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Il y a environ 4,5 milliards d’années, l’événement le plus marquant de l’histoire de la Terre s’est produit : un énorme corps céleste nommé Théia est entré en collision avec la jeune Terre. Les circonstances exactes de la collision et ses conséquences restent encore mal connues. Ce qui est certain, en revanche, c’est que la taille, la composition et l’orbite de la Terre ont été modifiées, et que cet impact a donné naissance à notre fidèle compagnon dans l’espace : la Lune.

Quel type de corps céleste a si radicalement modifié le cours de l’évolution de notre planète ? Quelle était la taille de Théia ? De quoi était-elle composée ? Et de quelle partie du système solaire provenait-elle ?

Il est difficile de répondre à ces questions. Après tout, Théia a été entièrement détruite lors de la collision. Néanmoins, on en trouve encore des traces aujourd’hui, par exemple dans la composition de la Terre et de la Lune actuelles.

Dans une étude publiée dans la revue Science , des chercheurs dirigés par l’Institut Max Planck de recherche sur le système solaire (MPS) et l’Université de Chicago utilisent ces informations pour déduire la « liste des ingrédients » possibles de Théia, et donc son lieu d’origine.

« La composition d’un corps retrace toute son histoire de formation, y compris son lieu d’origine », a déclaré Thorsten Kleine, directeur du MPS et co-auteur de la nouvelle étude.

Les proportions de certains isotopes métalliques présents dans un corps sont particulièrement révélatrices. Les isotopes sont des variantes d’un même élément qui ne diffèrent que par le nombre de neutrons dans leur noyau atomique, et donc par leur masse.

Dans le système solaire primitif , les isotopes d’un élément donné n’étaient probablement pas répartis uniformément. Aux confins du système solaire, par exemple, leur proportion était légèrement différente de celle observée près du Soleil. L’information relative à l’origine des constituants fondamentaux d’un corps est ainsi inscrite dans sa composition isotopique.

Recherche de traces de Théia sur Terre et sur la Lune
Dans cette étude, l’équipe de recherche a déterminé avec une précision sans précédent le rapport des différents isotopes du fer dans les roches terrestres et lunaires. Pour ce faire, elle a examiné 15 roches terrestres et six échantillons lunaires rapportés sur Terre par les astronautes des missions Apollo.

Le résultat n’est guère surprenant : comme l’avaient déjà montré des mesures antérieures des rapports isotopiques du chrome, du calcium, du titane et du zirconium, la Terre et la Lune sont indiscernables à cet égard.

Cependant, cette grande similitude ne permet pas de tirer de conclusions directes concernant Théia. Il existe tout simplement trop de scénarios de collision possibles. Bien que la plupart des modèles supposent que la lune s’est formée presque exclusivement à partir de matériaux provenant de Théia, il est également possible qu’elle soit principalement composée de matériaux issus du manteau primitif de la Terre ou que les roches terrestres et théiaises se soient mélangées de manière indissociable.

Rétro-ingénierie d’une planète
Pour mieux comprendre Théia, les chercheurs ont eu recours à une méthode de rétro-ingénierie planétaire. En se basant sur la correspondance des rapports isotopiques dans les roches terrestres et lunaires actuelles, l’équipe a exploré différentes compositions et tailles de Théia, ainsi que la composition de la Terre primitive, qui auraient pu conduire à cet état final.

Dans leurs recherches, les chercheurs ont examiné non seulement les isotopes du fer, mais aussi ceux du chrome, du molybdène et du zirconium. Ces différents éléments permettent d’accéder aux différentes phases de la formation planétaire.

Bien avant la rencontre dévastatrice avec Théia, un processus de tri s’était opéré au sein de la Terre primitive. Lors de la formation du noyau de fer, certains éléments, comme le fer et le molybdène, s’y étaient accumulés ; ils étaient par la suite largement absents du manteau rocheux.

Le fer présent aujourd’hui dans le manteau terrestre ne peut donc provenir que d’une formation postérieure au noyau, par exemple à bord de Théia. D’autres éléments, comme le zirconium, qui n’ont pas pénétré dans le noyau, témoignent de toute l’histoire de la formation de notre planète.

Les météorites comme référence
Parmi les compositions mathématiquement possibles de Théia et de la Terre primitive résultant des calculs, certaines peuvent être écartées comme étant improbables.

« Le scénario le plus convaincant est que la plupart des éléments constitutifs de la Terre et de Théia proviennent du système solaire interne. La Terre et Théia étaient probablement voisines », a déclaré Timo Hopp, scientifique du MPS et auteur principal de la nouvelle étude.

Alors que la composition de la Terre primitive peut être représentée principalement comme un mélange de classes de météorites connues, ce n’est pas le cas pour Théia. Différentes classes de météorites proviennent de différentes régions du système solaire externe. Elles servent donc de matériau de référence pour les matériaux disponibles lors de la formation de la Terre primitive et de Théia.

Dans le cas de Théia, cependant, des matériaux jusqu’alors inconnus pourraient également être impliqués. Les chercheurs pensent que ces matériaux proviennent d’une région plus proche du Soleil que de la Terre. Les calculs suggèrent donc que Théia s’est formée plus près du Soleil que notre planète.

Adaptation Terra Projects

Source : https://phys.org/

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