Terre

Publié le 2024-05-02 14:35:00. Des simulations informatiques révèlent que le champ magnétique terrestre, loin de protéger uniquement notre atmosphère, agit comme un canal qui envoie des particules vers la Lune, expliquant ainsi la présence inattendue de certains gaz dans le sol lunaire.

• Le champ magnétique terrestre transporte des particules atmosphériques vers la Lune.
• Cette découverte explique la composition énigmatique du régolithe lunaire, notamment sa teneur en azote et en gaz rares.
• Le sol lunaire pourrait constituer un véritable témoignage de l’évolution chimique de l’atmosphère terrestre au fil des milliards d’années.

Une équipe d’astrophysiciens de l’Université de Rochester a publié dans la revue Nature Communications Terre & Environnement une étude bouleversant notre compréhension des interactions entre la Terre et sa satellite. Jusqu’à présent, on considérait que le champ magnétique terrestre constituait une barrière protectrice empêchant l’atmosphère de s’échapper dans l’espace. Les nouvelles simulations montrent que ce bouclier joue un rôle bien plus complexe : il agit comme un véritable conduit, une « autoroute » invisible acheminant les particules terrestres directement vers la surface lunaire.

Depuis le retour des missions Apollo, les scientifiques s’interrogent sur la présence d’éléments volatils, tels que l’azote et les gaz rares, dans les roches et la poussière lunaires (le fameux régolithe). Ces éléments ne devraient, en théorie, pas s’y trouver en de telles quantités. La Lune possède une exosphère, une couche de gaz extrêmement ténue, formée en grande partie (environ 70 %, selon une étude récente du MIT) par la « vaporisation par impact » : les micrométéorites qui frappent le sol lunaire projettent de la poussière et des gaz. Les 30 % restants étaient traditionnellement attribués au vent solaire, un flux constant de particules chargées émanant du Soleil.

Cependant, les calculs ne concordaient pas. Le vent solaire et les impacts de météorites ne pouvaient pas à eux seuls expliquer la composition isotopique de l’azote retrouvé dans les échantillons rapportés par Apollo. Une autre source devait être en jeu. Certains ont alors émis l’hypothèse que cette source pourrait être la Terre, mais le mécanisme de transfert restait un mystère.

Des études antérieures avaient suggéré que ce transfert atmosphérique n’aurait été possible qu’à l’aube du système solaire, lorsque la Terre ne disposait pas encore d’un champ magnétique puissant. L’idée était qu’une fois le bouclier magnétique en place, la fuite d’atmosphère aurait cessé. L’équipe de l’Université de Rochester, dirigée par le géophysicien John Tarduno, a remis en question cette hypothèse.

Pour déterminer la vérité, les chercheurs ont réalisé des simulations de deux scénarios : une « Terre primitive » sans champ magnétique, soumise à un vent solaire intense, et une « Terre moderne », dotée de son puissant bouclier magnétique et d’un vent solaire plus faible.

« La simulation de la Terre moderne correspondait bien mieux aux données », expliquent les chercheurs. « Et la raison était tout à fait surprenante : le champ magnétique ne bloquait pas la sortie des particules, mais les canalisait. »

Le mécanisme est à la fois violent et élégant. Le vent solaire frappe l’atmosphère terrestre et arrache des particules chargées (ions). Au lieu de se disperser dans l’espace, ces particules sont piégées dans les lignes du champ magnétique terrestre. La magnétosphère terrestre, loin d’être une sphère parfaite, est déformée par la pression du vent solaire et s’étire en une longue « queue » du côté opposé au Soleil, rappelant celle d’une comète.

C’est dans cette « queue », appelée magnétocola, que se produit le transfert. Lorsque la Lune, sur son orbite de 28 jours, passe derrière la Terre (pendant la phase de pleine Lune), elle traverse cette queue magnétique. Pendant environ cinq jours par mois, notre satellite est alors bombardé d’ions terrestres (azote, oxygène et autres substances volatiles) qui voyagent le long de cette « autoroute » magnétique avant de s’écraser et de se retrouver piégés dans le sol lunaire.

Cette découverte s’inscrit dans le prolongement d’autres travaux récents. En 2020, le chercheur Shuai Li, de l’Université d’Hawaï, avait annoncé avoir découvert de l’hématite (oxyde de fer) sur la Lune. Or, la formation d’oxyde de fer nécessite la présence d’oxygène et d’eau, deux éléments rares sur notre satellite. Li avait alors suggéré que l’oxygène nécessaire à ce processus provenait de la haute atmosphère terrestre, transporté par la queue magnétique, une hypothèse confirmée par le modèle de Rochester.

La queue magnétique agit également comme un bouclier temporaire (cinq jours par mois) pour la Lune, bloquant le vent solaire (riche en hydrogène, qui entrave l’oxydation) et permettant à l’oxygène terrestre d’agir. Autrement dit, nous « oxydons » littéralement notre voisin lunaire à chaque pleine Lune.

Si ce processus se poursuit sur des milliards d’années, le sol lunaire pourrait constituer un véritable enregistrement fossile de l’évolution de l’atmosphère terrestre. Les changements successifs de composition atmosphérique (absence d’oxygène, Grande Oxydation, variations des taux d’azote…) laisseraient des traces chimiques distinctes dans les différentes couches du régolithe lunaire.

Comme le soulignent les auteurs de l’étude, la Lune deviendrait ainsi une « capsule temporelle ». L’analyse des couches profondes du sol lunaire lors des futures missions Artemis pourrait nous permettre de reconstituer l’histoire chimique de la Terre d’une manière inédite, impossible à réaliser sur notre planète, où l’érosion et la tectonique des plaques ont effacé les traces du passé.

Les raisons de retourner sur la Lune ne manquent pas. Et cette découverte en apporte une de plus.