lune a stabilisé l’axe de rotation de la Terre. À cette époque, notre planète tournait beaucoup plus vite, avec une journée de 5 heures seulement.

Et dans les premiers jours, la Lune était aussi beaucoup plus proche. Alors que la gravité de la Lune tire sur nos océans, l’eau est légèrement chauffée et cette énergie se dissipe. Il en résulte que la Lune s’éloigne de la Terre à un rythme de 1,5 pouce par an, soit environ la largeur de deux dixièmes de dix cents adjacents. Au fil du temps, cela s’additionne vraiment. Il y a 4 milliards d’années, la Lune était trois fois plus proche de la Terre qu’elle ne l’est aujourd’hui – à environ 80 000 milles, contre 238 000 milles actuels. À un moment donné, la Lune est également devenue «verrouillée», ce qui signifie que la Terre n’en voit qu’un côté.

Champ magnétique lunaire

Lorsque la Lune avait un champ magnétique, elle aurait été protégée du vent solaire entrant, comme le montre cette illustration. Crédit: NASA

Les scientifiques pensaient autrefois que la Lune n’avait jamais eu de champ magnétique mondial durable parce qu’elle avait un si petit noyau. Un champ magnétique provoque le déplacement des charges électriques le long de lignes invisibles, qui s’inclinent vers la Lune aux pôles. Les scientifiques connaissent depuis longtemps le champ magnétique terrestre, qui crée les aurores magnifiquement colorées dans les régions arctique et antarctique.

Un champ magnétique sert de bouclier provoquant le déplacement des charges électriques le long de ses lignes invisibles. Les scientifiques connaissent depuis longtemps le champ magnétique terrestre, qui est à l’origine des aurores magnifiquement colorées dans les régions arctique et antarctique. Le mouvement du fer liquide et du nickel au plus profond de la Terre, qui circule toujours à cause de la chaleur laissée par la formation de la Terre, génère les champs magnétiques qui constituent une bulle protectrice entourant la Terre, la magnétosphère.

Mais grâce à des études d’échantillons de la surface lunaire des missions Apollo, les scientifiques ont découvert que la Lune avait aussi une magnétosphère. Les preuves continuent de s’accumuler à partir d’échantillons qui ont été scellés pendant des décennies et récemment analysés avec la technologie moderne.

Comme la Terre, la chaleur de la formation de la Lune aurait fait couler le fer profondément à l’intérieur, mais pas aussi longtemps à cause de sa taille.

«C’est comme faire un gâteau: vous le sortez du four et il refroidit encore», a déclaré Green. «Plus la masse est grande, plus il faut de temps pour se rafraîchir.»

Un bouclier magnétique

La nouvelle étude simule le comportement des champs magnétiques de la Terre et de la Lune il y a environ 4 milliards d’années. Les scientifiques ont créé un modèle informatique pour examiner le comportement des champs magnétiques à deux positions sur leurs orbites respectives.

Champs magnétiques de la Terre et de la Lune

Cette illustration montre comment la Terre et sa Lune avaient toutes deux des champs magnétiques connectés il y a des milliards d’années, aidant à protéger leur atmosphère des courants de particules solaires dommageables, selon de nouvelles recherches. Crédit: NASA

À certains moments, la magnétosphère de la Lune aurait servi de barrière au fort rayonnement solaire qui pleuvait sur le système Terre-Lune, écrivent les scientifiques. C’est parce que, selon le modèle, les magnétosphères de la Lune et de la Terre auraient été magnétiquement connectées dans les régions polaires de chaque objet. Ce qui est important pour l’évolution de la Terre, les particules du vent solaire à haute énergie n’ont pas pu pénétrer complètement le champ magnétique couplé et détacher l’atmosphère.

