La Lune est 40 millions d’années plus vieille qu’on ne le pensait, selon une étude sur les cristaux lunaires

Il y a plus de 4 milliards d’années, alors que le système solaire était encore jeune et que la Terre était encore en croissance, un objet géant de la taille de Mars s’est écrasé sur Terre. Le plus gros morceau qui s’est détaché de la Terre primitive a formé notre Lune. Mais le moment précis où cela s’est produit reste un mystère.

Dans une nouvelle étude parue dans la revue Lettres de perspectives géochimiques, les chercheurs ont utilisé des cristaux ramenés de la Lune par les astronautes d’Apollo en 1972 pour déterminer l’heure de formation de la Lune. Leur découverte repousse l’âge de la Lune de 40 millions d’années, à au moins 4,46 milliards d’années.

“Ces cristaux sont les plus anciens solides connus qui se sont formés après l’impact géant. Et comme nous connaissons leur âge, ils servent de point d’ancrage à la chronologie lunaire”, explique Philipp Heck, conservateur Robert A. Pritzker pour les météoritiques du Field Museum. et études polaires et directeur principal du Negaunee Interactive Research Center, professeur à l’Université de Chicago et auteur principal de l’étude.

La découverte est née du travail de Heck avec l’auteur principal de l’étude, Jennika Greer, alors qu’elle était doctorante au Field Museum et à l’Université de Chicago. “Nous avons été approchés par nos co-auteurs, Bidong Zhang et Audrey Bouvier, qui avaient besoin d’examiner ces échantillons à l’échelle nanométrique afin de les comprendre pleinement”, explique Greer, qui est maintenant associé de recherche à l’Université de Glasgow.

Les échantillons de poussière lunaire utilisés dans l’étude ont été rapportés par les astronautes d’Apollo 17 lors de la dernière mission en équipage sur la Lune en 1972. Cette poussière contient de minuscules cristaux qui se sont formés il y a des milliards d’années. Ces cristaux sont un signe révélateur du moment où la lune a dû se former.

Lorsque l’objet de la taille de Mars a heurté la Terre et formé la Lune, l’énergie de l’impact a fait fondre la roche qui est finalement devenue la surface de la Lune. “Lorsque la surface était en fusion de cette manière, les cristaux de zircon ne pouvaient pas se former et survivre. Ainsi, tous les cristaux à la surface de la lune doivent s’être formés après le refroidissement de cet océan de magma lunaire”, explique Heck. “Sinon, ils auraient fondu et leurs signatures chimiques auraient été effacées.”

Étant donné que les cristaux doivent s’être formés après le refroidissement de l’océan de magma, déterminer l’âge des cristaux de zircon révélerait l’âge minimum possible de la lune. Une étude précédente du co-auteur Bidong Zhang a suggéré cet âge, mais cette étude la plus récente marque la première utilisation d’une méthode analytique appelée tomographie par sonde atomique qui a « déterminé » l’âge de ce plus ancien cristal lunaire connu.

“En tomographie par sonde atomique, nous commençons par aiguiser un morceau de l’échantillon lunaire en une pointe très pointue, à l’aide d’un microscope à faisceau ionique focalisé, presque comme un taille-crayon très sophistiqué”, explique Greer. “Ensuite, nous utilisons des lasers UV pour évaporer les atomes de la surface de cette pointe. Les atomes voyagent à travers un spectromètre de masse et la vitesse à laquelle ils se déplacent nous indique leur poids, ce qui nous indique de quoi ils sont faits.”

Cette analyse atome par atome, réalisée à l’aide d’instruments de l’Université Northwestern, a montré combien d’atomes à l’intérieur des cristaux de zircon avaient subi une désintégration radioactive.

Lorsqu’un atome a une configuration instable de protons et de neutrons dans son noyau, il subit une désintégration, perdant certains de ces protons et neutrons et se transformant en différents éléments. Par exemple, l’uranium se désintègre en plomb. Les scientifiques ont établi combien de temps il faut à ce processus pour se produire, et en examinant la proportion de différents atomes d’uranium et de plomb (appelés isotopes) présents dans un échantillon, ils peuvent déterminer son âge.

“La datation radiométrique fonctionne un peu comme un sablier”, explique Heck. “Dans un sablier, le sable s’écoule d’une ampoule de verre à l’autre, le passage du temps étant indiqué par l’accumulation de sable dans l’ampoule inférieure. La datation radiométrique fonctionne de la même manière en comptant le nombre d’atomes parents et le nombre d’atomes filles qu’ils ont transformés. Le passage du temps peut alors être calculé car le taux de transformation est connu.

La proportion d’isotopes du plomb trouvée par les chercheurs indique que l’échantillon avait environ 4,46 milliards d’années. Par conséquent, la lune doit être au moins aussi vieille.

“C’est incroyable de pouvoir avoir la preuve que le rocher que vous tenez est le morceau de lune le plus ancien que nous ayons trouvé jusqu’à présent. C’est un point d’ancrage pour tant de questions sur la Terre. Quand vous savez quel âge a quelque chose, vous peut mieux comprendre ce qui lui est arrivé au cours de son histoire”, déclare Greer.

Il est important de savoir quand la Lune s’est formée, explique Heck, car « la Lune est un partenaire important de notre système planétaire : elle stabilise l’axe de rotation de la Terre, c’est la raison pour laquelle il y a 24 heures dans une journée, c’est la raison pour laquelle nous avons des marées. Sans la Lune, la vie sur Terre serait différente. C’est une partie de notre système naturel que nous voulons mieux comprendre, et notre étude fournit une petite pièce de puzzle dans tout ce tableau.”

Cette étude a été réalisée par Jennika Greer de l’Université de Glasgow, B. Zhang de l’Université de Californie à Los Angeles, D. Isheim et DN Seidman de la Northwestern University, A. Bouvier de l’Université de Bayreuth et Philipp Heck du Field Musée.