Cratère frais sur Oceanus Procellarum. Crédit : NASA/GSFC/Université d’État de l’Arizona
L’échantillon lunaire renvoyé par la mission lunaire chinoise 2020 contenait des minéraux qui fournissent des indices sur leur origine.
La lune terrestre a obtenu son apparence de fromage suisse grâce aux objets célestes qui se sont écrasés sur sa surface, formant des cratères d’impact. Mais les cratères n’étaient pas tout ce qui restait ; la pression et la température intenses d’une telle collision ont également un impact sur les roches et la poussière recouvrant la surface lunaire, appelée régolithe, modifiant sa composition et sa structure minérale. L’analyse des minéraux obtenus fournit aux chercheurs modernes des indices sur le passé de la Lune.
Analyse des échantillons lunaires de Chang’e-5
Le chinois Chang’e-5, la première mission de retour d’échantillons lunaires depuis le Luna 24 de l’Union soviétique en 1976, a livré 1,73 kilogramme de régolithe depuis l’Oceanus Procellarum, un avion nommé pour sa grande taille. L’échantillon a atterri avec Chang’e-5 (CE-5) fin 2020 et comprenait un nouveau minéral, Changesite-(Y), ainsi qu’une combinaison déroutante de minéraux de silice.
Dans Matière et rayonnement aux extrêmes, Dans une revue AIP Publishing, des chercheurs de l’Académie chinoise des sciences ont comparé la composition matérielle du CE-5 à d’autres échantillons de régolithes lunaires et martiens. Ils ont examiné les causes et origines potentielles de la composition unique de l’échantillon lunaire.
Métamorphisme d’impact et minéraux lunaires
Les astéroïdes et les comètes entrent en collision avec la Lune à des vitesses extrêmes, provoquant un métamorphisme d’impact (choc) dans les roches lunaires. Ce changement de température et de pression se produit rapidement et présente des caractéristiques distinctives, notamment la formation de polymorphes de silice comme la stishovite et la seifertite, qui sont chimiquement identiques au quartz mais ont des structures cristallines différentes.
« Bien que la surface lunaire soit recouverte de dizaines de milliers de cratères d’impact, les minéraux à haute pression sont rares dans les échantillons lunaires », a déclaré l’auteur Wei Du. « L’une des explications possibles est que la plupart des minéraux à haute pression sont instables à haute température. Par conséquent, ceux formés lors de l’impact pourraient avoir connu un processus rétrograde.
Cependant, un fragment de silice dans l’échantillon CE-5 contient à la fois de la stishovite et de la seifertite, des minéraux qui ne coexistent théoriquement qu’à des pressions beaucoup plus élevées que celles apparemment expérimentées dans l’échantillon.
Les auteurs ont déterminé que la seifertite existe comme phase entre la stishovite et un troisième polymorphe de silice, l’α-cristobalite, également présente dans l’échantillon.
« En d’autres termes, la seifertite pourrait se former à partir de l’α-cristobalite pendant le processus de compression, et une partie de l’échantillon se transformerait en stishovite au cours du processus ultérieur d’augmentation de la température », a déclaré Du.
L’importance des découvertes de Chang’e-5
Cette mission a également rapporté un nouveau minéral lunaire, Changesite-(Y), un minéral phosphaté caractérisé par des cristaux colonnaires incolores et transparents.
Les chercheurs ont estimé la pression maximale (11-40 GPa) et la durée de l’impact (0,1-1,0 seconde) de la collision qui a façonné l’échantillon. En combinant ces informations avec des modèles d’ondes de choc, ils ont estimé que le cratère résultant aurait une largeur comprise entre 3 et 32 kilomètres, selon l’angle d’impact.
Les observations à distance montrent que les éjectas lointains du régolithe CE-5 proviennent principalement de quatre cratères d’impact, et le cratère Aristarchus est le plus jeune parmi les quatre cratères éloignés. Parce que la seifertite et la stishovite sont facilement perturbées par le métamorphisme thermique, ils ont déduit que le fragment de silice provenait probablement de la collision qui a formé le cratère d’Aristarchus.
Cette mission de retour d’échantillons a démontré la puissance de l’analyse moderne et comment elle peut aider à découvrir l’histoire des corps célestes.
