De nombreux cratères d’impact parsèment la surface lunaire. Certaines études suggèrent qu’ils ont tous été formés plus ou moins en même temps, il y a 3,9 milliards d’années, lors d’un événement cataclysmique nommé Grand Bombardement tardif. Mais une nouvelle étude remet en cause la chronologie et l’origine de cet événement.
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La Lune résulte d'une gigantesque collision entre un corps planétaire et la jeune Terre encore en formation. Cette principale phase de formation initiale a été suivie d'une phase d'accrétion dite tardive, durant laquelle la Terre, la Lune, mais également les autres planètes du Système solaire, ont été bombardées par de nombreux astéroïdes. Cependant, on en sait peu sur l'origine et la composition du matériel ayant impacté la Terre et son satellite durant cette période. Ces données sont pourtant cruciales pour comprendre la dynamique des dernières phases de la croissance planétaire et notamment l’apparition de l’eau sur Terre et, de là, le développement de la vie.
Le Grand Bombardement tardif, un événement cataclysmique débattu
L'idée la plus répandue est que cette accrétion tardive aurait été dominée par des astéroïdes originaires de l'extérieur du Système solaire, riches en eau et en carbone, ce qui aurait permis la formation d'eau liquideliquide à la surface de la Terre. Cependant, l'origine de ces astéroïdes est largement débattue, ainsi que leur teneur en éléments volatils.
Cette phase d'accrétion tardive comprend une période particulière connue sous le nom de Grand Bombardement tardifGrand Bombardement tardif, considéré comme un événement cataclysmique ayant eu lieu il y a 3,9 milliards d'années. Cet âge a été déduit de l'étude des roches lunaires rapportées par les missions ApolloApollo et provenant de cratères d'impact. Le Grand Bombardement tardif aurait été ainsi associé à une augmentation brève et soudaine des impacts météoritiques, conduisant à la formation de la majorité des bassins d'impact sur la Lune, 500 millions d'années après sa formation.
Cependant, cette théorie cataclysmique fait débat. Certains scientifiques pensent en effet que le Grand Bombardement tardif ne serait que le reflet d'une phase de bombardement météoritique sur le déclin, survenu durant les derniers stades de la formation de la Terre et de la Lune. L'idée que les cratères lunaires soient majoritairement tous âgés de 3,9 milliards d'années pourrait également être biaisée par la méthode d'échantillonnageéchantillonnage. Les missions Apollo n'auraient échantillonné que les résidus très largement dispersés d'un seul et gigantesque impact ayant donné naissance au Bassin des Pluies (Imbrium Basin), il y a 3,9 milliards d'années. Plusieurs études récentes ont d'ailleurs identifié des cratères d'impacts datés de 4,3 à 4,2 milliards d'années, des âges bien antérieurs au supposé cataclysme.
D’où viennent les astéroïdes du Grand Bombardement tardif ?
L'hypothèse d'un cataclysme est associée à une origine des astéroïdes externe au Système solaire. Dans ce modèle, les astéroïdes auraient été attirés par la migration des orbitesorbites des planètes géantes gazeusesplanètes géantes gazeuses. Le nombre d'astéroïdes aurait ainsi rapidement augmenté dans la région de la Terre, environ 600 millions d'années après sa formation. Si cette migration des planètes géantes semble nécessaire pour expliquer la formation du Système solaire, son âge est par contre débattu. Des modèles récents suggèrent que cette instabilité orbitaleorbitale serait survenue seulement 100 millions d'années après la formation de la Terre et de la Lune, c'est-à-dire bien plus tôt que le supposé cataclysme lunaire. Cette hypothèse remet donc en cause l'origine du Grand Bombardement tardif.
Pour comprendre la chronologie des événements et déterminer l'origine des astéroïdes ayant participé à cette phase d'accrétion, deux planétologistes de l'Université de Munster en Allemagne ont étudié la composition de roches d'impact lunaires. Cinq échantillons ont été analysés. Malgré ce nombre a priori peu représentatif, les résultats montrent qu'ils proviennent bien de plusieurs impacts différents, ce qui permet malgré tout d'avoir une source d'information suffisamment diversifiée pour proposer un modèle.
