Lorsque les astronautes sont revenus de la dernière mission d'Apollo Moon de la NASA en 1972, certains des échantillons qu'ils ont prélevés ont été scellés et soigneusement stockés dans l'espoir que les futurs chercheurs utilisant des équipements avancés pourraient les analyser et faire de nouvelles découvertes.
Maintenant, une équipe de recherche dirigée par un professeur de l'Université Brown a fait exactement cela. Dans une étude publiée dans le Journal of Geophysical Research: Planètesles chercheurs rapportent une surprise sulfurique dans les échantillons de roches prélevés dans la région du Taureau de la Lune pendant Apollo 17. L'analyse montre que le matériel volcanique de l'échantillon contient des composés de soufre qui sont très épuisés en soufre-33 (ou 33S), l'un des quatre isotopes de soufre radioactivement stables. Les échantillons 33 épuisés contrastent fortement avec les rapports isotopiques de soufre trouvés sur Terre, selon les chercheurs.
Certains éléments portent des «empreintes digitales» distinctes sous la forme de rapports isotopiques – des variations subtiles du poids de leurs atomes. Si deux roches partagent la même empreinte digitale isotopique, c'est un indice fort qu'ils proviennent de la même source. Dans le cas de la lune et de la Terre, les chercheurs ont montré de larges similitudes dans les isotopes d'oxygène des deux corps. Il a longtemps été supposé que les isotopes de soufre raconteraient une histoire similaire, selon James Dottin, professeur adjoint de sciences de la Terre, de l'environnement et du planétaire à Brown qui a dirigé la nouvelle étude.
« Avant cela, on pensait que le manteau lunaire avait la même composition isotopique de soufre que la Terre », a déclaré Dottin. « C'est ce que je m'attendais à voir lors de l'analyse de ces échantillons, mais nous avons plutôt vu des valeurs très différentes de tout ce que nous trouvons sur Terre. »
Les échantillons analysés par Dottin ont été prélevés dans un tube à double entraînement – un cylindre en métal creux entraîné à quelque 60 centimètres dans le sol lunaire par le gène des astronautes d'Apollo 17 Cernan et Harrison Schmitt. Une fois retourné sur Terre, la NASA a scellé le tube dans une chambre d'hélium pour maintenir l'échantillon en condition vierge pour de futures recherches dans un programme appelé APOLLO Next Generation Sample Analysis ou ANGSA.
Au cours des dernières années, la NASA a commencé à mettre les échantillons ANGSA à la disposition des chercheurs universitaires grâce à un processus d'application compétitif. Dottin a proposé d'analyser les isotopes de soufre en utilisant la spectrométrie de masse ionique secondaire, une méthode très précise d'analyse des isotopes qui n'existait pas en 1972 lorsque les échantillons ont été retournés sur Terre.
Pour son travail, Dottin a recherché des échantillons spécifiques dans le tube d'entraînement qui semblait être la roche volcanique dérivée du manteau: « Je cibais le soufre qui avait une texture qui suggérait qu'elle a été éclatée avec la roche et non ajoutée à travers un processus différent », a-t-il déclaré.
Il était un peu stupéfait de voir des ratios isotopes qui variaient de manière si spectaculaire de ceux de la Terre.
« Ma première pensée a été: » Saint-SHMOLIES, cela ne peut pas être juste « », a déclaré Dottin. « Nous sommes donc retournés pour nous assurer que nous avions tout fait correctement et nous l'avons fait. Ce ne sont que des résultats très surprenants. »
Il y a deux explications potentielles sur le soufre anormal, dit-il.
Ils pourraient être un reste de processus chimiques qui ont eu lieu sur la lune au début de son histoire. Des rapports S33 appauvris sont trouvés lorsque le soufre interagit avec la lumière ultraviolette dans une atmosphère optiquement mince. La lune aurait eu une atmosphère de courte durée au début de son histoire, ce qui aurait pu soutenir ce type de photochimie. Si c'est bien ainsi que les échantillons se sont formés, il a des implications intéressantes pour l'évolution de la lune.
« Ce serait la preuve d'un ancien échange de matériaux de la surface lunaire au manteau », a déclaré Dottin. « Sur Terre, nous avons une tectonique de plaque qui fait cela, mais la lune n'a pas de tectonique de plaque. Donc, cette idée d'une sorte de mécanisme d'échange sur la première lune est excitante. »
L'autre possibilité est que le soufre anormal est laissé de la formation de la lune elle-même. La principale explication de la formation de la Lune est qu'un objet de taille de Mars, appelé Theia, est entré en collision avec la Terre au début de son histoire. Les débris de cette collision ont finalement fusionné pour former la lune. Il est possible que la signature du soufre de Theia soit très différente de celle de la Terre et que ces différences aient été enregistrées dans le manteau lunaire.
Il n'est pas clair de cette recherche laquelle de ces explications possibles est la bonne. Dottin espère que davantage d'étude des isotopes de soufre de Mars et d'autres corps pourraient un jour aider les scientifiques à trouver la réponse. En fin de compte, dit-il, la compréhension de la distribution des signatures isotopiques aidera les scientifiques à mieux comprendre comment le système solaire s'est formé.
