Un nouveau regard sur les données des expériences sismiques laissées sur la Lune par les astronautes d'Apollo a permis aux chercheurs de mieux comprendre l'intérieur lunaire. Le noyau de la Lune semble être très similaire à celui de la Terre - avec un noyau interne solide et un noyau externe liquide fondu - et sa taille se situe au milieu des estimations précédentes.
"Alors que la présence d'un noyau liquide avait été précédemment déduite d'autres mesures géophysiques, nous avons effectué la première observation sismique directe d'un noyau externe liquide", a déclaré le Dr Renee Weber, scientifique planétaire au Marshall Space Flight Center de la NASA, qui a dirigé l'équipe de chercheurs.
L'expérience sismique passive d'Apollo a mesuré les ondes sismiques sur la Lune et consistait en quatre sismomètres déployés sur le côté proche lunaire pendant les missions Apollo entre 1969 et 1972. Les instruments ont enregistré en continu le mouvement du sol jusqu'à la fin de 1977. Mais les données étaient jugées plutôt faibles en raison du petit nombre de stations, du manque d'observation des événements éloignés et des interférences des «tremblements de lune». Comme il s'agissait des seules mesures directes de la Lune disponibles, divers chercheurs différaient sur des caractéristiques clés telles que le rayon, la composition et l'état du cœur (c'est-à-dire s'il était solide ou fondu).
"L'intérieur le plus profond de la lune, en particulier s'il a un noyau, a été un angle mort pour les sismologues", a déclaré Ed Garnero, professeur à l'Arizona State University et membre de l'équipe de recherche. "Les données sismiques des anciennes missions Apollo étaient trop bruyantes pour imaginer la lune en toute confiance."
Weber et ses collègues ont ré-analysé les données Apollo en utilisant une méthode habituellement utilisée pour traiter les données sismiques sur Terre. Appelé traitement matriciel, les enregistrements sismiques sont additionnés ou «empilés» de manière spéciale et étudiés ensemble. Les multiples enregistrements traités ensemble permettent aux chercheurs d'extraire des signaux très faibles. La profondeur des couches qui reflètent l'énergie sismique peut être identifiée, ce qui signifie finalement la composition et l'état de la matière à différentes profondeurs.
Cette méthode peut améliorer les signaux sismiques faibles et difficiles à détecter en ajoutant des sismogrammes ensemble.
"Si l'énergie des ondes sismiques diminue et rebondit sur une interface profonde à une profondeur particulière, comme la frontière noyau-manteau de la Lune, alors ce signal" écho "devrait être présent dans tous les enregistrements, même s'il est inférieur au niveau de bruit de fond," a déclaré Patty Lin, une candidate postdoctorale à l'ASU et un autre membre de l'équipe. "Mais lorsque nous additionnons les signaux, cette amplitude de réflexion centrale devient visible, ce qui nous permet de cartographier la Lune profonde."
Weber a déclaré à Space Magazine que les ondes de cisaillement ne pénètrent pas dans les régions fluides. "Ainsi, alors que nous avons observé des réflexions de compression sur le noyau interne solide, nous n'avons pas (comme prévu) observé des réflexions de cisaillement sur le noyau interne, car cette énergie est réfléchie au niveau de la couche externe du noyau."
Des études récentes ont suggéré que la Lune avait un noyau relativement petit riche en fer, mesurant entre 250 et 430 km environ, soit environ 15 à 25% de son rayon moyen de 1 737,1 km. Les nouvelles mesures ont mis le noyau légèrement plus grand.
"Nous avons placé la frontière noyau-manteau dans un rayon de 330 km, soit environ 19% du rayon moyen de la Lune", a déclaré Weber dans un e-mail.
Le noyau riche en fer a une boule interne solide de près de 240 km (150 miles) de rayon et une enveloppe de fluide externe de 90 km (55 miles) d'épaisseur.
La nouvelle recherche indique également un intérieur appauvri en substances volatiles, le noyau lunaire contenant un petit pourcentage d'éléments légers tels que le soufre, similaires aux éléments légers du noyau terrestre - soufre, oxygène et autres.
Les données remises à neuf de 30 ans semblent également confirmer la principale théorie de la formation de la Lune.
"La présence d'une couche de fusion et d'un noyau externe fondu soutient le modèle de formation lunaire à grand impact largement accepté, qui prédit que la Lune aurait pu se former dans un état complètement fondu", a déclaré Weber.