Un bombardement continu plutôt qu’un cataclysme
Les résultats, publiés dans la revue Science Advances, montrent que les astéroïdes ayant impacté la Lune ne proviendraient pas de l'extérieur du Système solaire, mais seraient plutôt des débris de la phase d'accrétion initiale des différentes planètes rocheusesplanètes rocheuses. L'étude montre également qu'il n'y aurait pas eu d'événement cataclysmique à proprement parler, mais plutôt un bombardement régulier et déclinant progressivement avec le temps. Le Grand Bombardement tardif n'aurait donc rien eu d'exceptionnel et ne serait notamment pas lié aux modifications orbitales des planètes gazeuses, ce qui est en accord avec le fait que cet événement se serait produit bien plus tôt. L'âge de 3,9 milliards d'années ne représenterait en fait que la fin d'un long épisode de bombardement météoritique ayant affecté la partie interne du Système solaire.
De manière générale, les corps ayant impacté la Lune, et donc la Terre, durant cette phase d'accrétion tardive semblent être exclusivement originaires de l'intérieur du Système solaire. Ce résultat a des conséquences importantes pour la formation de l'eau liquide sur notre Planète puisqu'il suppose que la majorité des astéroïdes riches en eau, généralement originaires de l'extérieur du Système solaire, ont dû être accrétés à un stade relativement précoce de la formation de la Terre, et non durant la phase tardive de bombardement. Cette hypothèse a naturellement des implications fortes pour l'émergenceémergence de la vie sur Terre.
Astéroïdes : un nouveau doute sur le Grand bombardement tardif
De nombreuses caractéristiques du Système solaire s'expliquent bien en supposant des migrations des planètes géantes. Elles auraient provoqué un intense bombardement de petits corps célestes. Il ne s'est peut-être pas produit il y a environ 4 milliards d'années si l'on en croit des météoritesmétéorites provenant de l'astéroïde VestaVesta.
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco publié le 4 octobre 2020
La découverte des Jupiters chaudes en 1995 a contraint les planétologues et astrophysiciensastrophysiciens, engagés dans l'élucidation des énigmes de la cosmogonie des exoplanètesexoplanètes, à prendre au sérieux la notion de migration planétaire. Tant et si bien d'ailleurs que l'on s'est aperçu que les planètes géantes du Système solaire avaient très probablement migré, elles aussi, au début de son histoire.
C'est ce qu'implique en effet le fameux « modèle de Nicemodèle de Nice », proposé et développé au début des années 2000 par l'astronomeastronome et planétologue italien Alessandro Morbidelli (de l'Observatoire de la Côte d'Azur à Nice), lequel a été complété par la suite par le modèle du Grand virage de bord, le Grand Tack, développé en particulier par l'astronome Sean Raymond, du Laboratoire d'AstrophysiqueAstrophysique de Bordeaux.
Le Système solaire est un laboratoire pour étudier la formation des planètes géantes et l'origine de la Vie que l'on peut utiliser conjointement avec le reste de l'Univers, observable dans le même but. MOJO : Modeling the Origin of JOvian planets, c'est-à-dire modélisation de l'origine des planètes joviennes, est un projet de recherche qui a donné lieu à une série de vidéos présentant la théorie de l'origine du Système solaire et en particulier des géantes gazeuses par deux spécialistes réputés, Alessandro Morbidelli et Sean Raymond. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Laurence Honnorat
Un bombardement planétaire sur la surface de la Terre et la Lune
Ainsi, avec ses collègues Rodney Gomes, Hal Levison et Kleomenis Tsiganis, Alessandro Morbidelli avait avancé en 2005 dans un article du journal Nature qu'une importante migration planétaire avait affecté les planètes géantes du Système solaire il y a 4 milliards d'années environ. On pouvait de cette façon, non seulement expliquer bien des caractéristiques des orbites des corps célestes dans le Système solaire, mais aussi des observations faites suite au programme lunaire Apollo, et qui avait conduit à adopter, au moins pour une partie de la communauté scientifique, le scénario dit du Grand bombardement tardif.
Les échantillons de roches lunaires rapportés sur Terre par les astronautesastronautes avaient été analysés par les cosmochimistes qui les avaient mis en relation avec d'autres données, comme celles obtenues avec la connaissance de la topographie lunaire, l'étude du champ de gravitégravité de notre satellite, etc. Les roches collectées lors des missions Apollo 15, Apollo 16 et Apollo 17 à proximité de grands bassins d'impacts que sont respectivement la Mer des Pluies (Mare Imbrium), la Mer des Nectars (Mare Nectaris) et la Mer de la Sérénité (Mare Serenitatis) se sont en particulier révélées intrigantes. En effet, les cosmochronomètres des échantillons donnaient tous des âges presque identiques, à savoir entre 4,1 et 3,8 milliards d'années.