Mais il y a eu aussi un échange atmosphérique. La lumière ultraviolette extrême du Soleil aurait dépouillé les électrons des particules neutres dans l’atmosphère la plus élevée de la Terre, rendant ces particules chargées et leur permettant de voyager vers la Lune le long des lignes de champ magnétique lunaire. Cela a peut-être contribué à ce que la Lune maintienne une atmosphère mince à ce moment-là également. La découverte d’azote dans des échantillons de roches lunaires confirme l’idée que l’atmosphère terrestre, dominée par l’azote, a contribué à l’atmosphère ancienne de la Lune et à sa croûte.

Les scientifiques calculent que cette situation de champ magnétique partagé, avec les magnétosphères de la Terre et de la Lune, aurait pu persister il y a 4,1 à 3,5 milliards d’années.

«Comprendre l’histoire du champ magnétique de la Lune nous aide à comprendre non seulement les premières atmosphères possibles, mais aussi comment l’intérieur lunaire a évolué», a déclaré David Draper, scientifique en chef adjoint de la NASA et co-auteur de l’étude. «Cela nous dit à quoi aurait pu ressembler le noyau de la Lune – probablement une combinaison de métal liquide et solide à un moment de son histoire – et c’est une pièce très importante du puzzle du fonctionnement de la Lune à l’intérieur.”

Au fil du temps, alors que l’intérieur de la Lune se refroidissait, notre voisin le plus proche a perdu sa magnétosphère, et finalement son atmosphère. Le champ a dû diminuer considérablement il y a 3,2 milliards d’années et disparaître il y a environ 1,5 milliard d’années. Sans champ magnétique, le vent solaire a dépouillé l’atmosphère. C’est aussi pourquoi Mars a perdu son atmosphère: le rayonnement solaire l’a dépouillée.

Si notre Lune a joué un rôle dans la protection de notre planète contre les radiations nocives à un moment critique, alors de la même manière, il peut y avoir d’autres lunes autour des exoplanètes terrestres dans la galaxie qui aident à préserver les atmosphères de leurs planètes hôtes et contribuent même conditions, disent les scientifiques. Cela intéresserait le domaine de l’astrobiologie – l’étude des origines de la vie et la recherche de la vie au-delà de la Terre.

L’exploration humaine peut nous en dire plus

Cette étude de modélisation présente des idées sur la manière dont les histoires anciennes de la Terre et de la Lune ont contribué à la préservation de l’atmosphère primitive de la Terre. Les processus mystérieux et complexes sont difficiles à comprendre, mais de nouveaux échantillons de la surface lunaire fourniront des indices sur les mystères.

Alors que la NASA envisage d’établir une présence humaine durable sur la Lune grâce au programme Artemis, il peut y avoir de multiples opportunités de tester ces idées. Lorsque les astronautes renvoient les premiers échantillons du pôle sud lunaire, où les champs magnétiques de la Terre et de la Lune sont le plus connectés, les scientifiques peuvent rechercher les signatures chimiques de l’atmosphère ancienne de la Terre, ainsi que les substances volatiles comme l’eau qui ont été délivrées par l’impact des météores. et les astéroïdes. Les scientifiques sont particulièrement intéressés par les zones du pôle sud lunaire qui n’ont pas vu du tout la lumière du soleil depuis des milliards d’années – les «régions ombragées en permanence» – parce que les particules solaires dures n’auraient pas éliminé les volatiles.

L’azote et l’oxygène, par exemple, peuvent avoir voyagé de la Terre à la Lune le long des lignes de champ magnétique et se sont retrouvés piégés dans ces roches.

«Des échantillons importants de ces régions ombragées en permanence seront essentiels pour que nous puissions démêler cette première évolution des volatiles de la Terre, en testant nos hypothèses de modèle», a déclaré Green.

Référence: «When the Moon had a magnetosphere» par James Green, David Draper, Scott Boardsen et Chuanfei Dong, 14 octobre 2020, Progrès scientifiques.
DOI: 10.1126 / sciadv.abc0865

Les autres co-auteurs de l’article sont Scott Boardsen de l’Université du Maryland, comté de Baltimore; et Chuanfei Dong de université de Princeton dans le New Jersey.