Une planète spéciale est nécessaire pour faire la lune

Communication universitaire

1 février 2022

Ce concept de l’artiste illustre deux corps célestes qui entrent en collision, créant un disque de roche principalement fondue et partiellement évaporée, qui est finalement devenue la lune.
NASA / JPL-Caltech

Sur la base d’analyses d’échantillons de roches de la Lune ramenés sur Terre par Apollo et d’autres missions spatiales, les scientifiques en savent plus sur la Lune que tout autre corps sur la planète. Cependant, les scientifiques continuent de se demander comment la planète forme la lune et pourquoi certaines planètes ont la lune et d’autres pas.

Dans un nouvel article de la revue Nature Communications, des chercheurs de l’Université de Rochester, de l’Université de l’Arizona et du Tokyo Institute of Technology ont fait une découverte majeure qui aidera à percer les mystères de la Lune. Une nouvelle étude suggère que pour que les lunes se forment, les planètes doivent avoir une certaine composition et être dans une plage de masse limitée.

“La question à laquelle nous voulons répondre est la suivante : toutes les planètes peuvent-elles former des mois importants ?” a déclaré le co-auteur de l’étude Erik AsphaugProfesseur, UArizona Lunar and Planetary Laboratory.

Alors que les scientifiques continuent d’explorer la possibilité d’une autre vie dans l’univers, l’étude aura un impact important sur la détermination des facteurs qui rendent la planète habitable. La planète n’a peut-être pas besoin d’une grande lune pour être habitable, mais la Lune de la Terre est cruciale pour façonner nos vies connues : elle contrôle la durée du jour et les marées de l’océan qui affectent les cycles biologiques de la planète. La lune contribue également au climat de la Terre, stabilisant son axe de rotation, offrant l’environnement idéal pour que la vie se développe et prospère.

“Comprendre les formations de la lune a une meilleure limite sur ce qu’il faut rechercher lors de la recherche de planètes semblables à la Terre”, a déclaré Miki Nakajima, professeur agrégé de sciences de la terre et de l’environnement à l’Université de Rochester. “Nous supposons que les exomons (les orbites autour des planètes en dehors de notre système solaire) devraient être partout, mais jusqu’à présent, nous n’avons trouvé aucune confirmation. Nos limitations seront utiles pour les observations futures.”

La Terre est la seule planète connue qui a de la vie et possède de nombreuses fonctions qui la rendent unique. Ceux-ci incluent la tectonique des plaques active, un champ magnétique puissant et une lune assez grande. Plus d’un quart de la taille de la Terre soulève des marées dans les océans qui sont importantes pour la vie, de sorte que les scientifiques ont suggéré que la lune pourrait être un élément potentiellement utile pour trouver la vie sur d’autres planètes.

Il est largement admis que la Grande Lune de la Terre a été formée par une collision entre la proto-Terre et une autre planète il y a environ 4,5 milliards d’années. La collision a donné lieu à un disque de roche principalement en fusion et partiellement évaporé, qui est finalement devenu la lune.

Cette illustration montre les tailles relatives des planètes nécessaires pour former les lunes

Pour les planètes rocheuses de plus de 60 % de la Terre ou six fois la masse de la Terre (planète en haut à gauche) et pour les planètes de glace de plus de 30 % de la Terre ou une Terre – deux planètes supérieures à droite Selon une nouvelle étude, des collisions géantes peuvent forment de gros mois. Il n’y a pas de telles “super-terres” dans notre système solaire, donc la prédiction s’applique aux recherches astronomiques des planètes entourant d’autres étoiles. La prédiction est cohérente avec les systèmes planétaires-lunaires du système solaire, y compris la Terre-Lune (à gauche) et Pluton-Charon (à droite) illustrés ici.
Nakajima et al.

Pour savoir si d’autres planètes pouvaient former le même nombre de mois, les scientifiques ont mené des simulations informatiques 3D, en commençant par plusieurs planètes hypothétiques de masses différentes. Les planètes populaires avaient soit une architecture similaire à celle de la Terre – à savoir un manteau rocheux et un noyau de fer – soit des planètes glacées avec un manteau de glace d’eau et un noyau de roche.

Ils ont découvert que lorsqu’une planète est trop massive, des chocs géants créent des disques entièrement constitués de vapeurs. En effet, les collisions entre des planètes plus massives sont plus énergétiques et se produisent à des vitesses plus élevées. Au fil du temps, le disque de vapeur d’un tel coup se refroidit et des lunes liquides se forment – les éléments constitutifs des lunes.

“Ces cubes en croissance subissent une forte traction lorsqu’ils traversent le disque de vapeur, ce qui les ralentit”, a déclaré Asphaug. « Bientôt, ils succomberont à la gravité de la planète et tomberont dedans sans faire un mois.

Lorsque le disque s’est refroidi et que sa vapeur a commencé à se dissiper, les oursons ont moins de résistance et sont plus susceptibles de grandir pendant des mois. Mais d’ici là, une partie importante d’entre eux ont disparu de la planète. Les chercheurs concluent qu’un disque de vapeur seul ne pourra pas former de grandes lunes. Le disque doit initialement avoir une faible vapeur pour que la lune puisse croître sans forte résistance accidentelle au gaz.

“Les coups géants fonctionnent très bien pour créer les mois, mais seulement jusqu’à un certain point”, a déclaré Asphaug.

Selon les auteurs, les résultats fournissent des indications importantes aux scientifiques explorant des planètes dans d’autres systèmes solaires. En particulier, certaines planètes sont trop massives pour former une grosse lune. Des simulations informatiques ont montré que les planètes rocheuses plus de six fois la masse de la Terre – les soi-disant superpuissances – se retrouvent avec uniquement des disques de vapeur, ce qui signifie que la grande lune ne peut pas grandir. Il en est de même pour les planètes à composition riche en eau ou glacées, dont la masse dépasse celle de la Terre ; ils n’obtiennent également que des disques à vapeur et pas de lune.

Des milliers d’exoplanètes ont été découvertes, mais les astronomes n’ont pas encore finalement remarqué la lune en orbite autour d’une planète en dehors de notre système solaire.

“Nous sommes encore loin de savoir quels mois différents tournent autour des exoplanètes là-bas”, a déclaré Asphaug.

“La recherche de l’exoplanète s’est concentrée sur les grandes planètes, qui sont généralement plus grandes que 1,6 rayon de la Terre (60% plus grandes que la Terre)”, a déclaré Nakajima. “Nous suggérons de regarder plutôt des planètes plus petites, car elles sont probablement de meilleurs candidats pour une fraction des gros mois.”

L’étude est basée sur des simulations informatiques qui sont le résultat d’efforts depuis les années 1980 pour comprendre comment la lune de la Terre est apparue à la suite d’un coup géant à la fin de la formation de la Terre, a déclaré Asphaug.

“Jusqu’à présent, l’accent a été mis sur la formation de la Lune, mais nous pensons que la Lune a commencé comme un océan de magma volant, pas principalement comme de la vapeur”, a-t-il déclaré, faisant référence au disque de roche en fusion autour de la Terre primitive. “Ces cubes ont pu se rassembler dans le corps principal que nous connaissons et aimons.”

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