Comment expliquer alors qu'en se basant sur d'autres cosmochronomètres, les cosmochimistes étaient arrivés à la conclusion que la Terre, la Lune et les autres planètes principales du Système solaire s'étaient formées au sein d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire, il y a environ 4,5 milliards d'années, après un véritable jeu de massacre avec des collisions de planétésimaux sur des embryonsembryons planétaires, selon un taux de collision exponentiellement décroissant depuis ces 4,5 milliards d'années ?
Une vue d'artiste du Grand bombardement tardif ou Late Heavy Bombardment en anglais. © Mark A. Garlick
En fait, tout se passait comme si un intense pic dans le bombardement de météorites, comètescomètes et planétésimaux laissés par la formation du Système solaire s'était produit il y a environ 4 milliards d'années. Ce sont aussi les âges des plus vieilles roches terrestres et des plus vieilles météorites d'origine lunaire retrouvées sur notre Planète bleue. Un « Grand bombardement tardif » aurait donc été à l'origine des grands bassins lunaires et aurait fait fondre largement la surface de la Terre, remettant à zéro certains des géochronomètres de sa croûtecroûte.
Une mémoire du Système solaire avec les astéroïdes
Mais ces dernières années, de plus en plus de critiques se sont élevées en ce qui concerne la datation voire même l'existence du Late Heavy Bombardment ou LHB en anglais. Ainsi, nous ne pourrions pas être sûrs que les datations des roches lunaires ne soient en fait pas biaisées par les éjectas de la mer des Pluies (Mare Imbrium, en latin) qui est la deuxième mer lunaire par sa superficie, après l'Océan des TempêtesTempêtes (Oceanus Procellarum) et surtout la plus grande mer associée à un bassin d'impact (son diamètre étant d'environ 1.123 kilomètres).
Une des vidéos prises par la sonde japonaise Kaguya. Elle survole ici la Mer des Pluies. © Jaxa, NH
La Mer des Pluies se serait bien formée il y a environ 4 milliards d'années mais les autres grands bassins d'impact seraient plus anciens. En fait, si tel est le cas, les cratères et les bassins lunaires suivraient bien une loi de décroissance dans le temps, c'est-à-dire que l'intensité du bombardement en petits corps célestes serait bien constamment décroissante depuis environ 4,5 milliards d'années, quelques dizaines de millions d'années après le début de la formation du Système solaire.
Une nouvelle pièce vient d'être apportée au débat par une équipe de chercheurs japonais des universités de Tokyo et Hiroshima via un article dans Earth and Planetary Letters. Ils se sont penchés sur des météorites que l'on appelle des eucriteseucrites, c'est-à-dire des achondritesachondrites, plus précisément des météorites différenciées dont le matériaumatériau est analogue aux basaltesbasaltes terrestres et qui sont donc le produit d'un volcanismevolcanisme effusif. On a toutes les raisons de penser qu'elles viennent de la surface de l'astéroïde Vesta, que l'on connaît bien mieux aujourd'hui grâce au succès de la mission Dawn. Un des échantillons analysés provenait de la fameuse météorite de Juvinas, ou simplement Juvinas, une météorite tombée en 1821 près du village de Juvinas, en Ardèche.
Mizuho Koike, planétologue de l'université d'Hiroshima explique dans un communiqué la conclusion à laquelle lui et ses collègues sont arrivés : « Selon les études sur les roches lunaires d'Apollo dans les années 1970, la Terre, la Lune et tout le Système solaire intérieur auraient souffert de nombreux impacts météoritiques il y a environ 3,9 Ga. Cet événement est considéré comme un processus clé au cours de l'évolution précoce de notre Planète. Cependant, la validité de l'idée de LHB a été remise en question récemment. Pour trancher, une base de donnéesbase de données solidesolide sur les âges des impacts est nécessaire. Nous avons constaté que les roches de Vesta ont enregistré les multiples impacts qui se sont produits il y a entre 4,4 et 4,15 Ga, soit nettement plus tôt que le pic prévu du LHB à ~ 3,9 Ga. En revanche, aucune preuve d'impact n'a été identifiée à 3,9 Ga ou plus. Ces résultats suggèrent que Vesta (et probablement d'autres astéroïdes) n'a pas enregistré le LHB. Au lieu de cela, ils ont subi des impacts massifs à un stade précoce ».
Il est encore probablement trop tôt pour en déduire que le LHB n'a jamais existé ou qu'il s'est produit plus tôt qu'on ne le pensait. D'autres études similaires avec des météorites dont la provenance dans la Ceinture principale d'astéroïdes est bien déterminée seront nécessaires pour cela.
