Il est possible d’observer l’intérieur d’une pastèque sans l’ouvrir, afin de déterminer sa maturité, la taille de ses pépins et sa teneur en eau, simplement en l’analysant de l’extérieur. Les scientifiques appliquent cette même approche depuis des années, non pas aux pastèques, mais aux lunes, aux astéroïdes et même aux planètes entières. Ils exploitent la force subtile mais puissante de la gravité pour percer les secrets cachés à l’intérieur de ces corps célestes.

Deux études récentes de la NASA, publiées dans Nature et Nature Astronomy, illustrent parfaitement comment l’analyze des données gravitationnelles collectées par des sondes spatiales en orbite révolutionne notre compréhension des structures planétaires, sans nécessiter d’atterrissage.Bien que la Lune et Vesta,un astéroïde géant situé dans la ceinture principale entre Mars et Jupiter,soient des corps célestes très différents,les deux recherches ont utilisé une technique similaire pour révéler des détails inédits sur leur composition interne.

Les deux faces de la Lune

pour l’étude lunaire, publiée dans Nature, les chercheurs ont développé un nouveau modèle gravitationnel de notre satellite, tenant compte des infimes variations de son champ gravitationnel tout au long de son orbite elliptique autour de la Terre.

Ces fluctuations entraînent une légère déformation de la Lune en raison de la « force de marée » exercée par notre planète, un phénomène appelé « déformation maréale ». cette subtile « flexion » lunaire fournit des informations cruciales sur sa structure interne profonde. Imaginez que vous serrez une balle en caoutchouc : sa forme change sous la pression. De même, la Terre exerce une « pression » gravitationnelle sur la Lune, la faisant s’étirer et se contracter légèrement pendant son orbite.La façon dont la Lune réagit à cette pression, c’est-à-dire sa déformation, dépend de la distribution de la masse à l’intérieur. Un intérieur plus rigide se déformera moins qu’un intérieur plus souple.

Grâce à leur modèle informatique sophistiqué, les chercheurs ont produit la carte gravitationnelle lunaire la plus détaillée à ce jour. Cette cartographie extrêmement précise de la gravité lunaire est non seulement utile pour ce type d’études scientifiques, mais constitue également un outil d’une valeur inestimable pour les futures missions spatiales.

Ce résultat a été rendu possible grâce à l’analyse approfondie des données recueillies par la mission GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) de la NASA. Les deux sondes spatiales jumelles de cette mission, nommées Ebb et Flow, ont orbité autour de la Lune de décembre 2011 à décembre 2012, mesurant avec une précision étonnante les infimes variations de son champ gravitationnel.

L’une des découvertes les plus intrigantes de cette étude concerne les différences entre la face visible de la Lune (celle que nous voyons toujours) et sa face cachée.La face visible est dominée par de vastes plaines sombres, appelées « mers lunaires », constituées de roche fondue qui s’est refroidie et solidifiée il y a des milliards d’années. La face cachée, en revanche, est beaucoup plus montagneuse et accidentée, avec peu de « mers ».

Certaines théories suggèrent que ces disparités pourraient être dues à un volcanisme intense sur la face visible. Ce processus aurait entraîné l’accumulation d’éléments radioactifs, générateurs de chaleur, dans les profondeurs du manteau.La nouvelle étude confirme cette hypothèse, apportant ainsi la preuve la plus solide à ce jour.

« Nous avons découvert que la face visible de la Lune se flexe plus que la face cachée, ce qui signifie qu’il y a quelque chose de fondamentalement différent dans la structure interne des deux faces. Lorsque nous avons analysé les données pour la première fois, le résultat nous a tellement surpris que nous ne l’avons pas cru. nous avons donc répété les calculs de nombreuses fois pour vérifier les résultats. Au total, cela représente une décennie de travail. »
ryan Park, du Laboratoire de Propulsion à Jet (JPL) de la NASA

En comparant leurs résultats avec d’autres modèles existants, l’équipe a trouvé une petite mais significative différence dans la quantité de déformation entre les deux hémisphères lunaires. L’explication la plus probable est que la face visible est constituée de matériaux provenant d’une région du manteau plus chaude. Ceci constitue une preuve solide de l’activité volcanique qui a façonné la surface de la face visible il y a entre 2 et 3 milliards d’années.

vesta : Un astéroïde avec un intérieur inattendu

Dans la seconde étude, publiée dans Nature Astronomy, les chercheurs ont appliqué une technique similaire pour analyser les propriétés rotationnelles de Vesta, un corps céleste beaucoup plus petit que la Lune. En utilisant les données radiométriques du Réseau d’Espace Profond de la NASA et les images de la sonde spatiale dawn, qui a orbité autour de l’astéroïde entre juillet 2011 et septembre 2012, l’équipe a fait une découverte surprenante concernant sa structure interne.

Jusqu’à présent, la théorie dominante suggérait que Vesta, comme les planètes terrestres, devrait avoir des couches internes bien définies : une croûte rocheuse, un manteau et un noyau de fer dense. Cependant, les nouvelles découvertes ont montré que l’intérieur de Vesta pourrait être beaucoup plus uniforme, avec un noyau de fer très petit, voire inexistant.

