L'un des problèmes fondamentaux de la science planétaire consiste à déterminer comment les corps planétaires du système solaire interne se sont formés et ont évolué. Un nouveau modèle informatique suggère que des objets énormes - certains aussi gros que de grands objets de la ceinture de Kuiper comme Pluton et Éris - ont probablement frappé la Terre, la Lune et Mars pendant les derniers stades de la formation planétaire, apportant des métaux lourds aux surfaces planétaires. Ce modèle - créé par divers chercheurs de la NASA Lunar Science Institute - aborde de manière surprenante de nombreuses énigmes différentes à travers le système solaire, telles que la façon dont la Terre pourrait conserver l'amoureux des métaux, des éléments comme l'or et le platine trouvés dans son manteau, comment l'intérieur du La lune pourrait en fait être humide, et la distribution étrange dans la taille des astéroïdes.
"La plupart des preuves de ce qui s'est passé au cours des dernières étapes de la formation planétaire ont été effacées au fil du temps", a déclaré Bill Bottke du Southwest Research Institute, qui dirigeait l'équipe de recherche. "La piste que nous avons suivie sur ces mondes est assez froide et être en mesure de creuser plus d'informations sur ce que nous avons et de pouvoir répondre à certains problèmes de longue date est assez excitant."
Bottke a déclaré à Space Magazine que l'histoire que raconte ce nouveau modèle "n'est pas aussi compliquée qu'elle n'y paraît à première vue", a-t-il déclaré. "Il comprend de nombreux concepts ensemble, et certains de ces concepts existent depuis un certain temps."
Bottke et son équipe ont publié leurs résultats dans le journal Science.
Les chercheurs ont commencé avec la théorie largement acceptée de la façon dont notre Lune a été créée par un impact géant entre la Terre primitive et un autre corps planétaire de la taille de Mars. «Il s'agit de l'événement le plus traumatisant que la Terre ait jamais connu, et c'est à cette époque que la Terre et la Lune ont probablement formé leurs noyaux», a déclaré Bottke.
Le fer lourd est tombé au centre des deux corps, et des éléments dits hautement sidérophiles ou aimant les métaux tels que le rhénium, l'osmium platine, le palladium et l'or auraient dû suivre le fer et d'autres métaux jusqu'au cœur dans la foulée. de l'événement de formation de la Lune, laissant les croûtes rocheuses et les manteaux de ces corps vides de ces éléments.
"Ces éléments adorent suivre le métal", a déclaré Bottke, "donc si le métal s'écoule vers le noyau, ces éléments voudraient s'écouler avec eux. Donc, si cela est vrai, ce à quoi nous nous attendrions à ce que les roches dérivées de notre manteau ne contiennent presque aucun élément hautement sidérophile, peut-être 10 au moins 5e niveau environ. Mais étonnamment, ce n'est pas ce que nous voyons. Ils sont seulement moins abondants d'un facteur inférieur à 200, par rapport à ce que nous attendions, un facteur de 100 000 environ. »
Bottke a déclaré que ce problème était débattu depuis les années 1970, avec diverses suggestions sur la façon de résoudre le problème.
«La réponse la plus viable est qu'après l'impact de la formation de la Lune, il y a eu aussi d'autres choses qui ont frappé la Terre pendant les derniers stades de la formation de la planète, des objets plus petits, et ces petits objets ont reconstitué ces éléments et nous ont donné l'abondance que nous voir aujourd'hui. C'est ce que nous appelons une accrétion tardive », a-t-il déclaré.
Sur la Lune, la même chose se produisait. Mais il y avait un problème avec ce scénario. Le rapport de ces éléments sur la Terre par rapport aux roches sur la Lune est d'environ 1000 pour 1.
"La section gravitationnelle de la Terre est environ 20 fois celle de la Lune", a déclaré Bottke, "Donc, pour chaque objet qui a frappé la Lune, une vingtaine aurait dû toucher la Terre. Et si l'accumulation tardive a fourni ces éléments, vous devriez avoir un rapport d'environ 20 pour 1. Mais ce n'est pas ce que nous voyons - nous voyons un rapport de 1 000 à 1 ».
Bottke - un dynamiste planétaire - en a discuté avec son collègue David Nesvorny, également de SWRI, ainsi qu'avec des modélisateurs géophysiques et géochimiques, tels que Richard Walker de l'Université du Maryland, James Day de l'Université du Maryland et Linda Elkins-Tanton du Massachusetts Institute of Technology.
Ils ont proposé un modèle informatique qui semblait apporter une réponse.
"En jouant à la roulette avec ces objets, j'ai découvert que très souvent la Terre était frappée par d'énormes impacteurs que la Lune ne verrait jamais", a déclaré Bottke. "Ce résultat suggère que les choses qui frappent la Terre et la Lune à la fin de la période de formation de la planète étaient dominées par de très gros objets."
Le modèle a prédit que le plus grand des derniers impacteurs sur Terre, à 2 400 - 3 200 km (1 500 à 2 000 miles) de diamètre, tandis que ceux de la Lune, à environ 240 - 320 km.
