Pendant des décennies, les scientifiques ont réfléchi à la façon dont la Terre a acquis son seul satellite, la Lune. Alors que certains ont fait valoir qu'elle s'est formée à partir de matériaux perdus par la Terre en raison de la force centrifuge ou qu'elle a été capturée par la gravité de la Terre, la théorie la plus largement acceptée est que la Lune s'est formée il y a environ 4,5 milliards d'années lorsqu'un objet de la taille de Mars (nommé Theia) est entré en collision avec une proto-Terre (alias l'hypothèse d'impact géant).
Cependant, comme la proto-Terre a subi de nombreux impacts géants, plusieurs lunes devraient se former en orbite autour d'elle au fil du temps. La question se pose donc, qu'est-il advenu de ces lunes? En soulevant cette question, une équipe et une équipe internationale de scientifiques ont mené une étude dans laquelle ils suggèrent que ces «moonlets» auraient finalement pu s'écraser sur Terre, ne laissant que celle que nous voyons aujourd'hui.
L'étude, intitulée «Moonfalls: Collisions entre la Terre et ses lunes passées», a récemment été publiée en ligne et a été acceptée pour publication dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. L'étude était dirigée par Uri Malamud, boursier postdoctoral de l'Institut technologique israélien du Technion, et comprenait des membres de l'Université de Tübingen, en Allemagne, et de l'Université de Vienne.
Pour les besoins de leur étude, le Dr Malamud et ses collègues - le professeur Hagai B. Perets, le Dr Christoph Schafer et M. Christoph Burger (un étudiant au doctorat) - ont réfléchi à ce qui se passerait si la Terre, dans sa forme la plus ancienne, avait connu de multiples impacts géants antérieurs à la collision avec Theia. Chacun de ces impacts aurait eu le potentiel de former un «moonlet» de masse sous-lunaire qui aurait interagi gravitationnellement avec la proto-Terre, ainsi que d'éventuels moonlets précédemment formés.
En fin de compte, cela aurait entraîné des fusions lune-lune, les lune étant éjectées de l'orbite terrestre ou les lune tombant sur Terre. En fin de compte, le Dr Malamud et ses collègues ont choisi d'étudier cette dernière possibilité, car elle n'a pas été explorée auparavant par les scientifiques. De plus, cette possibilité pourrait avoir un impact considérable sur l’histoire et l’évolution géologiques de la Terre. Comme Malamud l'a indiqué à Space Magazine par e-mail:
«Dans la compréhension actuelle de la formation des planètes, les derniers stades de la croissance des planètes terrestres ont eu lieu à travers de nombreuses collisions géantes entre des embryons planétaires. Ces collisions forment des disques de débris importants, qui à leur tour peuvent devenir des lunes. Comme nous l'avons suggéré et souligné dans cet article et dans nos articles précédents, étant donné les taux de telles collisions et l'évolution des lunes - l'existence de plusieurs lunes et leurs interactions mutuelles entraîneront des chutes de lune. C'est une partie inhérente et incontournable de la théorie actuelle de la formation des planètes. »
Cependant, parce que la Terre est une planète géologiquement active, et parce que son atmosphère épaisse conduit aux intempéries et à l'érosion naturelles, la surface change radicalement avec le temps. En tant que tel, il est toujours difficile de déterminer les effets des événements qui se sont produits pendant les premières périodes de la Terre - c'est-à-dire l'Eon Hadéen, qui a commencé il y a 4,6 milliards d'années avec la formation de la Terre et s'est terminé il y a 4 milliards d'années.
Pour tester si plusieurs impacts auraient pu se produire au cours de cet Eon, entraînant la chute de lune sur la Terre, l'équipe a mené une série de simulations hydrodynamiques à particules lisses (SPH). Ils ont également examiné une gamme de masses de lune, d'angles d'impact de collision et de taux de rotation initiaux de la proto-Terre. Fondamentalement, si des moonlets étaient tombés sur Terre dans le passé, cela aurait modifié le taux de rotation de la proto-Terre, entraînant sa période de rotation sidérale actuelle de 23 heures, 56 minutes et 4,1 secondes.
