La recherche pourrait aider à éclairer une nouvelle vague d’expériences lunaires basées sur les données qui seront recueillies par la mission Artemis –

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  • En 2024, une nouvelle ère de l’exploration spatiale commencera lorsque la NASA enverra des astronautes sur la Lune dans le cadre de sa mission Artemis, un suivi des missions Apollo des années 1960 et 1970.

    Certaines des plus grandes questions que les scientifiques espèrent explorer comprennent la détermination des ressources présentes dans le sol lunaire et la manière dont ces ressources pourraient être utilisées pour maintenir la vie.

    Dans un article publié dans la revue Avancées scientifiques, des chercheurs de l’Université de Rochester, à la tête d’une équipe de collègues de sept autres institutions, rapportent leurs découvertes sur un facteur majeur qui influence les types de ressources que l’on peut trouver sur la lune : si la lune a eu ou non une longue durée de vie bouclier magnétique à n’importe quel moment de son histoire de 4,53 milliards d’années.

    La présence ou l’absence d’un bouclier est importante car les boucliers magnétiques protègent les corps astronomiques du rayonnement solaire nocif. Et les conclusions de l’équipe contredisent certaines hypothèses de longue date.

    “Il s’agit d’un nouveau paradigme pour le champ magnétique lunaire”, déclare le premier auteur John Tarduno, William R. Kenan, Jr., professeur de géophysique au département des sciences de la Terre et de l’environnement et doyen de la recherche pour les arts, les sciences et l’ingénierie à Rochester.

    La Lune a-t-elle déjà eu un champ magnétique ?

    Pendant des années, Tarduno a été un chef de file dans le domaine du paléomagnétisme, étudiant le développement du bouclier magnétique de la Terre comme moyen de comprendre l’évolution planétaire et les changements environnementaux.

    Le bouclier magnétique de la Terre trouve son origine au plus profond du noyau de la planète. Là, le fer liquide tourbillonnant génère des courants électriques, entraînant un phénomène appelé géodynamo, qui produit le bouclier. Le bouclier magnétique est invisible, mais les chercheurs reconnaissent depuis longtemps qu’il est vital pour la vie à la surface de la Terre, car il protège notre planète du vent solaire – les flux de rayonnement du soleil.

    Mais la lune de la Terre a-t-elle déjà eu un bouclier magnétique ?

    Alors que la lune n’a pas de bouclier magnétique maintenant, il y a eu un débat sur la question de savoir si la lune aurait pu ou non avoir un bouclier magnétique prolongé à un moment donné de son histoire.

    “Depuis les missions Apollo, il y a eu cette idée que la lune avait un champ magnétique qui était aussi fort ou même plus fort que le champ magnétique de la Terre il y a environ 3,7 milliards d’années”, explique Tarduno.

    La croyance que la lune avait un bouclier magnétique était basée sur un ensemble de données initial des années 1970 qui comprenait des analyses d’échantillons collectés lors des missions Apollo. Les analyses ont montré que les échantillons présentaient une magnétisation, que les chercheurs pensaient être causée par la présence d’une géodynamo.

    Mais quelques facteurs ont depuis fait réfléchir les chercheurs.

    “Le noyau de la lune est vraiment petit et il serait difficile de conduire ce genre de champ magnétique”, explique Tarduno. “De plus, les mesures précédentes qui enregistrent un champ magnétique élevé n’ont pas été effectuées à l’aide d’expériences de chauffage. Elles ont utilisé d’autres techniques qui peuvent ne pas enregistrer avec précision le champ magnétique.”

    Quand les échantillons lunaires rencontrent les lasers

    Tarduno et ses collègues ont testé des échantillons de verre collectés lors de précédentes missions Apollo, mais ont utilisé des lasers CO2 pour chauffer les échantillons lunaires pendant une courte période de temps, une méthode qui leur a permis d’éviter de les altérer. Ils ont ensuite utilisé des magnétomètres supraconducteurs très sensibles pour mesurer plus précisément les signaux magnétiques des échantillons.

    “L’un des problèmes avec les échantillons lunaires est que les porteurs magnétiques qu’ils contiennent sont assez sensibles à l’altération”, explique Tarduno. “En chauffant avec un laser, il n’y a aucune preuve d’altération de nos mesures, nous pouvons donc éviter les problèmes que les gens ont pu avoir dans le passé.”

    Les chercheurs ont déterminé que la magnétisation dans les échantillons pourrait être le résultat d’impacts d’objets tels que des météorites ou des comètes, et non le résultat de la magnétisation due à la présence d’un bouclier magnétique. D’autres échantillons qu’ils ont analysés avaient le potentiel de montrer une forte magnétisation en présence d’un champ magnétique, mais n’ont montré aucune magnétisation, indiquant en outre que la lune n’a jamais eu de bouclier magnétique prolongé.

    “S’il y avait eu un champ magnétique sur la lune, les échantillons que nous avons étudiés auraient tous acquis une magnétisation, mais ils ne l’ont pas fait”, explique Tarduno. “C’est assez concluant que la lune n’avait pas de champ de dynamo de longue durée.”

    L’absence de bouclier magnétique signifie une abondance d’éléments

    Sans la protection d’un bouclier magnétique, la lune était sensible au vent solaire, ce qui aurait pu provoquer l’implantation d’une variété de substances volatiles – des éléments chimiques et des composés qui peuvent être facilement évaporés – dans le sol lunaire. Ces volatiles peuvent inclure du carbone, de l’hydrogène, de l’eau et de l’hélium 3, un isotope de l’hélium qui n’est pas présent en abondance sur Terre.

    “Nos données indiquent que nous devrions regarder l’extrémité supérieure des estimations d’hélium 3 car un manque de bouclier magnétique signifie que plus de vent solaire atteint la surface lunaire, ce qui entraîne des réservoirs d’hélium 3 beaucoup plus profonds que ce que l’on pensait auparavant”, a déclaré Tarduno.

    La recherche pourrait aider à éclairer une nouvelle vague d’expériences lunaires basées sur les données qui seront recueillies par la mission Artemis. Les données des échantillons recueillis au cours de la mission permettront aux scientifiques et aux ingénieurs d’étudier la présence de composés volatils et de mieux déterminer si ces matériaux peuvent être extraits pour un usage humain. L’hélium 3, par exemple, est actuellement utilisé en imagerie médicale et en cryogénie et constitue une future source potentielle de combustible.

    Un manque de blindage magnétique signifie également que les anciens sols lunaires peuvent contenir des enregistrements des émissions passées du vent solaire. L’analyse de carottes d’échantillons de sol pourrait donc permettre aux scientifiques de mieux comprendre l’évolution du soleil.

    “Avec l’arrière-plan fourni par nos recherches, les scientifiques peuvent mieux réfléchir à la prochaine série d’expériences lunaires à effectuer”, a déclaré Tarduno. “Ces expériences peuvent se concentrer sur les ressources lunaires actuelles et comment nous pourrions les utiliser, ainsi que sur l’historique de ce qui est piégé dans le sol lunaire.”

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