La Lune est le seul satellite naturel de la Terre-hors astéroïdes troyens-et quelques mystères sur sa formation subsistent. Pourtant, deux scientifiques semblent avoir résolu l'une de ces énigmes : celle de l'inclinaison de l'orbite lunaire.
 

L'hypothèse largement retenue aujourd'hui par les astronomes du monde entier pour expliquer la formation de la Lune est celle de l'impact géant. A une époque à laquelle la Terre était âgée d'environ 100 millions d'années, celle-ci aurait été heurtée par un corps céleste de la taille approximative de Mars. Appelé Théia, ce planétoïde aurait, en frappant la Terre, provoqué la mise en orbite d'une grande quantité de poussières, de roches et d'autres matériaux (un disque d’accrétion) qui, en s'agglomérant sous l'effet de la gravitation, a donné naissance à la Lune.
Le satellite a joué un rôle important dans la constitution de la vie et dans celle des conditions actuelles régnant sur Terre. En effet, en heurtant la Terre, Théia a renforcé la masse terrestre en fusionnant avec elle, ce qui a eu plusieurs effets. Tout d'abord, cette plus forte masse a permis la formation d'un noyau planétaire plus gros, qui, actif, a fourni à la Terre une puissante magnétosphère. C'est cette magnétosphère qui protège notre planète des vents solaires, qui souffleraient l'atmosphère. L'atmosphère actuelle est également une conséquence de l'impact géant, la force de gravité augmentée a en effet provoqué une meilleure retenue des gaz à la surface terrestre. C'est également cette atmosphère qui a retenu l'eau contenue dans les comètes qui venaient frapper la Terre. La température de la Terre est également due à Théia et à la Lune, et ce par un double effet. La convection mantellique terrestre a été augmentée à la fois par la hausse de la masse de la planète, mais également plus tardivement par la force de marée provoquée par la Lune, qui entraîne des frottements au sein même des roches internes de la Terre. Cette convection mantellique a ainsi engendré de fortes et nombreuses éruptions qui, en rejetant du dioxyde de carbone ou du méthane en grande quantité, ont réchauffé la Terre par effet de serre. A l'origine, la Lune était beaucoup plus près de la Terre qu'aujourd'hui, et cette force de marée n'est plus à l'origine d'éruptions terrestres.
La Lune a également joué un rôle de stabilisateur important pour la Terre. En effet, elle a par exemple protégé la Terre de nombreux impactes d'astéroïdes, en les attirant vers elle. De plus, la Lune a stabilisé l'inclinaison terrestre, en faisant office de contrepoids. Du fait de différentes forces gravitationnelles, et notamment celle du Soleil sur la Terre, l'axe de rotation de cette dernière a tendance à changer de direction, ce que l'on appelle la précession des équinoxes. La Terre n'étant pas parfaitement sphérique du fait de sa rotation, qui provoque un renflement au niveau de l'équateur, les forces de marée du Soleil ne s'exercent pas de manière égale sur toute la planète. Sur Mars, la précession des équinoxes est bien plus rapide sur Terre, et son inclinaison peut varier de 20 à 60°. Pour la Terre, grâce au contrepoids dont fait office la Lune, l'inclinaison ne varie que de 21 à 24°. Cette stabilisation de l'axe de rotation de la Terre a permis entre autres une régularité climatique durant l'histoire de la Terre. La Lune a également considérablement ralenti la rotation de la Terre sur elle-même. Lors de sa création, la planète mettait un peu plus de 6 heures pour effectuer une rotation sur elle-même. Les marées lunaires constituent une dissipation d'énergie, qui conduit à l'allongement du jour sidéral de 2 millisecondes par siècle environ. La Lune s'éloignant de la Terre à une vitesse de 3,8 cm par an, cet effet lunaire sur la vitesse de rotation terrestre sur elle-même est de plus en plus ténu, mais continue d'exister. Et ce sont encore les forces de marée qui, en ralentissant également la vitesse de rotation de la Lune, provoquent son éloignement progressive de notre planète. Et cet éloignement souligne une coïncidence : nous vivons une époque à laquelle, depuis la Terre, la Lune a une taille très légèrement inférieure à celle du Soleil, permettant l'observation de la couronne solaire lors d'une éclipse totale de Soleil. Jadis, la Lune masquait totalement le Soleil, dans le futur, elle ne la masquera pas assez pour observer la couronne solaire.

 

L'inclinaison de l'orbite lunaire
 

L'une des énigmes concernant la Lune et sa formation émerge d'une simple observation : pourquoi n'observe-t-on justement pas une éclipse de Soleil chaque mois ? La réponse peut paraître simple, mais ses causes sont bien plus compliquées. L'orbite de la Lune est inclinée d'environ 5° par rapport au plan de l'équateur terrestre, ce qui empêche notre satellite de nous masquer le Soleil très régulièrement. Le problème majeur est la raison de cette inclinaison. En effet, à cause des forces de marée de la Terre sur le disque d’accrétion qui donna naissance à la Lune, celui-ci n'aurait pas du être incliné de plus d'1°. Une fois pleinement formée, la Lune, bien que s'éloignant de la Terre, aurait du garder cette inclinaison très faible, voire la réduire. Le mystère s'épaissit encore si l'on considère la démarche inverse. Ces fameuses forces de marée stabilisatrices aurait du réduire l'inclinaison de l'orbite lunaire, et les scientifiques estiment que l'inclinaison initiale de l'orbite de la Lune étaient de 10°. Alors pourquoi cette inclinaison ? Deux chercheurs de l'observatoire de Nice, Kaveh Pahlevan et Alessandro Morbidelli, sont à l'origine d'une récente explication. Le deuxième connaît bien la question des origines du Système solaire, étant l'un des scientifiques ayant proposé le modèle de Nice pour la formation de notre système stellaire. Ce modèle implique la migration des géantes gazeuses, notamment Uranus et Neptune, vers des orbites bien plus éloignées du Soleil qu'elles ne l'étaient à l'origine. Ces migrations sont causées par la rencontre des planètes avec des planétésimaux, qui sont de petits corps à l'origine du Système solaire. En éjectant ces planétésimaux, les planètes ont perdu de la vitesse et ont donc reculé leur orbite. La rencontre avec de semblables petits corps a pu être la cause de l'inclinaison de l'orbite lunaire. En effet, malgré leurs masses très faibles, le grand nombre de passages de tels objets près du système Terre-Lune a pu perturber de façon forte et durable l'orbite du satellite. Ce modèle est très convaincant, de par la très probable grande quantité de tels planétésimaux proches du Soleil 100 millions d'années après sa formation. Les simulations numériques des deux scientifiques montrent que 10 millions d'années auraient suffi à pencher suffisamment l'orbite lunaire, pour qu'elle soit encore inclinée de 5° aujourd'hui.

 

C'EST EXACT #6

par Thomas Hermans

Un mystère lunaire résolu ?