La plupart des scientifiques s’accordent à dire qu’un impact majeur avec la protoplanète Theia, il y a 4,5 milliards d’années, a formé le système Terre-Lune. Une nouvelle étude de l’Université du Nevada affirme que les «lunes» polaires cislunaires pourraient s’être formées à partir du chaos de cette collision dans les premiers jours du système Terre-Lune.
Bien que les conditions changeantes dans le système Terre-Lune ne le permettent plus, cette découverte pourrait avoir des implications majeures pour les astronomes étudiant les exoplanètes, dont certaines pourraient même imiter les premières conditions sur Terre.
Il y a environ 4,5 milliards d’années, alors que la Terre n’avait qu’environ 100 millions d’années, une protoplanète de la taille de Mars appelée Theia s’est écrasée sur notre planète, libérant une cargaison qui est finalement revenue à la surface de la Terre, a formé la Lune ou a entièrement quitté le système nouvellement formé Terre-Lune.
Reconstituer cette catastrophe n’a pas été facile, mais les preuves de possibles restes de Theia dans le manteau terrestre et l’analyse des roches lunaires se sont combinées pour le confirmer. Aujourd’hui, une nouvelle étude menée par des scientifiques de l’Université du Nevada ajoute une certaine complexité à ce moment extrêmement chaotique de l’histoire de la Terre, suggérant que le système Terre-Lune a hébergé de nombreuses lunes polaires, également appelées particules circumbinaires, pendant une courte période. Cependant, ces «lunes» n’ont été possibles qu’en raison de la proximité de la Lune avec la Terre immédiatement après la collision de la planète avec Théia. Les résultats de cette étude ont été téléchargés sur le serveur de préimpression non évalué par les pairs arXiv.
« Les orbites circumbinaires polaires ou fortement inclinées par rapport à l’orbite Terre-Lune sont soumises à deux effets concurrents : la précession des nœuds autour du vecteur d’excentricité Terre-Lune et les oscillations d’excentricité et d’obliquité de Kozai-Lidov provoquées par le Soleil », indique l’article. États. «Bien que nous ayons constaté qu’il n’y avait pas d’orbites polaires stables autour de l’orbite Terre-Lune avec le demi-axe actuel, les orbites polaires étaient stables immédiatement après la formation de la Lune, à une époque où il y avait beaucoup de débris autour du système.»
La précession nodale signifie que les particules en orbite autour du système Terre-Lune « précessent » lentement (un changement lent et continu des paramètres orbitaux d’un corps) autour du vecteur moment cinétique. Les oscillations de Kozai-Lidov, en revanche, sont en grande partie un phénomène dynamique impliquant un système binaire et des perturbations introduites par un troisième corps distant.
Après que les calculs aient pris en compte ces effets concurrents, les particules en rotation dans la région polaire se sont révélées les plus stables. En effet, lorsque la Lune s’est formée pour la première fois (ce qui, selon certains scientifiques, n’a pris que quelques heures), elle n’était que 5% plus éloignée de la Terre qu’elle ne l’est aujourd’hui, soit une moyenne d’environ 238 900 milles. Cependant, au fil des milliards d’années, les forces de marée ont commencé à pousser la Lune de plus en plus loin sur son orbite actuelle, effaçant finalement complètement ces régions polaires stables. Il est possible que ce matériau polaire ait également été poussé par l’excentricité croissante du système Terre-Lune.
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« Le matériau circumbinaire polaire peut contribuer à l’excentricité accrue du système binaire », indique le document. « Si une masse importante de matière se retrouvait sur des orbites polaires ou de libration, alors l’excentricité du système binaire Terre-Lune pourrait augmenter en raison de son interaction. »
Même si ces lunes polaires ont peu d’impact aujourd’hui, la confirmation de leur existence dans les premières années de la Terre a de profondes implications pour l’étude des exoplanètes situées au-delà de notre système solaire. L’équipe de recherche a expliqué qu’un système planète-lune avec une orbite très excentrique hébergerait probablement l’une de ces «lunes» polaires circumbinaires, qui à son tour entraînerait une procession rétrograde, c’est-à-dire une orbite vers l’arrière.
Trouver une telle lune parmi les milliards d’étoiles de la galaxie, c’est comme avoir un aperçu de la création de notre planète natale.
2% de la masse terrestre pourraient être des restes de la collision géante qui a formé la Lune. Il y a 4,5 milliards d’années, la Terre a connu un rendez-vous catastrophique avec une ancienne planète appelée Théia. Les preuves de l’impact sont encore profondément enfouies dans notre croûte.
