Les mascons ou anomalies gravitationnelles de la Lune

Les concentrations de masses de la Lune

La Lune est le seul astre sur lequel l'homme est allé, et pourtant elle n'est pas si accueillante qu'on pourrait le croire. Il n'y a absolument pas d'air, il faut donc une combinaison pressurisée, le moindre défaut d'étanchéité de la combinaison expose les astronautes au vide mortel. C'est aussi un monde silencieux, le son ne peut être transporté à moins d'utiliser des émetteurs et des écouteurs radio. Comme il n'y a pas d'atmosphère, la lumière du Soleil n'est pas filtrée et donc le ciel est toujours noir. De plus il n'y a pas de couleur, le paysage est triste, il est partout le même d'un ton gris plus ou moins monotone. Les températures sont extrêmement inhospitalières, le passage du chaud au froid est particulièrement brutal, de 132°C le jour à -151°C la nuit. Et enfin l'absence de champ magnétique laisse passer les radiations solaires mortelles. Les nombreuses météorites viennent heurter la surface lunaire à grand vitesse sans être ralenties, depuis 4 milliards d'années, elles pulvérisent la roche lunaire et créent partout une couche de poussière fine, le régolithe. La poussière est si fine qu'elle présente un danger, elle se colle sur les combinaisons, sur les instruments et serait un gros problème si on devait y vivre. La Lune, comme tous les corps célestes, n'est pas un objet parfaitement sphérique et sa structure interne n'est pas formée de couches homogènes d'égales épaisseurs. Comme sur la Terre, la pesanteur varie en fonction du lieu où elle est mesurée. En mesurant les variations de la pesanteur tout autour de la Lune, on peut déterminer les variations de densité et en déduire sa structure interne.

N. B. : Le régolithe désigne la couche de poussière produite par l'impact des météorites à la surface d'une planète ou d'un satellite sans atmosphère.

Les anomalies gravitationnelles de la Lune sont dues à des concentrations de masses énormes appelées "mascons". Les mascons sont répartis irrégulièrement dans le sous-sol en particulier sous les mers lunaires. Ces augmentations locales de la densité ou mascons, découverts vers 1970, perturbent les trajectoires des sondes en orbite autour de la Lune. Les deux sondes GRAIL ont partagé la même orbite, séparées l'une de l'autre par une distance fixée par les scientifiques selon leurs besoins de mesure. Cette distance une fois déterminée (entre 75 et 225 km) varie en fonction du champ gravitationnel. En mesurant en permanence leur écartement, les deux sondes détectent avec une grande précision les irrégularités du champ de gravité lunaire. Grâce à ces mesure de densité, l'épaisseur moyenne de la croute lunaire a été estimée entre 34 et 43 kilomètres, plus mince de 10 à 20 km que ce qui était attendu. Cette caractéristique montre que la composition de la Lune ressemble à celle de la Terre.  Ainsi l'hypothèse la mieux acceptée de la formation de la Lune, celle d'un impact géant entre la jeune Terre et un objet de la taille de Mars, est renforcée. Cet épisode date de 4,2 milliards d'années, en 2009 c'est l'âge qu'une équipe de chercheurs a donné à la Lune.

N. B. : En général, le mot « mascon » peut être utilisé comme un substantif pour désigner une distribution excessive de masse sur ou sous la surface d'une planète. Les exemples de bassins MASCON sur la Lune sont les bassins d'impact mare Imbrium, mare Serenitatis, mare Crisium et mare Orientale, qui possèdent d'importantes dépressions topographiques et des anomalies gravitationnelles positives. Les exemples de types de bassins MASCON sur Mars sont les bassins Argyre planitia, Isidis planitia, et Utopia planitia.

Image : Cartographie lunaire, ce graphique représente la densité apparente des montagnes lunaires générée à partir des données gravimétriques de la mission GRAIL et des données topographiques de Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA. Le rouge correspond aux densités plus élevées que la moyenne et le bleu correspond à des densités plus faibles que la moyenne, le blanc désigne les régions qui n'ont pas été analysées. La densité apparente moyenne est 2550 kg par mètre cube. Les cercles pleins correspondent à des bassins importants d'impact. Le plus grand bassin sur l'hémisphère de la face cachée de la lune, le bassin Pole-Aitken Sud, a une densité supérieure à la moyenne qui reflète sa composition riche en fer. Chaque image couvre 75 pour cent de la surface lunaire. Crédit image: NASA / JPL-Caltech / IPGP