Bottke a appelé cela un résultat «mignon» - mais ils avaient besoin de plus de preuves à l'appui. Ainsi, ils ont jeté un coup d'œil à la dernière population survivante des choses qui ont construit les planètes, la ceinture d'astéroïdes intérieure. "Vous trouvez de gros astéroïdes comme Ceres, Vesta et Pallas", a déclaré Bottke, donc il y en a de grands à 500 à 900 km, mais vos prochains plus gros astéroïdes ne sont qu'à environ 250 km. Cela correspondait aux tailles proposées par notre modèle », dans lesquelles aucun astéroïde de taille« intermédiaire »n'est observé dans cette région.
Ensuite, ils ont examiné Mars, qui a de très grands bassins d'impact qui sont probablement restés du temps où la planète s'est formée, y compris le bassin Borealis, qui est si grand qu'il explique probablement les différences dans les hémisphères nord et sud sur la planète rouge.
«Nous avons regardé et projeté la taille des impacteurs qui auraient créé ces bassins d'impacts et nous avons vu que la distribution des tailles était très similaire à ce qui était prévu pour la Terre et la Lune, et aussi ce qui se trouve dans la ceinture d'astéroïdes intérieure.
Donc, toutes ces choses ensemble - la base théorique, les preuves d'observation d'éléments sur la Terre et la Lune et les impacts sur Mars collectivement en disent long sur la distribution des tailles des objets vers la fin de la formation planétaire.
Et quelles en sont les implications?
"Nous pourrions faire des prédictions pour ce qui frappait la Terre, la Lune et Mars à ce moment-là, et ils correspondent à ce que nous voyons sur les surfaces", a déclaré Bottke. "Sur Mars, nous pouvons jouer à ce qui est les plus gros projectiles qui auraient dû toucher Mars, et cela correspond bien à la taille de ce grand bassin qui s'est formé sur Mars, et a également produit l'abondance d'éléments que nous voyons là-bas."
"Pour la Lune, les plus gros impacteurs seraient de 250 à 300 km, soit environ la taille du bassin Aiken du pôle sud", a poursuivi Bottke. «Pour la Terre, ces gros impacteurs expliquent pourquoi certains de ces impacts ont réussi à toucher la Terre et tous les éléments ne sont pas allés au cœur de la Terre.»
Bottke a déclaré qu'en ajoutant aux complications, certains des plus grands impacts auraient pu traverser la Terre et en être sortis de l'autre côté - dans un état très fragmenté - et pleuvoir sur Terre. "Si cela est vrai, cela fournit un moyen de répandre des fragments sur toute la Terre", a-t-il dit, "mais comment les débris sont redistribués autour du corps planétaire est une question vraiment intéressante. Cette partie a besoin de beaucoup plus de travail et est tout simplement à la pointe de ce que nous pouvons faire numériquement. »
En ce qui concerne l'eau à l'intérieur de la Lune - qui était autrefois considérée comme sèche, mais des mesures récentes d'échantillons suggèrent cependant que la teneur en eau dans le manteau lunaire se situe entre 200 et plusieurs milliers de parties par milliard - le modèle de Bottke pourrait également résoudre ce problème. problème.
«Si c'est vrai», écrit l'équipe dans son article, «il est possible que le même projectile qui a livré la plupart des HSE de la Lune l'ait également fourni avec de l'eau… .L'accrétion tardive fournit une explication alternative au cas où l'eau du manteau lunaire ne pourrait pas migrer de la Terre d'impact post-géante à une Lune en croissance à travers un disque protolunaire chaud et largement vaporisé. »
Quant à savoir pourquoi des projectiles plus petits ont frappé la Lune par rapport à la Terre, Bottke a déclaré que ce n'était qu'un jeu de chiffres. "Nous commençons avec une population qui a un certain nombre de grandes choses, de petites et moyennes choses", a-t-il déclaré. «Et nous choisissons au hasard des projectiles de cette population et pour chaque gros gars qui frappe la Lune, 20 frappent la Terre. Et nous jouons à ce jeu, et si le nombre de projectiles est limité, si la Lune n'est touchée qu'une ou deux fois par cette population, cela signifie que la Terre est touchée 20-30 fois, c'est suffisant pour nous donner - dans la plupart des occasions - ce que nous voyons. "
Bottke a déclaré que cette recherche lui avait donné l'occasion de travailler avec des géochimistes, «qui ont toutes sortes de choses intéressantes à dire qui aident à limiter les processus qui ont entraîné la formation de la planète. Le problème est que, parfois, ils ont d'excellentes informations, mais ils n'ont pas de processus dynamique qui peut fonctionner. Donc, en travaillant ensemble, je pense que nous avons pu obtenir des résultats intéressants. »
"La chose la plus excitante pour moi est que nous devrions être en mesure d'utiliser ces abondances que nous avons sur la Terre, la Lune et Mars pour vraiment raconter l'histoire de la formation des planètes", a déclaré Bottke.
Sources: Science, entretien téléphonique avec Bottke
