Une nouvelle étude utilisant la tomographie avancée à sonde atomique a déterminé que la Lune sur Terre a 4,46 milliards d’années, soit 40 millions d’années de plus que les estimations précédentes. Cette découverte, issue de l’analyse des cristaux lunaires d’Apollo 17, permet de mieux comprendre la formation de la Lune et son impact sur l’environnement terrestre.
Des scientifiques de l’Université Northwestern ont contribué à l’analyse d’échantillons lunaires collectés par les astronautes lors de la mission Apollo 17.
En analysant de minuscules cristaux de la Lune, collectés lors de la mission Apollo 17 en 1972, les scientifiques ont révisé l’âge estimé de la Lune. Auparavant estimée à 4,425 milliards d’années, la nouvelle analyse indique qu’elle a environ 4,46 milliards d’années, soit 40 millions d’années de plus que les estimations précédentes.
Dirigé par des chercheurs du Field Museum et du Université de Glasgowl’étude a été rendue possible grâce Université du nord-ouestc’est atome-une installation de tomographie par sonde, qui a « déterminé » l’âge du cristal le plus ancien de l’échantillon. En révélant l’âge de ces cristaux de zircon révélateurs – trouvés cachés dans la poussière collectée sur la Lune – les chercheurs ont pu reconstituer la chronologie de la formation de la Lune.
L’étude a été récemment publiée dans la revue Lettres de perspectives géochimiques.
Évolution technologique dans les études spatiales
« Cette étude témoigne des immenses progrès technologiques que nous avons réalisés depuis 1972, lorsque la dernière mission habitée sur la Lune est revenue sur Terre », a déclaré Dieter Isheim de Northwestern, co-auteur de l’étude. « Ces échantillons ont été amenés sur Terre il y a un demi-siècle, mais ce n’est qu’aujourd’hui que nous disposons des outils nécessaires pour effectuer des microanalyses au niveau requis, y compris la tomographie par sonde atomique. »
Un grain de zircon lunaire au microscope. Crédit : Jennika Greer
L’analyse atome par atome a permis aux chercheurs de compter combien d’atomes dans les cristaux de zircon ont subi une désintégration radioactive. Lorsqu’un atome se désintègre, il perd des protons et des neutrons pour se transformer en différents éléments. L’uranium, par exemple, se désintègre en plomb. Étant donné que les scientifiques ont établi le temps nécessaire au déroulement de ce processus, ils peuvent évaluer l’âge d’un échantillon en examinant la proportion d’atomes d’uranium et de plomb.
« La datation radiométrique fonctionne un peu comme un sablier », a déclaré Philipp Heck, du Field Museum, l’auteur principal de l’étude. « Dans un sablier, le sable s’écoule d’une ampoule de verre à l’autre, le passage du temps étant indiqué par l’accumulation de sable dans l’ampoule inférieure. La datation radiométrique fonctionne de la même manière en comptant le nombre d’atomes parents et le nombre d’atomes filles en lesquels ils se sont transformés. Le passage du temps peut alors être calculé car le taux de transformation est connu.
Isheim est professeur agrégé de recherche en science et ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern et directeur du Center for Atom-Probe Tomography (NUCAPT) de Northwestern. David Seidman, professeur émérite Walter P. Murphy de science et d’ingénierie des matériaux à McCormick et directeur fondateur de NUCAPT, est également co-auteur de l’étude. Heck est le conservateur Robert A. Pritzker du Field Museum pour les météorites et les études polaires, directeur principal du Negaunee Interactive Research Center et professeur au Université de Chicago. Jennika Greer, professeure associée de recherche à l’Université de Glasgow, est l’auteur principal de l’étude. Lorsque la recherche a commencé, elle était titulaire d’un doctorat. candidat dans le laboratoire de Heck.
L’auteur principal Jennika Greer travaille avec la sonde atomique. Crédit : Dieter Isheim, Nord-Ouest
Les années de formation de la Lune
Il y a plus de 4 milliards d’années, alors que le système solaire était encore jeune et que la Terre était encore en croissance, un géant MarsUn objet de la taille d’un objet s’est écrasé sur la Terre. Un morceau colossal s’est détaché de la Terre pour former la Lune, et l’énergie de l’impact a fait fondre la roche qui est finalement devenue la surface de la Lune.
« Lorsque la surface était ainsi fondue, les cristaux de zircon ne pouvaient pas se former et survivre », a déclaré Heck. « Ainsi, tous les cristaux à la surface de la Lune doivent s’être formés après le refroidissement de cet océan de magma lunaire. Autrement, ils auraient fondu et leurs signatures chimiques auraient été effacées.»
Étant donné que les cristaux doivent s’être formés après le refroidissement de l’océan de magma, déterminer l’âge des cristaux de zircon révélerait l’âge minimum possible de la Lune. Mais pour déterminer l’âge maximum possible de la Lune, les chercheurs se sont tournés vers les instruments de tomographie à sonde atomique de Northwestern.
« En tomographie avec sonde atomique, nous commençons par aiguiser un morceau de l’échantillon lunaire en une pointe très pointue, à l’aide d’un microscope à faisceau ionique focalisé, presque comme un taille-crayon très sophistiqué », a déclaré Greer. «Ensuite, nous utilisons des lasers UV pour évaporer les atomes de la surface de cette pointe. Les atomes voyagent à travers un spectromètre de masse et la vitesse à laquelle ils se déplacent nous indique leur poids, ce qui nous indique de quoi ils sont faits.
Après avoir déterminé les matériaux présents dans l’échantillon et effectué une datation radiométrique, les chercheurs ont conclu que les cristaux les plus anciens ont environ 4,46 milliards d’années. Cela signifie que la Lune doit être au moins aussi vieille.
Il est important de savoir quand la Lune s’est formée, a déclaré Heck, car « la Lune est un partenaire important dans notre système planétaire. Il stabilise l’axe de rotation de la Terre. C’est la raison pour laquelle il y a 24 heures dans une journée. C’est la raison pour laquelle nous avons des marées. Sans la Lune, la vie sur Terre serait différente. C’est une partie de notre système naturel que nous voulons mieux comprendre, et notre étude fournit une petite pièce de puzzle dans l’ensemble de ce tableau.
L’étude a été soutenue par NASA et la bourse d’études supérieures Women in Science du Field Museum. NUCAPT est soutenu par la National Science Foundation, l’Office of Naval Research et l’Institut Paula M. Trienens pour la durabilité et l’énergie.