En fin de compte, ils ont trouvé des preuves que, même si les impacts directs des gros objets n'étaient pas susceptibles qu'un certain nombre de collisions de marée de pâturage auraient pu avoir lieu. Celles-ci auraient provoqué la projection de matériaux et de débris dans l'atmosphère qui auraient formé de petites lunes qui auraient ensuite interagi les unes avec les autres. Comme Malamud l'a expliqué:
«Nos résultats montrent cependant que dans le cas d'une chute de lune, la distribution du matériau provenant de la lune n'est même pas sur la Terre, et donc de telles collisions peuvent donner lieu à des asymétries et des inhomogénéités de composition. Comme nous en discutons dans l'article, il existe en fait des preuves possibles de ces dernières - les chutes de lune peuvent potentiellement expliquer les hétérogénéités isotopiques des éléments très sidérophiles dans les roches terrestres. En principe, les collisions lunaires peuvent également produire une structure à grande échelle sur la Terre, et nous avons supposé qu'un tel effet aurait pu contribuer à la formation du premier super-continent de la Terre. Cet aspect, cependant, est plus spéculatif, et il est difficile à confirmer directement, étant donné l'évolution géologique de la Terre depuis ces premiers temps. »
Cette étude étend efficacement l'hypothèse d'impact géant actuelle et très populaire. Conformément à cette théorie, la Lune s'est formée au cours des 10 à 100 premiers millions d'années du système solaire, lorsque les planètes terrestres se formaient encore. Au cours des dernières étapes de cette période, ces planètes (Mercure, Vénus, Terre et Mars) auraient grandi principalement par des impacts avec de gros embryons planétaires.
Depuis lors, la Lune aurait évolué en raison des marées mutuelles de la Terre et de la Lune, migrant vers son emplacement actuel, où elle se trouve depuis. Cependant, ce paradigme ne prend pas en compte les impacts qui ont eu lieu avant l'arrivée de Theia et la formation du seul satellite de la Terre. En conséquence, le Dr Malamud et ses collègues affirment qu'il est déconnecté de l'image plus large de la formation des planètes terrestres.
En tenant compte des collisions potentielles antérieures à la formation de la Lune, affirment-ils, le scientifique pourrait avoir une image plus complète de l'évolution de la Terre et de la Lune au fil du temps. Ces résultats pourraient également avoir des implications en ce qui concerne l'étude d'autres planètes et lunes solaires. Comme l'a indiqué le Dr Malamud, il existe déjà des preuves convaincantes que les collisions à grande échelle ont affecté l'évolution des planètes et des lunes.
"Sur d'autres planètes, nous voyons des preuves d'impacts très importants qui ont produit des caractéristiques topographiques à l'échelle de la planète, telles que la soi-disant dichotomie de Mars et peut-être la dichotomie de la surface de Charon", a-t-il déclaré. «Celles-ci devaient résulter d'impacts à grande échelle, mais suffisamment petits pour créer des caractéristiques de planète sous-mondiales. Les chutes de lune sont des ancêtres naturels de tels impacts, mais on ne peut pas exclure certains autres impacts importants d'astéroïdes qui pourraient produire des effets similaires. »
Il est également possible que de telles collisions se produisent dans un avenir lointain. Selon les estimations actuelles de sa migration, la lune de Mars Phobos finira par s’écraser à la surface de la planète. Bien que faible par rapport aux impacts qui auraient créé des moonlets et la Lune autour de la Terre, cette collision éventuelle est une preuve directe que des chutes de lune se sont produites dans le passé et se reproduiront à l'avenir.
En bref, l'histoire du premier système solaire a été violente et cataclysmique, avec beaucoup de création résultant de collisions puissantes. En ayant une image plus complète de la façon dont ces événements d'impact ont affecté l'évolution des planètes terrestres, nous pouvons obtenir de nouvelles informations sur la formation des planètes porteuses de vie. Ceci, à son tour, pourrait nous aider à retrouver ces planètes dans les systèmes extra-solaires.
