Résumé :
Pendant longtemps, l'extrême asymétrie entre l'avant et l'arrière de la Lune en termes de topographie, d'épaisseur de la croûte et de composition chimique a toujours été l'un des mystères non résolus les plus fascinants dans le domaine de la science planétaire. Une dernière étude de simulation numérique menée par une équipe internationale conjointe de scientifiques planétaires fournit une explication théorique très convaincante à ce mystère vieux d'un siècle : les résultats publiés dans une revue d'astronomie faisant autorité montrent qu'au début de l'évolution de la Lune, un énorme objet nain au niveau d'une planète a violemment percuté la région du pôle sud de la Lune. La profonde colonne de chaleur générée par l'impact a violemment agité la structure interne de la Lune, modifiant fondamentalement la trajectoire de migration du matériau du manteau lunaire et créant finalement le motif asymétrique « double face » de la Lune que l'on voit aujourd'hui.
La compréhension de l'asymétrie de la Lune par l'humanité a commencé au début de l'exploration spatiale. La face avant de la Lune faisant face à la Terre est parsemée de vastes « maria lunaires » plates et plus sombres. Ces mers sont essentiellement des plaines remplies d’énormes coulées de lave basaltique volcanique il y a des milliards d’années. De plus, la face avant de la Lune est également riche en éléments chauffants radioactifs appelés « KREEP » (du nom de l'abréviation anglaise de potassium, éléments de terres rares et phosphore) et en métaux lourds comme le titane. En revanche, la face cachée de la Lune opposée à la Terre présente un aspect complètement différent - il n'y a presque pas de grande zone de maria lunaire basaltique, la croûte est beaucoup plus épaisse que la face avant, la surface est densément recouverte d'anciens cratères d'impact et il y a un manque extrême d'éléments radioactifs générateurs de chaleur. La raison pour laquelle le même satellite naturel forme deux « faces » complètement différentes dans le même environnement d’évolution céleste a déclenché de nombreuses conjectures académiques intenses dans la communauté universitaire depuis des décennies.
Afin d'identifier minutieusement cette force motrice profonde, l'équipe de recherche s'est appuyée sur des codes de dynamique planétaire de haute précision et des clusters de superordinateurs pour mener une simulation multiphysique à grande échelle du processus de refroidissement précoce de l'océan magmatique de la Lune et de la dynamique des collisions célestes. Les scientifiques ont concentré leur attention sur le célèbre « bassin Pôle Sud-Aitken » (bassin SPA) situé sur la face cachée de la Lune – l'une des plus grandes structures d'impact connues du système solaire, s'étendant sur plus de 2 500 kilomètres. Les résultats de simulation montrent qu'il y a environ 4,3 milliards d'années, pendant la période critique où l'océan magmatique à la surface de la lune n'était pas complètement solidifié, un corps céleste géant d'un diamètre de plusieurs centaines de kilomètres a heurté le pôle sud de la lune à une vitesse relative très élevée, injectant instantanément une énergie cinétique et thermique incommensurable à l'intérieur de la lune.
Le puissant impact a non seulement créé un immense bassin de plusieurs kilomètres de profondeur sur la surface lunaire, mais a également créé un panache thermique géant à grande échelle au plus profond de la lune. Cette anomalie thermique à chauffage continu a détruit l’équilibre initial entre la subsidence gravitationnelle et la convection thermique à l’intérieur de la Lune. Telle une énorme pompe souterraine, la couche de fusion de KREEP, qui aurait pu être répartie uniformément dans les profondeurs de la Lune et riche en éléments radioactifs générateurs de chaleur (thorium, uranium et potassium), a été fortement poussée et entraînée le long de l'asthénosphère du manteau lunaire jusqu'à l'autre extrémité de la lune - la région frontale du Procellarium de la lune qui fait maintenant face à la Terre.
Avec l'enrichissement asymétrique à grande échelle de matériaux chauffants radioactifs à longue demi-vie dans les profondeurs de la face de la Lune, la chaleur de désintégration libérée en permanence par ces éléments a continué à chauffer les roches du manteau lunaire sus-jacentes pendant des centaines de millions, voire des milliards d'années, provoquant une refusion locale périodique à grande échelle et, finalement, déclenchant des éruptions volcaniques violentes et durables. La lave de basalte a éclaté à maintes reprises à travers la croûte frontale relativement mince et a craché, remplissant d'anciens bassins et se condensant dans les mers lunaires sombres visibles à l'œil nu aujourd'hui ; Sur la face cachée de la Lune, parce que la majeure partie du matériau chauffant a été évacuée par la dynamique d'impact, l'arrière du manteau lunaire, qui manque de sources de chaleur profondes et soutenues, s'est rapidement refroidi et solidifié. La croûte a non seulement conservé son état épais d’origine, mais a également évité d’être recouverte par la lave volcanique ultérieure.
Les physiciens planétaires ont souligné que cette étude de simulation relie non seulement de manière transparente l'événement d'impact géant dans le bassin Antarctique-Aitken à l'enrichissement unique des roches KREEP et à l'histoire volcanique sur la face avant de la Lune dans la même chaîne dynamique pour la première fois, mais fournit également une base théorique décisive pour réinterpréter à l'avenir les échantillons géologiques in situ ramenés de l'autre côté de la Lune et des régions polaires par Chang'e-6 et le programme Artemis. La recherche a prouvé que dans les premiers stades de la formation des planètes telluriques et des grands satellites, une seule collision catastrophique entre un grand corps suffisait à réorganiser complètement la voie d'évolution thermique profonde et le processus de différenciation géochimique du corps céleste. Ce mécanisme a également des implications considérables pour la compréhension de l’origine des divers reliefs de Mercure, Mars et même des exoplanètes rocheuses.
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