La Lune 1. Sa composition La Lune est le satellite naturel de la Terre. C est à ce jour le seul astre que l Homme a visité. Voici quelques données physiques de la Lune : Distance : 384 400 km en moyenne. Diamètre : 3 476 km. Masse : 7,35x10 22 kg. Gravité à la surface : 1,62 m/s 2 soit 6 fois moins que sur Terre (9,81 m/s 2 ). Période de rotation : 29 jours 12 heures. Période de révolution : 27 jours 7 heures. Température de surface minimale : -235ºC Température de surface maximale : 125ºC STRUCTURE INTERNE DE LA LUNE Il y a plus de 4,5 milliards d années, la surface de la Lune était un océan de magma liquide. Notre satellite naturel est recouvert d une écorce épaisse de 60 km sur la face visible et 100 km sur la face cachée. En-dessous se trouve un manteau épais de 1000 km. Enfin, au centre se trouve un petit noyau d environ 700 km. La croûte lunaire est recouverte d une couche de poussière appelée régolite. Elle est composée d une grande variété d éléments : Uranium, Thorium, Potassium, Oxygène, Silicium, Magnésium, Fer, Titane, Calcium, Aluminium et Hydrogène, qui sous l effet des bombardements de rayons cosmiques émettent chacun des rayonnements gamma. L'épaisseur de régolithe varie de 3 à 5 mètres dans les mers, jusqu'à 10 à 20 mètres sur les hauts plateaux. L'épaisseur de la croûte varie de 0 à 100 kilomètres selon les endroits. Le manteau serait homogène sur toute la Lune. Cependant, certains scientifiques suggèrent que la face cachée aurait un manteau de composition différente à celui de la face visible, ce qui pourrait être à l origine de la différence d épaisseur de la croute. Le noyau est beaucoup moins dense que celui de la Terre (il contiendrait très peu ou pas de fer) et pourrait être partiellement fluide, même si on pense aujourd hui que la Lune est un astre mort. Association CAP ASTRO Page 1
ATMOSPHÈRE DE LA LUNE La Lune a une atmosphère très ténue, voire inexistante. La gravité qui règne à sa surface n est pas suffisamment importante pour lui permettre de conserver les gaz tels que l azote ou l oxygène. Une des sources de cette atmosphère est le dégagement de gaz rares comme le radon ou le néon, en provenance des profondeurs de la Lune. Une autre source importante est le gaz amené par le vent solaire, qui est brièvement capturé par la faible gravité lunaire. Ce qui fait que quelqu un qui se trouverait sur la Lune, aurait un ciel complètement noir et verrait les étoiles. PRESENCE D EAU SUR LA LUNE La Lune ne possède aucune atmosphère, donc pas de vapeur d eau ; de plus, son sol est sec. Mais les scientifiques suspectent que ses roches contiennent de l eau. Les sondes américaines «Clémentine» en 1994 et «Lunar Prospector» en 1998, dotées chacune de radars auraient trouvé de l eau, sous forme de glace mêlée à du régolite dans des cratères près des pôles et en permanence dans la nuit froide. En 2008, la sonde indienne Chandrayaan-1, avec l aide de la sonde américaine EPOXI, aurait estimé la quantité d eau présente sur la Lune à une concentration d environ 1 pour 1000 dans la partie superficielle du régolite lunaire, soit ½ litre pour la superficie d un terrain de football. 2. L histoire de sa formation L'origine de la Lune est au cœur d'un débat scientifique disputé. Plusieurs hypothèses sont évoquées, la capture d'un astéroïde, la fission d'une partie de la terre par l'énergie centrifuge. Étant donné l'inclinaison de l'orbite lunaire, il est peu probable que la Lune se soit formée en même temps que la Terre, ou que celle-ci ait capturé la Lune. L'hypothèse la mieux acceptée est celle de l'impact géant : (A) (B) (C) (D) Association CAP ASTRO Page 2
(A) Théa, un astéroïde de la taille de Mars, heurte la Terre. (B) Le noyau de fer de l objet pénètre le manteau terrestre. Une partie des matériaux silicatés part vers l espace. (C) Une partie de ces matériaux est capturée en orbite terrestre. (D) Un disque d accrétion se forme et les fragments voisins s agglomèrent pour former un plus gros morceau qui se satellise autour de la Terre. De nouvelles simulations soutiennent cette hypothèse. Cet impact est daté à 42 millions d'années après la naissance du système solaire, soit il y a 4,526 milliards d'années. Elle est aussi corroborée par la comparaison entre la composition de la Lune et celle de la Terre : on y retrouve les mêmes minéraux, mais dans des proportions différentes. Ce sont les substances les plus légères qui auraient été éjectées le plus facilement de la Terre lors de l'impact et que l'on retrouve en plus grande quantité sur la Lune. Le principal élément qui confirme cela est le fer 54 Fe ; en effet, cet isotope du fer est bien présent sur Mars dans les mêmes proportions que le fer 57 Fe, mais sur la Terre et la Lune, il existe en quantité très faible. Seulement, pour qu'il puisse s'évaporer, il faut qu'il soit chauffé à plus de 2 000 C pendant un temps important. La principale thèse pour expliquer cet échauffement est la collision Terre/Lune. On retrouve aussi des éléments chimiques très lourds qui sont présents dans les astéroïdes, comme l iridium, titane 3. La géographie lunaire La surface de la Lune n'est pas uniforme, elle présente des zones sombres et des zones claires. Les zones sombres