Que sont les mers lunaires, cette spécificité de la face visible de la Lune ?
La Lune présente toujours la même face à notre planète et possède une face cachée, jamais visible depuis la Terre.
Comment expliquer cette asymétrie ? Des scientifiques proposent une nouvelle explication à ce mystère, dans une étude de la revue Nature Geoscience, présentée le 22 juin 2020 par le Earth-Life Science Institute (Japon). Leur analyse implique une concentration d'éléments agissant comme source de chaleur sur la face visible de l'astre.
Pour expliquer la formation de la Lune, les scientifiques recourent le plus souvent à l'hypothèse d'un impact géant entre la jeune Terre et une protoplanète de la taille de Mars, qui aurait eu lieu il y a un peu plus de 4 milliards d'années. Dans ce scénario, qui reste à ce jour le plus robuste, les débris de la collision ont ensuite formé la Terre et la Lune. Une interprétation serait que la Lune ait été en partie formée avec un océan de magma de la Terre.
Même si l'hypothèse d'un océan de magma passé sur la Lune (qui s'est ensuite cristallisé) semble sérieuse, les différences observées entre les deux faces de l'astre sont incompatibles avec l'idée que ce corps se serait refroidi de façon homogène. « La croûte lunaire de la face cachée et de la face visible est asymétrique en termes d'épaisseur, de la composition de l'anorthosite [ndlr : une roche formant les parties les plus claires de la surface de la Lune] primaire dérivée de l'océan magmatique lunaire et de la distribution à la fois d'éléments radioactifs géochimiquement incompatibles et de laves en éruption », écrivent les scientifiques.
Une concentration d'éléments radioactifs sur la face visible
Pour comprendre cette asymétrie, les auteurs se sont intéressés au KREEP, une composante géochimique de brèches d'impact, dont l'origine proviendrait de la formation de la Lune. L'acronyme fait référence au potassium (K), aux Terres rares (des métaux désignés par les lettres REE) et au phosphore (P). Les roches contenant du KREEP sont en majorité situées dans des mers de la face visible de la Lune (océan des Tempêtes et mer des Pluies). Pour les auteurs, la concentration de cette matière sur la face visible de la Lune a joué un rôle important « dans l'évolution thermique et magmatique de la Lune tout au long de son histoire ».
L'une des caractéristiques notables du KREEP est de concentrer des éléments radioactivement instables (comme le potassium, le thorium et l'uranium) qui peuvent produire de la chaleur. La plupart de ces éléments radioactifs sont présents sur la face visible de la Lune. La distribution de ces éléments radioactifs aurait eu lieu uniquement après l'impact géant qui est supposé avoir abouti à la formation de la Lune.
« La capacité du KREEP à abaisser les températures de fusion et son penchant pour la production de chaleur a probablement entraîné la formation d'une croûte asymétrique sur la face visible de la Lune », indiquent les auteurs. Cette concentration d'éléments produisant de la chaleur aurait pu favoriser la formation de 4 à 13 fois plus de croûtes, par rapport à l'autre côté de la Lune. La chaleur serait responsable de l'intensité du volcanisme sur la face visible de la Lune -- les coulées volcaniques ayant formé les mers lunaires.
« Nos résultats remettent en question l'idée selon laquelle l'activité magmatique qui a formé la croûte, qui a immédiatement suivi l'océan magmatique lunaire était un événement à l'échelle de la Lune », concluent les chercheurs. Ils soupçonnent que de tels processus régionaux, à l'origine d'asymétries, pourraient exister sur d'autres lunes du système solaire.