LRO jette le doute sur le Grand Bombardement tardif
Article de Laurent Sacco publié le 12/01/2012
Dans le jeune Système solaire, il y a environ 3,8 milliards d'années, des planètes auraient migré alors qu'elles subissaient un déluge d'astéroïdes, appelé Grand Bombardement tardif. De nouvelles analyses des images de la sonde LROLRO, en orbite autour de la Lune, jettent le doute sur ces événements.
On ne sait pas vraiment à quoi ressemblait la Terre de l'HadéenHadéen, il y a plus de 3,8 milliards d'années. Certains pensent que la jeune Terre s'est refroidie très vite et que la vie a pu démarrer sur sa surface quelques centaines de millions d'années seulement après sa naissance. On dispose en effet d'indices de l'existence d'une tectonique des plaques et d'océans il y a plus de 4 milliards d'années. La vie y est peut-être née dans la serpentiniteserpentinite des fumeurs blancs.
Mais d'après les analyses des roches lunaires ramenées par les missions Apollo, la datation des mers et des cratères indiquait qu'il y a environ 3,8 milliards d'années s'était produite une brusque augmentation du taux de bombardement de petits corps célestes.
Des impacts géants très rapprochés dans le temps seraient ainsi à l'origine des mers de la Tranquillité et des Pluies. Auparavant, le taux de collisions, très important pendant la phase de formation des planètes du Système solaire, avait considérablement chuté.
Le survolsurvol de la mer de la Tranquillité, du site d'Apollo 17 et de la mer de la Sérénité par la sonde japonaise Kaguya. On voit enfin le cratère Posidonius. © jaxachannel-YouTubeYouTube
Cette brusque augmentation du taux de bombardement aurait été causée par des migrations planétaires dans le Système solaire de l'époque, entraînant la déstabilisation de petits corps célestes. La Terre elle-même ne pourrait pas y avoir échappé et il fallait en conclure que les formes de vie peut-être apparues il y a plus de 3,8 milliards d'années avaient très probablement été exterminées par cet événement.
Il se pourrait que tel n'ait pas été le cas, tout simplement parce que le Grand Bombardement tardif (encore appelé Late Heavy Bombardment LHB en anglais)... ne s'est peut-être jamais produit !
Des roches issues d'un même impact il y a 3,8 milliards d'années
Un groupe de chercheurs vient en effet de publier un article dans Journal of Geophysical Research (JGR) qui reprend des arguments déjà exposés lors d'une conférence. Ils utilisent les images fournies par la sonde LRO, dont Paul Davies a proposé récemment de se servir aussi pour chercher des traces de passage d'une mission d'exploration E.TT. passée sur la Lune.
Selon eux, si plusieurs mers semblent avoir presque le même âge, c'est parce que des échantillons des missions Apollo proviendraient des éjectas d'un seul impact géant.
Selon les chercheurs, les images à haute résolutionrésolution du site d'alunissage d'Apollo 17 laissent penser que les astronautes ont peut-être échantillonné des roches provenant d'éjectas de la mer des Pluies et pas de la Sérénité. En appliquant le principe de chronologie relative bien connu sur Terre (les couches supérieures se déposant après la formation d'une couche inférieure), l'âge obtenu serait en fait celui du plus jeune bassin.
Auparavant, la datation des roches lunaires avait permis d'estimer que tout au plus 50 millions d'années séparaient la formation de ces deux mers. Par le même principe de chronologie relative, on avait conclu que 30 autres bassins d'impact recouverts de flots de basaltes s'étaient formés pendant ce laps de temps. Ces analyses conduisaient à l'hypothèse d'un impact important tous les 1,5 million d'années en moyenne, un chiffre à comparer au dernier grand impact sur Terre daté de 65 millions d'années, celui de ChicxulubChicxulub. Ce serait la trace du Grand Bombardement tardif.
Il faudrait certainement retourner sur la Lune pour en avoir le cœur net mais il se pourrait donc bien que les grands impacts sur la Lune se soient produits pendant l'Hadéen sur une longue duréedurée et pas sur une courte période de temps.
Et avant de conclure, il ne faut pas perdre de vue que les migrations planétaires proposées pour rendre compte du Grand Bombardement tardif expliquent remarquablement bien d'autres caractéristiques du Système solaire. Il est donc bien trop tôt pour tirer des images de LRO des conclusions fermement établies.
