L; în interiorul lunii Pentru Știință
Misiunile spațiale recente și simulările numerice ne spun despre istoria Lunii și despre condițiile din straturile cele mai adânci ale acesteia.
Suprafața lunară nu a suferit modificări semnificative de aproape două miliarde de ani. Astfel, misiunile spațiale care l-au explorat de la începutul anilor 1960 ne-au adus o multitudine de informații din care putem, astăzi, desena scenarii care explică formarea sa.
„Chipul lunii” ne este familiar de mult timp, dar abia în secolul al XX-lea am învățat să o interpretăm corect. Folosind o pereche simplă de binocluri, observația arată că este alcătuită din două tipuri de teren. Zonele întunecate și netede formează ceea ce astronomii antici numeau „mări”. „Continentele” Lunii sunt, la rândul lor, un teren mai ușor, a cărui suprafață este plină de cratere de toate dimensiunile. Deoarece explorarea spațială ne-a furnizat imagini și mostre ale suprafeței lunare, putem să ne facem o idee despre condițiile de acolo și să urmărim originea acestei lumi mici. Astăzi, scenariile pe care le tragem din ele ne permit să specificăm condițiile fizice care domnesc în interiorul satelitului nostru.
Pe Lună, transformarea solurilor este mult mai lentă decât pe Pământ. Planeta noastră este înconjurată de o atmosferă complexă, dotată cu diferite zone climatice unde cresc deșerturile și pădurile tropicale. Apa, vântul, ploaia, gheața și zăpada modelează o suprafață plină de o multitudine de specii de animale și plante. Crusta terestră însăși suferă transformări lente: munții se ridică, pământurile sunt scufundate de mări și continentele derivă încet. În timp, fața Pământului se schimbă, deoarece este o planetă activă. Pe Lună, dimpotrivă, nu există apă liberă și atmosfera, numită și exosferă, este extrem de subțire: este atât de rarefiată încât, dacă ar fi supusă condițiilor de presiune și temperatură predominante pe suprafața Pământul, s-ar încadra în volumul unei case mari. Luna a cunoscut, de asemenea, o activitate vulcanică scăzută - dovadă fiind câteva cupole vizibile de pe Pământ - care nu au produs modificări semnificative (vezi Figura 2). Drept urmare, aspectul suprafeței lunare nu s-a schimbat fundamental de milioane de ani.
Misiuni spațiale
În plus, datorită măsurătorilor câmpului gravitațional lunar, am stabilit momentul de inerție al Lunii. Momentul de inerție al unui corp își exprimă rezistența față de forțele care tind să-și modifice mișcarea de rotație, adică faptul că acest corp se comportă mai mult sau mai puțin ca un giroscop. Momentul de inerție al unui obiect precum Luna este egal cu masa sa înmulțită cu pătratul razei sale și cu un coeficient care caracterizează distribuția materiei în jurul axei de rotație. În cazul unei sfere omogene care se rotește în jurul unei axe care trece prin centrul acesteia, acest „factor de formă” este egal cu 0,4. Cu cât masa este concentrată mai aproape de axa de rotație, cu atât factorul de formă este mai mic. În cazul Lunii, s-a stabilit că este 0,3931. Este foarte puțin diferit de coeficientul unei sfere omogene, ceea ce înseamnă că densitatea Lunii crește puțin odată cu adâncimea. Pentru comparație, factorul de formă al momentului de inerție al Pământului este de 0,3307, datorită miezului de fier masiv prezent în intestinele planetei noastre. Se crede că Luna poate avea și un mic nucleu bogat în fier, dar raza sa nu depășește un sfert din raza lunară (spre deosebire de miezul Pământului, care are o rază de 55% din raza Pământului).