Le mystère des anomalies gravitationnelles

La mission GRAIL de la NASA a découvert l'origine des régions massives invisibles qui explique les anomalies gravitationnelles de la lune. Des concentrations de masses inégales affectent les opérations lunaires des engins spatiaux naviguant en orbite autour de la Lune. Les conclusions de GRAIL vont à l'avenir permettre aux satellites en mission, de naviguer avec plus de précision. Les satellites jumeaux de GRAIL étudie la structure interne et la composition de la Lune avec des détails sans précédent, depuis Aout 2012. Ils ont identifié les emplacements des grandes régions denses appelées concentrations massiques ou mascons, qui sont caractérisés par une plus forte attraction gravitationnelle. Les mascons se cachent sous la surface lunaire et ne peuvent pas être vus par les caméras optiques normales. Les scientifiques de la mission GRAIL ont trouvé les mascons en combinant les données gravimétriques de GRAIL avec des modèles informatiques sophistiqués concernant les grands impacts d'astéroïdes et les détails connus sur l'évolution géologique des cratères d'impact. Les résultats sont publiés dans l'édition du 30 mai 2013 de la revue Science.
« Les données confirment que les mascons lunaires se sont produits quand des astéroïdes ou des comètes ont frappés l'ancienne Lune, quand son intérieur était beaucoup plus chaud qu'aujourd'hui », a déclaré Jay Melosh, un co-investigateur GRAIL à l'Université Purdue à West Lafayette, Indiana, et auteur principal de l'article. L'origine des mascons lunaires est un mystère en science planétaire, depuis leur découverte en 1968 par une équipe du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie.

Le modèle montre que le surplus gravitationnel est une conséquence naturelle du choc qui a produit le cratère d'excavation, l'effondrement et le refroidissement suite à l'impact. L'augmentation de la densité et donc de la gravitation au centre de la cible du mascon est causée par des matériaux lunaires fondus par la chaleur d'un impact d'astéroïde, il y a très longtemps. Notre planète a subi des impacts similaires dans son passé lointain, et la compréhension des mascons peut nous en apprendre plus sur l'ancienne Terre, peut-être comment la tectonique des plaques a démarré et ce qui a créé les premiers gisements de minerai. Les sondes GRAIL A et GRAIL B, renommées Ebb and Flow, ont été lancées le 10 Septembre 2011. Elles ont analysé, sur la même orbite presque circulaire près des pôles de la Lune à une altitude d'environ 55 km, la surface lunaire jusqu'à la fin de leur mission. Pilotées par les équipes de la NASA, elles se sont écrasées sur la Lune, à proximité du cratère Goldschmidt, le 17 Décembre 2012. Il n'y a eu aucune image de l'impact car la zone d'impact était située dans une zone sombre. La distance entre les sondes jumelles a légèrement changé pendant leur mission car elles ont survolé des zones de gravité plus ou moins grandes causées par des éléments visibles, comme les montagnes et cratères, et par des concentrations de masses cachées sous la surface lunaire.

Image : Les sondes spatiales jumelles Ebb and Flow de la mission GRAIL (Gravity Recovery And Interior Laboratory). Les objectifs principaux de la mission étaient de connaitre la structure interne de la Lune depuis son cœur jusqu'à la croute, et obtenir une connaissance fine de l'évolution thermique de la Lune. Ebb et Flow ont pris plus de 115 000 images de la Lune et ont collecté un grand nombre de données sur son champ de gravitation. Ces données vont alimenter les analyses des scientifiques pendant de nombreuses années. Crédit image: NASA / JPL-Caltech / MIT

Mare Orientale

Ce gigantesque cratère dessiné sur la surface de la Lune est appelé, Mare Orientale c'est une des plus impressionnants bassins de cratère lunaire, par sa grande dimension. Elle est située à l'extrême ouest de la face visible, elle est pour cette raison difficile à voir depuis la Terre. Cette mosaïque d'images de la structure annelée du grand bassin d'impact lunaire révèle d'étonnants détails. Cette mosaïque est formée d'images prises par la caméra à grand angle de la sonde lunaire LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter).
Ces images ne se recouvrent pas toutes complètement, ce qui explique les lignes noires visibles principalement sur la droite de l'image. Submergée en partie par des flots de lave, Mare Orientale est âgée de plus de 3 milliards d'années et mesure environ 950 kilomètres de diamètre. Sa formation est due à la chute d'un gros astéroïde qui fit onduler la croute lunaire de façon concentrique à la manière d'un caillou tombant dans l'eau. Bien que la Lune est aride et dépourvue d'atmosphère, ces régions sombres à la surface de la Lune ont été appelées mare, c'est à dire « mer » en latin. Les premiers astronomes pensaient, que ces régions pouvaient bel et bien être de vastes étendues d'eau.

Plutarque (46-125) pensait que la Lune était une Terre céleste, et que les zones sombres et régulières étaient les plaines remplies d'eau, appelées Maria (terme latin signifiant mers au pluriel). Les hauts plateaux, de couleur claire furent baptisés, Terrae.

Image : mosaïque d'images de la structure annelée du grand bassin d'impact lunaire Mare orientale.
Crédit: NASA / GSFC / Arizona State Univ. / Lunar Reconnaissance Orbiter