Profondément sous la croûte terrestre, le long de la limite entre le manteau et le noyau, se trouvent des anomalies géologiques denses ressemblant à des taches, connues sous le nom de grandes provinces à faible cisaillement.
Bien qu’il existe de nombreuses hypothèses pour expliquer ces anomalies, l’hypothèse de l’impact géant est la préférée. Ce concept postule que ces blobs sont en réalité des vestiges de la collision de la Terre avec la protoplanète Theia qui a conduit à la formation de la Lune, il y a 4,46 milliards d’années.
La nouvelle étude fournit une modélisation détaillée montrant que le matériau Teyan pourrait représenter 2% de la masse terrestre le long de la limite entre le manteau et le noyau. Deux planètes sœurs nouvellement formées, partageant harmonieusement la même orbite solaire, entrent soudainement en collision en raison de perturbations gravitationnelles dans le système solaire primitif. Mais de cette collision chaotique émerge une connexion sans fin qui dure 4,46 milliards d’années, et la seule planète où la vie (à notre connaissance) est la Terre.
Au cours des 50 dernières années, cet impact cataclysmique est passé d’une hypothèse parmi de nombreuses hypothèses à une candidate majeure pour expliquer la formation du système Terre-Lune. Aujourd’hui, une nouvelle étude réalisée par une équipe internationale de scientifiques indique que des preuves de cette collision originale peuvent encore être trouvées dans le manteau inférieur de la Terre.
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Hongping Deng, astrophysicien à l’Académie chinoise des sciences, a utilisé une nouvelle technique de dynamique des fluides appelée Meshless Finite Mass (MFM) pour simuler cette ancienne collision. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.
« Des études antérieures ont trop insisté sur la structure du disque fragmenté (le précurseur de la Lune) et négligé l’impact de l’impact géant sur la Terre primitive », a déclaré Deng dans un communiqué de presse. «Nos résultats remettent en question l’opinion traditionnelle selon laquelle un impact géant aurait homogénéisé la Terre primitive. Au lieu de cela, l’impact géant qui a formé la Lune semble être la source de l’hétérogénéité du manteau primitif et marque le point de départ de l’évolution géologique de la Terre sur 4,5 milliards d’années.»
Les deux plus grands exemples de cette hétérogénéité (la proto-Terre avait une teneur en silicium plus élevée que Theia) se trouvent dans deux grandes provinces à faible vitesse de cisaillement (LLVP) situées profondément sous l’Afrique et l’océan Pacifique. Ces régions vastes et denses situées le long de la limite entre le manteau et le noyau ont été découvertes à l’aide de mesures sismiques, et les scientifiques les ont même cartographiées en détail. Certaines théories suggèrent que ces régions représentent d’anciennes plaques tectoniques ou un océan magmatique anormal à la base du manteau. Mais la possibilité commence également à émerger que ces amas soient des restes de la proto-planète Theia.
En 2021, Qian Yuan, étudiant diplômé de l’Université de l’Arizona, aujourd’hui chercheur postdoctoral au Département de géophysique de Caltech, a théorisé que la matière thayenne riche en fer (et donc initialement plus dense) s’est déplacée vers le manteau inférieur et a formé ces LLVP après une longue période de manteau. convection.
Les nouvelles simulations de Dan confirment que la Terre primitive a connu une stratification du manteau après l’impact, ce qui signifie que le manteau a été tourbillonné avec des matériaux provenant à la fois de Theia et de la Terre tandis que le noyau est resté inchangé. Les simulations montrent également que la matière de Theia, égale à deux pour cent de la masse terrestre, est finalement tombée dans cette région du manteau inférieur.
« Grâce à une analyse précise d’un plus large éventail d’échantillons de roches, combinée à des modèles améliorés d’impact géant et à des modèles d’évolution de la Terre, nous pouvons déduire la composition matérielle et la dynamique orbitale de la Terre primordiale… et de Theia », a déclaré Yuan dans un communiqué de presse. « Cela nous permet de contraindre toute l’histoire de la formation du système solaire interne. »
La Terre est un joyau unique dans le système solaire et, autant que nous puissions en juger, dans l’univers connu. Comprendre les premiers jours (ou premiers millions d’années) au cours desquels notre planète s’est formée peut fournir des informations précieuses sur ce qui rend notre Terre si spéciale en premier lieu.
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