Când navele spațiale au reușit să aterizeze pe suprafața Lunii, am început să măsurăm activitatea sa seismică. Studiind timpii de sosire a undelor seismice la diferitele seismografe instalate pe suprafața lunară, reconstituim calea acestor unde în interiorul Lunii și deducem variația vitezei lor în funcție de adâncime. Deoarece această viteză depinde de deformabilitatea și compresibilitatea rocilor încrucișate, aceste date permit sondarea straturilor profunde ale Lunii și au contribuit la stabilirea structurii sale interne (a se vedea figura 6). În plus, întoarcerea pe Pământ a probelor de rocă ne-a schimbat radical presupunerile cu privire la originea satelitului nostru natural. De fapt, planetologii au descoperit, cu această ocazie, că compoziția rocilor lunare este aproape identică cu cea a rocilor din mantaua Pământului.
Formarea lunii
Ipoteza fisiunii ar putea explica faptul că doar rocile mantalei Pământului seamănă cu cele ale Lunii. Încă din 1878, George Darwin (fiul naturalistului) a postulat că la începutul istoriei Pământului, o bucată din suprafața sa ar fi fost evacuată și că Oceanul Pacific ar constitui cicatricea lăsată de acest eveniment. Teza lui Darwin a fost completată de ideea că rotația Pământului, mult mai rapidă în trecut, a produs o bombă ecuatorială astfel încât o parte a materiei să poată fi expulzată în spațiu. Cu toate acestea, atunci când măsurăm impulsul unghiular total al sistemului Pământ-Lună, constatăm că este prea mic pentru ca o rotație atât de rapidă să fi fost posibilă în trecut, cu excepția cazului în care momentul unghiular a scăzut de atunci, din cauza „unui fenomen încă necunoscut.
De la întoarcerea probelor lunare, astronomii s-au orientat spre a patra teorie. Se crede că spre sfârșitul formării Pământului, acum 4,5 miliarde de ani, o planetă mică de dimensiunea lui Marte (de zece ori mai mică decât Pământul) s-a prăbușit în lumea noastră. Impactul a fost atât de violent încât planetoidul și rocile mantalei superioare a Pământului au fost vaporizate. Întrucât Pământul s-a diferențiat deja semnificativ, cea mai mare parte a fierului pe care îl conținea era concentrat în miezul său și nu era expulzat în spațiu. O mare parte a materiei expulzate a căzut pe Pământ pentru a reconstitui o manta a cărei compoziție chimică era foarte asemănătoare cu cea a rocilor care au rămas orbitate. Aceste roci au format ulterior un satelit uriaș, Luna. Această ipoteză
explică asemănarea dintre rocile superficiale ale celor două stele; explică, de asemenea, absența fierului pe Lună, precum și conținutul scăzut de elemente volatile.
Ca parte a teoriei impactului, putem stabili destul de precis condițiile care au predominat în interiorul Lunii în momentul formării sale. Acreția particulelor stâncoase condensate în norul de materie care orbitează trebuie să fi degajat o cantitate mare de căldură: boabele s-au ciocnit violent pentru a forma blocuri din ce în ce mai mari care au căzut unul peste celălalt. Pe măsură ce Luna a crescut, bolovanii au ajuns la suprafața sa cu viteze crescânde, iar energia lor cinetică, transformată în căldură, și-a topit
straturi superficiale. Luna s-a născut acoperită de un vast ocean de magmă care a atins o adâncime de 400 de kilometri. Această magmă s-a solidificat în curând pe măsură ce și-a iradiat energia termică în spațiu și a transferat o parte din ea în adâncurile mai reci ale Lunii. În regiunile topite, elementele grele s-au separat de elementele ușoare și, încetul cu încetul, au început să migreze spre centru. Acest mecanism de diferențiere chimică a fost însoțit de o eliberare mare de energie care a încălzit straturile mai adânci ale Lunii. Astfel, diferențierea a fost auto-susținută și sa propagat spre centrul stelei. Astăzi, credem că tânăra Lună a dobândit rapid un mic nucleu fierbinte aproape în întregime