Quête cristalline : la recherche internationale des dépôts de glace lunaire

L’atterrissage de Chandrayaan-3 sur la Lune et la détection ultérieure de soufre ont propulsé la recherche sur la glace lunaire, contribuant ainsi à NASAles plans de pour une station lunaire durable. Ces développements mettent en évidence la collaboration croissante dans l’exploration spatiale.

Construire une station spatiale sur la Lune peut ressembler à un film de science-fiction, mais chaque nouvelle mission lunaire rapproche cette idée de la réalité. Les scientifiques se concentrent sur des réservoirs potentiels de glace lunaire dans des régions ombragées en permanence, ou PSR. Ceux-ci sont essentiels à la mise en place de toute sorte d’infrastructure lunaire durable.

Fin août 2023, l’atterrisseur indien Chandrayaan-3 s’est posé sur la surface lunaire dans la région polaire sud, qui, selon les scientifiques, pourrait abriter de la glace. Cet atterrissage a marqué une étape importante non seulement pour l’Inde mais aussi pour la communauté scientifique dans son ensemble.

Pour les planétologues comme moi, les mesures des instruments à bord de l’atterrisseur Vikram de Chandrayaan-3 et de son petit rover à six roues Pragyan offrent un aperçu alléchant de près des parties de la Lune les plus susceptibles de contenir de la glace. Des observations antérieures ont montré la présence de glace dans certaines régions ombragées en permanence, mais les estimations varient considérablement en ce qui concerne la quantité, la forme et la répartition de ces dépôts de glace.

Dépôts de glace polaire

Mon équipe du Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale a pour objectif de comprendre d’où vient l’eau présente sur la Lune. Des comètes ou des astéroïdes s’écrasant sur la Lune sont des options, tout comme l’activité volcanique et le vent solaire.

Chacun de ces événements laisse derrière lui une empreinte chimique distincte, donc si nous pouvons voir ces empreintes digitales, nous pourrons peut-être les retracer jusqu’à la source d’eau. Par exemple, on s’attend à ce que le soufre soit en plus grande quantité dans les dépôts de glace lunaire si l’activité volcanique plutôt que les comètes ont créé la glace.

Comme l’eau, le soufre est un élément « volatil » sur la Lune, car à la surface lunaire, il n’est pas très stable. Il se vaporise facilement et se perd dans l’espace. Compte tenu de sa nature capricieuse, le soufre ne devrait s’accumuler que dans les parties les plus froides de la Lune.

Bien que l’atterrisseur Vikram n’ait pas atterri dans une région constamment ombragée, il a mesuré la température à une latitude sud élevée de 69,37°S et a pu identifier le soufre dans les grains de sol à la surface lunaire. La mesure du soufre est intrigante car le soufre peut pointer vers la source de l’eau de la Lune.

Ainsi, les scientifiques peuvent utiliser la température pour déterminer où des substances volatiles comme celles-ci peuvent se retrouver. Les mesures de température de Chandrayaan-3 pourraient permettre aux scientifiques de tester des modèles de stabilité volatile et de déterminer depuis combien de temps le soufre a pu s’accumuler sur le site d’atterrissage.

Outils de découverte

Vikram et Pragyan sont les plus récents d’une série de vaisseaux spatiaux qui ont aidé les scientifiques à étudier l’eau sur la Lune. Le Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA a été lancé en 2009 et a passé les dernières années à observer la Lune depuis son orbite. Je suis co-enquêteur sur LRO et j’utilise ses données pour étudier la répartition, la forme et l’abondance de l’eau sur les pôles lunaires.

L’orbiteur indien Chandrayaan-1 et LRO ont permis à mes collègues et à moi-même d’utiliser des observations ultraviolettes et proches infrarouges pour identifier la glace dans les régions constamment ombragées en mesurant les empreintes chimiques de l’eau. Nous avons définitivement détecté de la glace d’eau dans certaines de ces régions, à l’intérieur des ombres les plus froides des pôles lunaires, mais nous ne savons toujours pas pourquoi la glace n’est pas plus répandue.

Sur Mercure, en revanche, les régions constamment ombragées débordent pratiquement de glace. Depuis plusieurs années, les scientifiques ont reconnu la nécessité de descendre à la surface et d’effectuer des mesures plus détaillées des volatiles lunaires. Avec ses détections de soufre, l’atterrisseur Vikram a maintenant fait les premiers pas dans le cadre d’un programme d’exploration plus vaste.

Futures missions lunaires

La NASA vise le pôle sud lunaire. En amont de la mission Artemis III visant à déployer des astronautes pour étudier la glace à la surface, le programme Commercial Lunar Payloads Services enverra plusieurs atterrisseurs et rovers à la recherche de glace, comme la mission IM-1 d’Intuitive Machines récemment lancée.

Alors que l’incertitude entoure le calendrier des lancements d’Artemis, la première mission avec équipage, Artemis II, est en bonne voie pour un lancement fin 2024 ou début 2025, avec une trajectoire en boucle passant derrière la face cachée de la Lune et retournant vers la Terre.

Le système d’imagerie infrarouge compact lunaire, dont je suis le chercheur principal, est une caméra infrarouge qui prendra des mesures de température et étudiera la composition de la surface de la Lune.

Baptisée L-CIRiS, cette caméra a récemment subi son dernier examen avant d’être livrée à la NASA, et l’instrument de vol terminé sera prêt à être lancé sur un atterrisseur commercial fin 2026.

Avant L-CIRiS, la mission du rover VIPER devrait être lancée fin 2024 dans la région lunaire du pôle sud, où elle transportera des instruments pour rechercher de la glace dans des pièges micro-froids. On suppose que ces minuscules ombres, certaines ne dépassant pas un centime, contiennent une quantité importante d’eau et sont plus accessibles que les plus grands PSR.

L’un des objectifs à long terme du L-CIRiS et du programme Commercial Lunar Payload Services de la NASA est de trouver un endroit approprié pour une station lunaire durable à long terme. Les astronautes pourraient séjourner dans cette station, potentiellement similaire à celle de McMurdo en Antarctique, mais elle devrait être quelque peu autosuffisante pour être économiquement viable. L’eau étant extrêmement coûteuse à transporter vers la Lune, il est donc indispensable de localiser la station à proximité de réservoirs de glace.

Au cours de la mission Artemis III, les astronautes de la NASA utiliseront les informations recueillies par le programme Commercial Lunar Payload Services et d’autres missions, notamment Chandrayaan-3, pour évaluer les meilleurs emplacements pour collecter des échantillons. Les mesures de température et de composition de Chandrayaan-3 et L-CIRiS sont comme celles qui seront nécessaires au succès d’Artemis. La coopération entre les agences spatiales, jeunes et moins jeunes, devient ainsi un élément clé d’une présence humaine durable et à long terme sur la Lune.

Écrit par Paul Hayne, professeur adjoint de sciences astrophysiques et planétaires, Université du Colorado à Boulder.

Adapté d’un article initialement publié dans The Conversation.