Une nouvelle étude révèle qu’une ancienne collision sur le pôle sud de la Lune a modifié les schémas de convection dans le manteau lunaire, concentrant une série d’éléments producteurs de chaleur sur la face proche. Ces éléments ont joué un rôle dans la création de la vaste lande lunaire visible depuis la Terre. Crédit : Matt Jones
Une nouvelle recherche montre comment l’impact qui a créé le bassin Pôle Sud-Aitken de la Lune est lié au contraste frappant de composition et d’apparence entre les deux faces de la Lune.
Le visage que la Lune montre à la Terre est très différent de celui qu’elle cache sur sa face cachée. La face proche est dominée par le mare lunaire – les vastes vestiges de couleur sombre d’anciennes coulées de lave. En revanche, la face cachée, criblée de cratères, est pratiquement dépourvue d’éléments lunaires à grande échelle. La raison pour laquelle les deux faces sont si différentes est l’un des mystères les plus persistants de la Lune.
Aujourd’hui, les chercheurs ont une nouvelle explication pour la Lune à deux faces – une explication liée à un impact géant survenu il y a des milliards d’années près du pôle sud de la Lune.
Une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances montre que l’impact qui a formé le bassin géant du pôle sud de la Lune (SPA) aurait créé un énorme panache de chaleur qui se serait propagé à l’intérieur de la Lune. Ce panache aurait transporté certains matériaux – une série de terres rares et d’éléments producteurs de chaleur – vers le côté proche de la Lune. Cette concentration d’éléments aurait contribué au volcanisme qui a créé les plaines volcaniques du côté proche.
Le côté proche de la Lune (à gauche) est dominé par de vastes dépôts volcaniques, alors que le côté éloigné (à droite) en compte beaucoup moins.) La raison pour laquelle les deux côtés sont si différents est un mystère lunaire persistant. Crédit : Université de Brown
“Nous savons que de gros impacts comme celui qui a formé SPA créeraient beaucoup de chaleur”, a déclaré Matt Jones, candidat au doctorat à l’Université Brown et auteur principal de l’étude. “La question est de savoir comment cette chaleur affecte la dynamique intérieure de la Lune. Ce que nous montrons, c’est que dans toutes les conditions plausibles au moment où la SPA s’est formée, elle finit par concentrer ces éléments producteurs de chaleur sur le côté le plus proche. Nous pensons que cela a contribué à la fusion du manteau qui a produit les coulées de lave que nous voyons à la surface.”
L’étude est le fruit d’une collaboration entre Jones et son conseiller Alexander Evans, professeur adjoint à Brown, ainsi que des chercheurs de l’Université Purdue, du Lunar and Planetary Science Laboratory en Arizona, de l’Université Stanford et de ;” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA’s Jet Propulsion Laboratory.
A new study reveals that an ancient collision on the Moon’s south pole changed patterns of convection in the lunar mantle, concentrating a suite of heat-producing elements on the nearside. Those elements played a role in creating the vast lunar mare visible from Earth. Credit: Matt Jones
The differences between the near and far sides of the Moon were first revealed in the 1960s by the Soviet Luna missions and the U.S. Apollo program. While the differences in volcanic deposits are plain to see, future missions would reveal differences in the geochemical composition as well. The nearside is home to a compositional anomaly known as the Procellarum KREEP terrane (PKT) — a concentration of potassium (K), rare earth elements (REE), phosphorus (P), along with heat-producing elements like thorium. KREEP seems to be concentrated in and around Oceanus Procellarum, the largest of the nearside volcanic plains, but is sparse elsewhere on the Moon.
Some scientists have suspected a connection between the PKT and the nearside lava flows, but the question of why that suite of elements was concentrated on the nearside remained. This new study provides an explanation that is connected to the South Pole–Aitken basin, the second largest known impact crater in the solar system.
For the study, the researchers conducted computer simulations of how heat generated by a giant impact would alter patterns of convection in the Moon’s interior, and how that might redistribute KREEP material in the lunar mantle. KREEP is thought to represent the last part of the mantle to solidify after the Moon’s formation. As such, it likely formed the outermost layer of mantle, just beneath the lunar crust. Models of the lunar interior suggest that it should have been more or less evenly distributed beneath the surface. But this new model shows that the uniform distribution would be disrupted by the heat plume from the SPA impact.
According to the model, the KREEP material would have ridden the wave of heat emanating from the SPA impact zone like a surfer. As the heat plume spread beneath the Moon’s crust, that material was eventually delivered en masse to the nearside. The team ran simulations for a number of different impact scenarios, from dead-on hit to a glancing blow. While each produced differing heat patterns and mobilized KREEP to varying degrees, all created KREEP concentrations on the nearside, consistent with the PKT anomaly.
The researchers say the work provides a credible explanation for one of the Moon’s most enduring mysteries.
“How the PKT formed is arguably the most significant open question in lunar science,” Jones said. “And the South Pole–Aitken impact is one of the most significant events in lunar history. This work brings those two things together, and I think our results are really exciting.”
Refernece: “A South Pole–Aitken impact origin of the lunar compositional asymmetry” by Matt J. Jones, Alexander J. Evans, Brandon C. Johnson, Matthew B. Weller, Jeffrey C. Andrews-Hanna, Sonia M. Tikoo and James T. Kean, 8 April 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abm8475