Pour comprendre comment cette conclusion a été tirée, il est nécessaire de connaître le concept de « moment d’inertie ». Imaginez une patineuse tournant avec les bras tendus. Si elle les ramène contre son corps, sa vitesse de rotation augmente. Cela est dû au fait que son moment d’inertie diminue en rapprochant la masse (les bras) de son axe de rotation. De même, en mesurant la façon dont Vesta « oscille » pendant sa rotation, les scientifiques peuvent déterminer son moment d’inertie, une propriété très sensible à la distribution de la masse à l’intérieur. Un moment d’inertie faible indiquerait une concentration de masse vers le center, tandis qu’un moment d’inertie élevé suggérerait une distribution plus uniforme.

Les mesures de l’équipe ont révélé que Vesta correspond à la seconde possibilité, ce qui indique une distribution de masse plus homogène et un noyau dense très petit, voire absent. Cette découverte remet en question les théories précédentes sur la formation de Vesta.

Généralement, la gravité fait que, avec le temps, les éléments les plus lourds s’enfoncent vers le centre d’un corps planétaire, comme ce fut le cas, par exemple, avec le noyau de fer liquide de la Terre. Le fait que Vesta ait une structure plus homogène pourrait indiquer qu’il n’a pas réussi à former des couches différenciées ou qu’il s’est formé à partir des fragments d’un autre corps planétaire après un impact massif.

Une nouvelle façon d’explorer des mondes lointains

Il est important de noter que cette approche consistant à utiliser les données de gravité pour déduire la structure interne des corps célestes n’est pas exclusive à la Lune et à Vesta. En 2016,Ryan Park lui-même avait déjà appliqué la même technique aux données de la mission Dawn pour étudier Cérès,la planète naine située également dans la ceinture d’astéroïdes. Les résultats de cette étude suggéraient un intérieur partiellement différencié pour Cérès.

Plus récemment, Park et son équipe ont étendu cette méthodologie à Io, la lune volcanique de jupiter.En utilisant les données recueillies par les sondes spatiales Juno et Galileo de la NASA lors de leurs survols du satellite jovien, et en les combinant avec des observations terrestres, les scientifiques ont mesuré les subtils changements de la gravité d’Io pendant son orbite autour de Jupiter, une planète énorme qui exerce une puissante force de marée. Leurs découvertes ont révélé qu’il est peu probable qu’Io possède un océan global de magma, une hypothèse qui avait été envisagée auparavant.

« Notre technique ne se limite pas seulement à Io, Cérès, Vesta ou la Lune. Il existe de nombreuses opportunités à l’avenir pour l’appliquer à l’étude des intérieurs de corps planétaires intrigants dans tout le Système solaire. »
ryan Park

Analyser l’intérieur des corps célestes sans les ouvrir : Une révélation grâce à la gravité

Introduction

Il est maintenant possible d’explorer l’intérieur des planètes, des lunes et des astéroïdes sans avoir à les “ouvrir”, comme on le ferait avec une pastèque pour en déterminer la maturité. La science exploite la gravité pour révéler des secrets cachés.

Les dernières découvertes de la NASA

Deux études récentes de la NASA, publiées dans Nature et Nature Astronomy, illustrent comment l’analyse des données gravitationnelles collectées par des sondes spatiales en orbite révolutionne notre compréhension des structures planétaires.

Les deux faces de la lune

L’étude lunaire, a révélé des différences notables entre la face visible et la face cachée de la Lune. La face visible se révèle plus flexible à la “pression” gravitationnelle de la Terre. Cette différence s’explique par une possible accumulation de matériaux plus chauds et volcaniques dans le manteau de la face visible. Cela a été rendu rendu possible grâce aux données de la mission GRAIL.

Vesta : Un astéroïde avec un intérieur inattendu

L’étude portant sur Vesta a révélé une structure interne potentiellement plus uniforme que prévu, remettant en question les théories antérieures sur sa formation. Cette découverte a été rendue possible grâce à l’analyse des données radiométriques et des images de la sonde spatiale Dawn.

Résumé des découvertes clé

| Corps Céleste | Méthode d’étude | Découverte principale | Implication |

|—|—|—|—|

| Lune | Analyse des variations du champ gravitationnel (GRAIL) | Face visible plus flexible que la face cachée | Preuve potentielle d’activité volcanique intense sur la face visible |

| Vesta | Analyse des propriétés rotationnelles | Intérieur potentiellement plus uniforme, petit noyau | Remet en question les modèles de formation précédents |

FAQ

Comment les scientifiques étudient-ils l’intérieur des corps célestes ?

En analysant les variations du champ gravitationnel et la façon dont ces corps réagissent aux forces de marée.

Qu’est-ce que la force de marée ?

La déformation d’un corps céleste en raison de l’attraction gravitationnelle exercée par un autre corps.

Qu’est-ce que la mission GRAIL ?

Une mission de la NASA qui a orbité autour de la Lune pour mesurer son champ gravitationnel.

Qu’est-ce que le moment d’inertie ?

Une mesure de la façon dont la masse est distribuée dans un corps en rotation.

La méthode est-elle limitée à la Lune et à Vesta ?

Non, elle est également appliquée à d’autres corps célestes comme Cérès et Io.