Depuis l'ère Apollo, les scientifiques savent que la Lune avait une sorte de champ magnétique dans le passé, mais n'en a plus maintenant. De nouvelles études d'échantillons lunaires d'Apollo répondent à certaines de ces questions, mais elles créent également de nombreuses autres questions auxquelles il faut répondre.
Les échantillons lunaires retournés par les missions Apollo montrent des signes de magnétisation. Les roches sont magnétisées lorsqu'elles sont chauffées puis refroidies dans un champ magnétique. Lorsqu'elles refroidissent en dessous de la température de Curie (environ 800 degrés C, selon le matériau), les particules métalliques dans la roche s'alignent le long des champs magnétiques ambiants et gèlent dans cette position, produisant une aimantation résiduelle.
Cette aimantation peut également être mesurée depuis l'espace. Des études réalisées sur des satellites en orbite montrent que la magnétisation de la Lune s'étend bien au-delà des régions échantillonnées par les astronautes d'Apollo. Toute cette aimantation signifie que la Lune a dû avoir un champ magnétique à un moment donné de son histoire.
La plupart des champs magnétiques que nous connaissons dans le système solaire sont générés par une dynamo. Fondamentalement, cela implique la convection dans un noyau liquide métallique, qui déplace efficacement les électrons des atomes métalliques, créant un courant électrique. Ce courant induit alors un champ magnétique. On pense que la convection elle-même est entraînée par le refroidissement. Lorsque le noyau extérieur se refroidit, les parties les plus froides s'enfoncent vers l'intérieur et laissent les sections intérieures plus chaudes se déplacer vers l'extérieur vers l'extérieur.
Parce que la Lune est si petite, une dynamo magnétique entraînée par un refroidissement par convection devrait s'éteindre il y a environ 4,2 milliards d'années. Ainsi, la preuve de l'aimantation après cette période nécessiterait soit 1) une source d'énergie autre que le refroidissement pour entraîner le mouvement d'un noyau liquide, ou 2) un mécanisme complètement différent pour créer des champs magnétiques.
Des expériences en laboratoire ont suggéré une telle méthode alternative. De grands impacts formant des bassins pourraient produire des champs magnétiques de courte durée sur la Lune, qui seraient enregistrés dans les matériaux chauds éjectés pendant l'événement d'impact. En fait, certaines observations de magnétisation sont situées de l'autre côté de la Lune (l'antipode) des grands bassins.
Alors, comment savoir si l'aimantation dans une roche a été formée par une dynamo à noyau ou un événement d'impact? Eh bien, les champs magnétiques induits par l'impact ne durent que 1 jour environ. Si une roche se refroidissait très lentement, elle n'enregistrerait pas un champ magnétique d'une telle durée de vie, donc tout magnétisme qu'elle conserve doit avoir été produit par une dynamo. De plus, les roches qui ont été impliquées dans les impacts montrent des signes de choc dans leurs minéraux.
Un échantillon lunaire, le numéro 76535, qui montre des signes de refroidissement lent et aucun effet de choc, a une aimantation résiduelle distincte. Ceci, avec l'âge de l'échantillon, suggère que la Lune avait un noyau liquide et un champ magnétique généré par dynamo il y a 4,2 milliards d'années. Une telle dynamo à noyau est compatible avec un refroidissement par convection. Mais, s'il y a des échantillons plus jeunes?
De nouvelles études récemment publiées dans Science par Erin Shea et ses collègues suggèrent que cela pourrait être le cas. Mme Shea, étudiante diplômée au MIT, et son équipe ont étudié l'échantillon 10020, une jument basalte de 3,7 milliards d'années rapportée par les astronautes d'Apollo 11. Ils ont démontré que l'échantillon 10020 ne montre aucun signe de choc dans ses minéraux. Ils ont estimé que l'échantillon a mis plus de 12 jours à refroidir, ce qui est beaucoup plus lent que la durée de vie d'un champ magnétique induit par l'impact. Et ils ont constaté que l'échantillon était très fortement magnétisé.
D'après leurs études, Mme Shea et ses collègues concluent que la Lune avait une forte dynamo magnétique, et donc un noyau métallique en mouvement, il y a environ 3,7 milliards d'années. C'est bien après que la dynamo de refroidissement par convection se soit arrêtée. Il n'est pas clair, cependant, si la dynamo était continuellement active depuis 4,2 milliards d'années, ou si le mécanisme qui a déplacé le noyau liquide était le même à 4,2 et 3,8 milliards d'années. Alors, quelles sont les autres façons de garder un noyau liquide en mouvement?
Des études récentes menées par une équipe de scientifiques français et belges, dirigée par le Dr Le Bars, suggèrent que des impacts importants peuvent déverrouiller la Lune de sa rotation synchrone avec la Terre. Cela créerait des marées dans le noyau liquide, un peu comme les océans de la Terre. Ces marées centrales entraîneraient des distorsions importantes à la frontière cœur-manteau, ce qui pourrait entraîner des écoulements à grande échelle dans le cœur, créant une dynamo.
Dans une autre étude récente, le Dr Dwyer et ses collègues ont suggéré que la précession de l'axe de rotation lunaire pourrait remuer le noyau liquide. La proximité de la première Lune avec la Terre aurait fait osciller l’axe de rotation de la Lune. Cette précession entraînerait des mouvements différents dans le noyau liquide et le manteau solide sus-jacent, produisant une agitation mécanique durable (plus d'un milliard d'années) du noyau. Le Dr Dwyer et son équipe estiment qu'une telle dynamo s'arrêterait naturellement il y a environ 2,7 milliards d'années à mesure que la Lune s'éloignait de la Terre au fil du temps, diminuant son influence gravitationnelle.
Malheureusement, le champ magnétique suggéré par l'étude de l'échantillon 10020 ne correspond à aucune de ces possibilités. Ces deux modèles fourniraient des champs magnétiques trop faibles pour avoir produit la forte aimantation observée dans l'échantillon 10020. Une autre méthode pour mobiliser le noyau liquide de la Lune devra être trouvée afin d'expliquer ces nouvelles découvertes.
Sources:
Une dynamo lunaire à longue durée de vie. Shea et al. Science 27, janvier 2012, 453-456. doi: 10.1126 / science.1215359.
Une dynamo lunaire à longue durée de vie entraînée par une agitation mécanique continue. Le Bars et al. Nature 479, novembre 2011, 212-214. doi: 10.1038 / nature10564.
Une dynamo à impact pour la première Lune. Dwyer et al. Nature 479, novembre 2011, 215-218. doi: 10.1038 / nature10565.
