La surface de la Lune comporte deux hémisphères aux propriétés plutôt asymétriques. En conséquence, la nature de la surface lunaire que nous pouvons voir depuis la Terre est sensiblement différente de la face cachée de la Lune, que nous ne percevons pas de la Terre.
La face visible de la Lune
La face de la Lune tournée vers nous est appelée la face visible de la Lune. Elle est divisée en zones claires appelées les hauts plateaux lunaires et en zones plus sombres appelées maria (« mers » ; le singulier est mare). Les premiers astronomes qui cartographient ces zones sombres pensent que ce sont des océans (au XVIIème siècle), aujourd’hui le terme des mers de la lune demeure. Les mers lunaires sont plus basses en altitude que les hauts plateaux. La matière sombre qui remplit les maria est de la lave sombre et solidifiée provenant de périodes antérieures du volcanisme lunaire. Les mers de la Lune et les hauts plateaux présentent tous deux de grands cratères qui sont le résultat d’impacts de météores.
La face cachée de la Lune
Le côté de la Lune non visible de la Terre est appelé communément la face cachée de la Lune. L’une des découvertes des premiers orbiteurs lunaires est que la face cachée a une apparence très différente de la face visible. En particulier, il n’y a presque pas de mers lunaires sur la face cachée.
Densité des cratères de la Lune
La quantité de cratères est généralement une indication de l’âge d’une surface géologique: plus il y a de cratères, plus la surface est ancienne, car si la surface est jeune, il n’y a pas eu le temps que de nombreux cratères se forment. Ainsi, la Terre a une surface relativement jeune parce qu’elle a peu de cratères. Cela s’explique par le fait que la Terre est géologiquement active, la tectonique des plaques et l’érosion ayant effacé la plupart des cratères d’une époque antérieure. En revanche, la surface de la Lune est beaucoup plus ancienne, avec beaucoup plus de cratères. En outre, différentes parties de la surface de la Lune présentent des quantités différentes de cratères et sont donc d’âges différents : les mers de la lune sont plus jeunes que les hautes terres, car elles ont moins de cratères.
Les surfaces les plus anciennes du système solaire sont caractérisées par une densité maximale de cratères. Cela signifie qu’il est impossible d’augmenter la densité des cratères, car ils sont si nombreux qu’en moyenne, tout nouveau cratère formé par un impact de météorite efface un cratère précédent, laissant le nombre total inchangé. Certaines régions de la Lune présentent une densité de cratères proche de la densité maximale, ce qui indique qu’ils sont très anciens.
Le matériau de surface lunaire
La masse volumique apparente de la Lune est de 7,342 × 1022 kg soit 1,23% de celle de la Terre, ce qui est comparable à celle des laves basaltiques (volcaniques) de la Terre (cependant, la masse volumique apparente de la Terre est de 5,9722 × 1024 kg, en raison de la densité du noyau de fer/nickel). La Lune est recouverte d’une couche de terre poudreuse légèrement ondulée avec des roches éparpillées que l’on appelle le régolithe; il est constitué de débris projetés hors des cratères lunaires par les impacts de météores qui les ont créés. Chaque cratère lunaire bien préservé est entouré d’une feuille de matériau éjecté appelée couverture d’éjection.
Composition géologique de la Lune
Une différence importante entre le matériau de la surface lunaire et celui de la Terre concerne les types de roches les plus courantes. Sur la Terre, les roches les plus courantes sont sédimentaires, en raison de l’érosion atmosphérique et hydrique de la surface. Sur la Lune, il n’y a pas d’atmosphère et peu ou pas d’eau, et le type de roche le plus courant est igné (« roches formées par le feu »). Sur le plan géologique, les Maria ou mers lunaires sont principalement composées de basaltes sombres, qui se forment à partir du refroidissement rapide de la roche en fusion provenant de coulées de lave massives.
Les roches des hauts plateaux sont en grande partie de l’Anorthosite, qui est une sorte de roche ignée qui se forme lorsque la lave se refroidit plus lentement que dans le cas des basaltes. Cela implique que les roches des mers de la Lune et des hauts plateaux se sont refroidies à des rythmes différents de l’état fondu et se sont donc formées dans des conditions différentes.
Les brèches, qui sont des fragments de différentes roches compactées et soudées entre elles par des impacts de météorites, se trouvent dans les régions des mers lunaires et des hauts plateaux, mais sont plus fréquentes dans ces dernières.
Les sols lunaires contiennent des globules vitreux que l’on ne trouve pas couramment sur la Terre. Ceux-ci sont probablement formés par la chaleur et la pression générées par les impacts de météores.
Les anorthosites qui sont communes dans les hauts plateaux lunaires ne sont pas courantes à la surface de la Terre (les montagnes Adirondack des États-Unis et le Bouclier canadien sont des exceptions). Elles forment les anciens noyaux de continents sur la Terre, mais ceux-ci ont été largement effacés par les dépôts sédimentaires sus-jacents et par l’activité tectonique des plaques.
Composition chimique de la Lune
Les roches lunaires peuvent également être examinées en fonction des produits chimiques qu’elles contiennent. Une telle analyse indique qu’elles sont riches en éléments réfractaires, qui sont des éléments tels que le calcium (Ca), l’aluminium (Al) et le titane (Ti) qui forment des composés ayant des points de fusion élevés. Les roches lunaires sont pauvres en éléments légers tels que l’hydrogène (H). Il y a une grande abondance d’éléments comme le silicium (Si) et l’oxygène (O) dans les sols de la Lune.
La forte concentration de métaux rares comme le titane, et la disponibilité de quantités abondantes de silicium et d’oxygène ont conduit à des propositions sérieuses concernant les opérations minières et manufacturières à venir sur la Lune.
Quel âge a la Lune ?
L’abondance des éléments radioactifs dans les échantillons de roche peut être utilisée pour déterminer l’âge de la roche grâce à un processus appelé datation à chaînes radioactives. Lorsque de telles techniques sont appliquées aux échantillons de roches lunaires, on trouve que les échantillons de Mare Imbrium et de l’Océan des tempêtes ramenés par Apollo 11 et Apollo 12 ont environ 3,5 milliards d’années, ce qui est comparable aux plus vieilles roches trouvées à la surface de la Terre.
La couverture d’éjecta du bassin d’Imbrium (qui a été formée par un gigantesque impact de météore) a été rapportée par Apollo 14 et s’est avérée avoir environ 3,9 milliards d’années.
Les roches des hautes terres lunaires renvoyées par Apollo 16 ont environ 4 milliards d’années. La plus ancienne roche lunaire trouvée a été localisée par Apollo 17 et semble avoir environ 4,5 milliards d’années.
Ainsi, le plus vieux matériau de la surface de la Lune est presque aussi vieux que nous croyons que le système solaire l’est. C’est plus d’un milliard d’années de plus que les plus vieilles roches terrestres qui ont été trouvées. Ainsi, le matériel ramené de la Lune par les missions Apollo nous donne une fenêtre sur la toute première histoire de notre système solaire qu’il serait difficile de trouver sur la Terre, qui est géologiquement active et a donc effacé son histoire géologique précoce.
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