Comment Jupiter et la Lune influencent nos vies | Sciences et technologie

La Lune éclipsant Jupiter sur cette image prise aux États-Unis en 2004.Jimmy Westlake,

Les propriétés isotopiques d’un composé peuvent être utilisées pour étudier son origine et son évolution, et nous pouvons appliquer cette technique à l’étude de l’origine de l’eau sur Terre. Alors, que savons-nous de l’eau sur notre planète ? Tout d’abord, à part la Terre, il n’y a aucun autre endroit dans le système solaire ou au-delà dont nous savons avec certitude qu’il y a de l’eau liquide.

Nous savons qu’il y a de la glace faite d’eau sur la Lune et sur Europe et Encelade (les lunes de Jupiter et de Saturne, respectivement), ou sur des comètes comme 67P / Churyamov-Gerasimenko. On connaît également la présence de vapeur d’eau dans les cryovolcans sur ces lunes et dans le milieu interstellaire, notamment à proximité des zones de formation d’étoiles. Alors est-ce que toute cette eau est la même – a-t-elle la même composition isotopique ?

Il se trouve qu’il y a un paradoxe dans l’origine de l’eau sur Terre. L’environnement dans lequel le Soleil et la Terre ont été créés était assez sec, malgré le fait que l’eau soit l’un des composés les plus abondants dans les zones de formation d’étoiles où le Soleil et la Terre se sont développés. En effet, selon la modélisation scientifique, des planètes rocheuses comme la Terre sont apparues dans une zone du système solaire proche du Soleil. Ici, la température élevée a empêché la formation du type d’atmosphère où l’eau pourrait se développer au-delà de l’état gazeux. De cette manière, la formation d’eau a échappé à l’attraction gravitationnelle de la planète.

La présence de carbone, l’autre base de la vie sur Terre, contient aussi un paradoxe. Le carbone est le quatrième élément le plus abondant dans l’univers après l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène et le deuxième élément le plus présent dans notre corps (près de 20 % de notre masse corporelle est constituée de carbone). Et pourtant, le carbone est 10 fois moins abondant sur Terre que dans l’univers en général.

Pourtant, quelle est la pertinence du carbone ici ?

Eh bien, une petite partie (environ 5%) des météorites qui atteignent notre planète aujourd’hui sont riches en carbone. Elles sont appelées « chondrites carbonées » et, fait intéressant, elles contiennent également de grandes quantités d’eau. Cela signifie qu’ils doivent s’être formés dans des zones éloignées du Soleil, au-delà de ce qu’on appelle la “ligne de congélation”, où les températures étaient déjà beaucoup plus basses, ce qui, au début du système solaire, permettait la formation d’eau, de méthane ou de glace d’ammoniac. . C’est l’une des raisons pour lesquelles on émet l’hypothèse que l’eau est arrivée sur Terre via un bombardement de ces météorites pendant une période où la Terre s’était déjà considérablement refroidie depuis sa formation.

En effet, une autre question est de savoir quand l’eau est arrivée. Il existe des preuves de son existence sur notre planète il y a 4,4 milliards d’années, un peu plus de 100 millions d’années après sa formation, lorsque la température de surface de notre planète devait être suffisamment froide pour geler l’eau. Cette preuve est basée sur l’étude de certains minéraux comme le zircon, qui résiste assez bien aux changements géologiques et à l’action atmosphérique, nous donnant ainsi des informations sur les origines mais pas tant sur l’évolution de l’eau sur Terre.

L’étude des « abondances isotopiques » de l’eau présente dans les chondrites carbonées, du moins dans celles aussi anciennes que le système solaire lui-même, donne des résultats très proches de ceux de l’eau terrestre. En particulier, la quantité de deutérium par rapport au protium est généralement étudiée, car le rapport de ces isotopes pour l’eau terrestre est assez similaire pour les chondrites au voisinage de Jupiter, dont certaines proviennent de l’astéroïde Vesta. Plus loin (par exemple, dans les comètes des confins du système solaire), les abondances de deutérium sont beaucoup plus élevées, se produisant dans ce que l’on appelle le nuage d’Oort.

Alors, qu’est-ce que Jupiter et la Lune ont à voir avec toute l’histoire de l’eau sur Terre ? Dans le cas de Jupiter, son influence dans la matière vient de son action gravitationnelle intense dans le Système solaire, qui agite les orbites d’une multitude d’astéroïdes. Certains modèles évolutifs suggèrent qu’à un moment donné de l’histoire du système solaire, Jupiter n’a peut-être pas eu la même orbite qu’aujourd’hui – au lieu de cela, il peut avoir été plus proche du Soleil avant de migrer vers sa position actuelle. Cette excursion de Jupiter l’aurait amené à balayer des objets en cours de route, qui à leur tour auraient pu être lancés en masse sur des orbites intérieures plus proches du Soleil, atteignant ainsi la Terre. C’est ce qu’on appelle le “bombardement massif tardif” – comme en témoigne, par exemple, la concentration d’impacts de météorites sur la Lune il y a environ 3,9 milliards d’années.

C’est là qu’apparaît le rôle de la Lune. Pour comprendre cela, il faut revenir à l’étude des isotopes, mais il s’agit cette fois du molybdène, un élément beaucoup plus rare. Le molybdène est un métal qui a 42 protons (à titre de comparaison, le fer en a 26) et des dizaines d’isotopes. Il s’avère que les abondances relatives de ces isotopes sur Terre se situent au milieu des abondances observées pour les chondrites carbonées et les chondrites des confins du système solaire.

Tenant compte du fait que le molybdène est plus dense que le fer (un petit cube d’un centimètre de métal pèse 10 grammes, contre sept grammes s’il s’agissait de fer et un gramme s’il s’agissait d’eau), et que la majeure partie du fer sur notre planète est dans son noyau, il ne serait pas étrange de penser que le molybdène qui a atteint la Terre au début de son histoire a coulé jusqu’au noyau de la Terre. Le molybdène de surface, dans la croûte ou le manteau supérieur, pourrait avoir une origine plus récente, et sa composition isotopique indique des zones où il y avait beaucoup de carbone et d’eau. Le timing fonctionne pour associer cette arrivée de molybdène et d’eau à l’impact de Theia, la protoplanète qui a provoqué la formation de la Lune après être entrée en collision avec la Terre il y a 4,5 milliards d’années, mélangeant une grande partie de sa matière avec le manteau terrestre. Selon ces “études molybdéniques”, Théia serait une planète issue non pas de la zone des planètes rocheuses, mais de la zone des planètes gazeuses (Jupiter, Saturne) et/ou des planètes glacées (Uranus, Neptune), qui sont pleines d’eau .

Ainsi, bien que les preuves ne soient pas concluantes, il se pourrait bien que le cataclysme planétaire provoqué par Theia, avec la formation conséquente de la Lune, peut-être avec la médiation de Jupiter, ait eu un effet fondamental sur l’apparition de la vie pour plusieurs raisons, y compris représentant la majeure partie de l’eau existant aujourd’hui sur notre planète.

Ainsi, lorsque nous avons soif, considérons que notre vie est peut-être plus liée aux étoiles que nous ne le pensons, et qu’en plus de la poussière d’étoiles, nous sommes le résultat d’un affrontement de géants.

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