Où est passé le magnétisme de la Lune? Les scientifiques ont perplexe sur cette question pendant des décennies, depuis que les vaisseaux spatiaux en orbite ont ramassé des signes d'un champ magnétique élevé dans les roches de surface lunaires. La lune elle-même n'a pas de magnétisme inhérent aujourd'hui.
Maintenant, les scientifiques du MIT ont peut-être résolu le mystère. Ils proposent qu'une combinaison d'un champ magnétique ancien et faible et d'un grand impact générateur de plasma peut avoir temporairement créé un champ magnétique fort, concentré de l'autre côté de la lune.
Dans une étude apparaissant dans la revue Avancées scientifiquesles chercheurs montrent à travers des simulations détaillées qu'un impact, comme à partir d'un grand astéroïde, aurait pu générer un nuage de particules ionisées qui ont brièvement enveloppé la lune. Ce plasma aurait coulé autour de la lune et se serait concentré à l'emplacement opposé à partir de l'impact initial. Là, le plasma aurait interagi et amplifié momentanément le champ magnétique faible de la Lune. Tous les rochers de la région auraient pu enregistrer des signes de magnétisme accru avant que le champ ne disparaisse rapidement.
Cette combinaison d'événements pourrait expliquer la présence de roches hautement magnétiques détectées dans une région près du pôle Sud, de la partie éloignée de la Lune. En l'occurrence, l'un des plus grands bassins d'impact – le bassin d'Imbrium – est situé à l'endroit opposé exact sur le côté proche de la lune. Les chercheurs soupçonnent que tout ce qui a eu cet impact a probablement libéré le nuage de plasma qui a lancé le scénario dans leurs simulations.
« Il y a de grandes parties du magnétisme lunaire qui sont encore inexpliquées », explique l'auteur principal Isaac Narrett, étudiant diplômé du département du MIT de la Terre, des sciences atmosphériques et planétaires (EAP). « Mais la majorité des champs magnétiques forts mesurés par des vaisseaux spatiaux en orbite peuvent s'expliquer par ce processus, en particulier de loin de la lune. »
Les co-auteurs de Narrett incluent Rona Oran et Benjamin Weiss au MIT, avec Katarina Miljkovic à l'Université Curtin, Yuxi Chen et Gábor Tóth à l'Université du Michigan à Ann Arbor, et Elias Mansbach, Ph.D., à l'Université de Cambridge. Nuno Loureiro, professeur de sciences nucléaires et d'ingénierie au MIT, a également apporté des idées et des conseils.
Au-delà du soleil
Les scientifiques savent depuis des décennies que la lune tient les restes d'un champ magnétique fort. Les échantillons de la surface de la lune, retournés par des astronautes sur les missions Apollo de la NASA des années 1960 et 70, ainsi que des mesures mondiales de la Lune prises à distance par des vaisseaux spatiaux en orbite, montrent des signes de magnétisme résidant dans les roches de surface, en particulier de loin de la lune.
L'explication typique du magnétisme de surface est un champ magnétique global, généré par une «dynamo» interne, ou un noyau de matériau de barrage fondu. La Terre génère aujourd'hui un champ magnétique à travers un processus de dynamo, et on pense que la Lune a peut-être fait la même chose, bien que son noyau beaucoup plus petit aurait produit un champ magnétique beaucoup plus faible qui peut ne pas expliquer les roches très magnétisées observées, en particulier du côté éloigné de la lune.
Une hypothèse alternative que les scientifiques ont testé de temps à autre implique un impact géant qui a généré du plasma, qui à son tour amplifié tout champ magnétique faible. En 2020, Oran et Weiss ont testé cette hypothèse avec des simulations d'un impact géant sur la lune, en combinaison avec le champ magnétique généré par le solaire, qui est faible car il s'étend sur la terre et la lune.
