Les secrets des ombres permanentes de la lune se dévoilent

À la veille de cette nouvelle ère d’alunissages, une multitude de nouvelles études sur les PSR ont révélé que ces régions ombragées sont encore plus étranges que ne l’imaginaient les scientifiques. Que trouverons-nous cachés dans l’ombre ?

« Je ne sais pas ce que nous allons voir », a déclaré Robinson, le scientifique principal de la mission robotique de l’année prochaine. « C’est la chose la plus cool. »

De l’eau, de l’eau, partout

Les spéculations sur les PSR remontent à 1952, lorsque le chimiste américain Harold Urey a émis pour la première fois l’hypothèse de leur existence sur la lune. « Près de ses pôles, il peut y avoir des dépressions sur lesquelles le soleil ne brille jamais », écrit-il. Il a observé que, alors que la Terre orbite autour du soleil avec son axe de rotation incliné de 23,5 degrés, la lune orbite à une simple inclinaison de 1,5 degré. Cela signifie que les rayons du soleil frappent ses pôles presque horizontalement et que les bords des cratères polaires empêcheront la lumière d’atteindre directement leurs profondeurs. Cependant, Urey pensait que toute glace dans ces endroits sans soleil aurait été « rapidement perdue » à cause du manque d’atmosphère de la lune.

Le chimiste américain Harold Urey a remporté le prix Nobel de chimie en 1934 pour avoir découvert le deutérium. Il a également travaillé sur le projet Manhattan et a fait des recherches pionnières sur l’origine de la vie, la paléoclimatologie et l’origine et les propriétés de la lune.Photographie: Département américain de l’énergie

Puis en 1961, le géophysicien Kenneth Watson du Lawrence Berkeley National Laboratory a émis l’hypothèse que la glace pouvait persister à l’intérieur des PSR. Les températures nocturnes sur la lune étaient connues pour plonger à moins 150 degrés Celsius; Watson et deux collègues ont fait valoir que cela signifiait que la glace serait piégée dans les endroits les plus froids, malgré l’exposition à l’espace. « Il devrait encore y avoir des quantités détectables de glace dans les zones ombragées en permanence de la lune », ont-ils écrit.

Les scientifiques ont débattu de la possibilité de glace dans les PSR jusqu’au début des années 1990, lorsque les instruments radar ont détecté des signes de glace aux pôles de Mercure, dont on pensait également qu’ils avaient des cratères ombragés en permanence. En 1994, à l’aide d’un instrument radar sur le vaisseau spatial Clementine de la NASA, les scientifiques ont détecté un signal amélioré au-dessus du pôle sud de la lune qui correspondait à la présence de glace d’eau. La chasse était ouverte.

En 1999, Jean-Luc Margot de l’Université Cornell et ses collègues ont identifié des PSR sur la lune qui pourraient contenir de la glace. Ils ont utilisé une antenne radar dans le désert de Mojave en Californie pour créer des cartes topographiques des pôles lunaires. « Nous avons simulé la direction de la lumière du soleil et utilisé nos cartes topographiques pour identifier les régions qui étaient ombragées en permanence », a déclaré Margot.

Ils n’ont localisé qu’une poignée de PSR, mais des études ultérieures en ont identifié des milliers. Le plus grand mesure des dizaines de kilomètres de diamètre à l’intérieur de cratères géants, comme le cratère Shackleton au pôle sud lunaire, qui est deux fois plus profond que le Grand Canyon. Le plus petit s’étend sur quelques centimètres. Lors de la conférence sur les sciences lunaires et planétaires qui s’est tenue à Houston en mars, Caitlin Ahrens, scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA, a présenté des recherches suggérant que certains PSR pourraient croître et diminuer légèrement lorsque les températures sur la lune fluctuent. « Ce sont des régions froides très dynamiques », a déclaré Ahrens dans une interview. « Ils ne stagnent pas. »

Patrick O’Brien et un collègue ont récemment identifié des régions à double ombre sur la lune qui sont suffisamment froides pour garder les glaces exotiques gelées.Avec l’aimable autorisation de Patrick O’Brien

De nouvelles recherches indiquent que certains cratères contiennent également des régions à double ombre, ou « ombres dans les ombres », a déclaré Patrick O’Brien, un étudiant diplômé de l’Université de l’Arizona, qui a présenté des preuves de l’idée à Houston. Bien que les PSR ne soient pas exposés à la lumière directe du soleil, la plupart reçoivent une lumière réfléchie qui rebondit sur le bord du cratère, ce qui peut faire fondre la glace. Les régions à double ombre sont des cratères secondaires à l’intérieur des PSR qui ne reçoivent pas de lumière réfléchie. « Les températures peuvent être encore plus froides que les ombres permanentes », a déclaré O’Brien; ils atteignent aussi bas que moins 250 degrés Celsius.

Secrets glacés

Les régions à double ombre sont suffisamment froides pour geler des glaces plus exotiques, comme le dioxyde de carbone et l’azote, s’il en existe. Les scientifiques disent que la composition chimique de ceux-ci et de la glace d’eau à l’intérieur des PSR pourrait révéler comment l’eau est arrivée sur la Lune et, plus important encore, sur la Terre et sur les mondes rocheux en général. « L’eau est essentielle à la vie telle que nous la connaissons », a déclaré Margaret Landis, planétologue à l’Université du Colorado à Boulder. La question est, dit-elle, « Quand et comment les conditions favorables à la vie sur Terre se sont-elles formées ? Alors que le passé de la Terre a été brouillé par des processus géologiques, la lune est un musée de l’histoire du système solaire ; on pense que sa glace est restée pratiquement intacte depuis son arrivée.

Il existe trois théories prédominantes sur la façon dont l’eau est arrivée sur la lune. La première est qu’il est arrivé via des impacts d’astéroïdes ou de comètes. Dans ce scénario, lorsque le système solaire s’est formé, les molécules d’eau du système solaire interne chaud ont été vaporisées et emportées par le vent solaire ; seule l’eau de la périphérie glaciale pouvait se condenser et s’accumuler en corps glacés. Ces corps ont ensuite bombardé le système solaire interne, y compris la lune, fournissant de l’eau. La deuxième théorie est que les éruptions volcaniques sur la lune à un moment donné à son âge moyen ont formé une atmosphère lunaire mince et temporaire qui a engendré la formation de glace aux pôles. Ou le vent solaire aurait pu transporter de l’hydrogène vers la lune qui s’est mélangé à de l’oxygène pour former de la glace.