correspondent à d immenses vallées, des plaines recouvertes de cratères, mais ces grands bassins se sont remplis de lave et ont refroidi. On nomme ces zones «mare», ce qui signifie «mers» en latin. Les anciens ont longtemps cru apercevoir de l eau dans ces zones, de par leur aspect en les observant depuis la Terre, mais ce n est pas le cas. Ces étendues de régolithe ont une concentration supérieure de basalte, d'origine volcanique, et sont très inégalement réparties sur la surface lunaire, leur grande majorité se situant sur la face visible. Leurs principaux constituants sont un mélange d origine magmatique et météoritique : olivine, pyroxène, plagioclase, oxyde de fer et titane. Les zones claires correspondent à des plateaux et de multiples cirques et cratères, plus ou moins récents, créés par les impacts de météorites de taille diverse. Ces surfaces sont recouvertes de régolithe moins dense Association CAP ASTRO Page 3
en basalte et donc beaucoup plus réfléchissant. Ce régolite est composé essentiellement d anorthose, une roche claire formée de silicates, de calcium et d aluminium. Les cratères : depuis sa formation, la Lune a été bombardée par de nombreux météores. Sur la surface, on trouve donc des cratères de toutes formes et de tailles variant de quelques centimètres à des centaines de kilomètres. Depuis environ 1 milliard d années, les bombardements météoritiques se font beaucoup plus rares. La Lune, que nous observons aujourd hui a quasiment le même aspect qu elle avait du temps des dinosaures. Les mers : la taille de ces grandes étendues de roche sombre est impressionnante, la plus grande mer atteint un diamètre de plus de 1 100 km. Les montagnes : leur formation provient d énormes impacts de météores, car contrairement à la Terre il n y a pas de système de tectonique des plaques. La Mer des pluies, par exemple, s étend sur 1250 km de diamètre, elle pourrait contenir la France! Elle a été formée par un gigantesque impact. Sous la puissance de l impact, des montagnes se sont élevées tout proche du cratère d impact. Les plus hautes montagnes, à cet endroit, s élèvent à plus de 6000m d altitude. Les dorsales : la Lune a connu une forte activité volcanique lors de sa formation. Lors du refroidissement de sa surface, des phénomènes ont permis de former les dorsales. La croûte de la Lune s est refroidie, mais à certains endroits des fissures ont permis au magma encore liquide de remonter à la surface. Ces dorsales sont visibles dans les mers lunaires (les grandes zones sombres). Les failles : elles peuvent avoir plusieurs origines : effondrement, impact d une météorite. Certaines d entre elles sont très profondes, de 700 à 800m, ou très larges (jusqu à 1 km). Les dômes : juste après la formation de la Lune, les bassins d impacts ont été remplis par des laves provenant de l intérieur de la Lune, formant les mers lunaires. A l intérieur de ces mers, des dômes sont observés, ils s apparentent à des dômes produits par des laves riches en quartz, plus visqueuses que celles constituées essentiellement de basaltes. Association CAP ASTRO Page 4
4. Les phases de Lune La Lune tourne autour de la Terre en même temps qu'elle fait un tour sur elle-même. Eclairée par le Soleil, il en résulte que, si elle nous présente la même face, cette face n'est pas éclairée de la même façon. Lorsque la face visible est dans l'ombre, nous ne distinguons pas la Lune: c'est la Nouvelle Lune. A l'opposé, quand la face visible est éclairée par le Soleil, c'est la Pleine Lune. La Lune met 27 jours 1/4 pour faire le tour de la Terre. Mais, comme la Terre tourne aussi autour du Soleil, la Lune, la Terre et le Soleil changent constamment de position les uns par rapport aux autres. Les trois astres se retrouvent pourtant dans la même configuration tous les 29 jours 1/2. Ce cycle d'environ un mois s'appelle la lunaison. Association CAP ASTRO Page 5
5. Les éclipses de Lune Une éclipse de Lune se produit lorsque la Terre se trouve entre le Soleil et la Lune, comme dans le schéma cidessous : Si le plan de l'orbite de la Lune était le même que le plan de l'orbite de la Terre autour du Soleil, il se produirait une éclipse de Lune à chaque Pleine Lune et une éclipse de Soleil à chaque Nouvelle Lune. Or la Lune tourne autour de la Terre sur un plan incliné de 5 9' sur l'écliptique, plan de l'orbite terrestre autour du Soleil. Il ne se produit alors, que deux à trois éclipses de Soleil et autant de Lune par an. Notre Satellite se présente donc régulièrement, soit entre le Soleil et la Terre soit derrière la Terre, et par ce fait, peut masquer le Soleil (éclipse de Soleil), ou traverser le cône d'ombre de la Terre (éclipse de Lune). L éclipse de Lune est dite par la pénombre quand la Lune entre dans la pénombre de la Terre sans entrer dans l ombre. L éclipse de Lune est dite partielle quand la Lune pénètre dans l ombre de la Terre sans y être totalement immergée. L éclipse de Lune est dite totale quand la Lune disparaît entièrement dans l ombre de la Terre. Dans ce cas la Lune apparait rouge brique car la lumière du soleil est réfractée dans l ombre par l atmosphère terrestre, laquelle diffuse la lumière bleue. En voici une photo : Association CAP ASTRO Page 6