Dans les simulations, ils ont testé si un impact sur la lune pouvait amplifier un tel champ solaire, suffisamment pour expliquer les mesures hautement magnétiques des roches de surface. Il s'est avéré que ce n'était pas le cas, et leurs résultats semblaient exclure les impacts induits par le plasma comme jouant un rôle dans le magnétisme manquant de la Lune.
Une pointe et une gigue
Mais dans leur nouvelle étude, les chercheurs ont pris une approche différente. Au lieu de tenir compte du champ magnétique du Soleil, ils ont supposé que la Lune hébergeait autrefois une dynamo qui produisait un champ magnétique à part, bien que faible. Compte tenu de la taille de son noyau, ils ont estimé qu'un tel champ aurait été d'environ 1 microtesla, ou 50 fois plus faible que le champ de la Terre aujourd'hui.
À partir de ce point de départ, les chercheurs ont simulé un grand impact sur la surface de la lune, similaire à ce qui aurait créé le bassin d'Imbrium, du côté proche de la Lune. En utilisant des simulations d'impact de Katarina Miljkovic, l'équipe a ensuite simulé le nuage de plasma qu'un tel impact aurait généré comme la force de l'impact vaporisé le matériau de surface. Ils ont adapté un deuxième code, développé par des collaborateurs de l'Université du Michigan, pour simuler comment le plasma qui en résulterait coulerait et interagirait avec le champ magnétique faible de la Lune.
Ces simulations ont montré qu'en tant que nuage plasmatique résultant de l'impact, une partie se serait étendue dans l'espace, tandis que les autres coulaient autour de la lune et se concentreraient sur le côté opposé. Là, le plasma aurait comprimé et amplifié brièvement le champ magnétique faible de la Lune. Tout ce processus, à partir du moment où le champ magnétique a été amplifié au moment où il se décompose à la ligne de base, aurait été incroyablement rapide – quelque part environ 40 minutes, dit Narrett.
Cette brève fenêtre aurait-elle été suffisante pour que les rochers environnants enregistrent la pointe magnétique momentanée? Les chercheurs disent oui, avec l'aide d'un autre effet lié à l'impact.
Ils ont constaté qu'un impact à l'échelle d'Imbrium aurait envoyé une vague de pression à travers la lune, similaire à un choc sismique. Ces vagues auraient convergé de l'autre côté, où le choc aurait « bouclé » les rochers environnants, troublant brièvement les électrons des rochers – les particules subatomiques qui orientent naturellement leurs tours vers un champ magnétique externe.
Les chercheurs soupçonnent que les rochers ont été choqués au moment où le plasma de l'impact a amplifié le champ magnétique de la Lune. Alors que les électrons des rochers se reposaient, ils ont assumé une nouvelle orientation, conformément au champ magnétique élevé momentané.
« C'est comme si vous jetez un pont de 52 cartes dans l'air, dans un champ magnétique, et que chaque carte a une aiguille de boussole », explique Weiss. « Lorsque les cartes se remettent au sol, elles le font dans une nouvelle orientation. C'est essentiellement le processus de magnétisation. »
Les chercheurs disent que cette combinaison d'une dynamo plus un grand impact, associée à l'onde de choc de l'impact, est suffisante pour expliquer les roches de surface hautement magnétisées de la Lune, en particulier de l'autre côté. Une façon de savoir avec certitude consiste à goûter directement les roches pour les signes de choc et le magnétisme élevé. Cela pourrait être une possibilité, car les rochers se trouvent de l'autre côté, près du pôle South Lunar, où des missions telles que le programme Artemis de la NASA prévoient d'explorer.
« Pendant plusieurs décennies, il y a eu une sorte d'énigme sur le magnétisme de la lune – est-ce des impacts ou est-ce d'une dynamo? » Oran dit. « Et ici, nous disons que c'est un peu des deux, et c'est une hypothèse testable, ce qui est bien. »
Les simulations de l'équipe ont été réalisées à l'aide du MIT Supercloud.
