La Lune

La Lune est le satellite de la Terre

la Pleine Lune vue dans un instrument amateur de petite taille

Les chiffres de la Lune

La Lune

Les chiffres de la Lune

vers une explication détaillée des catégories du tableau

L'orbite de la Lune est complexe et affectée d'un grand nombre de variations, ce qui est dû à l'action perturbatrice de l'influence gravitationnelle du Soleil. La position de la Lune, dans le ciel, cependant, reste circonscrite dans les limites du zodiaque

(1) retour la ligne des absides, qui joint le périgée et l'apogée, est en rotation, avec une révolution, dans le sens direct, de 8 ans et 310 jours; le mouvement de cette révolution n'est pas uniforme
(2) retour l'inclinaison de l'orbite par rapport à l'écliptique varie de 5° à 5° 18', avec une période de 173 jours
(3) retour cette fourchette de l'inclinaison de l'orbite par rapport à l'équateur terrestre vient de ce que la ligne des noeuds de l'orbite de la Lune régresse (en se déplaçant dans le sens des aiguilles d'une montre) sur un cycle de 18,6 ans
(4) back l'excentricité de l'orbite varie de 0,045 à 0,065 sur un cycle of 206 jours; cette fluctuation est due à l'influence gravitationnelle du Soleil

Explication détaillée des catégories du tableau

La Lune

Le système Terre-Lune -pour employer ce terme qui permet de bien insister sur le fait qu'on a là un système caractéristique- est apparu tôt dans l'histoire de la Terre. Une des théories sur l'origine de la Lune, en effet, est qu'un planétisimal de la taille de Mars a percuté la Terre il y a 4,5 milliards d'années -soit quasi-concomittamment à la création du système, vers 30 à 50 millions d'années seulement après que le Soleil et la Terre soient nés. Il déchira les couches extérieures de la Terre, la croûte, envoyant une masse de débris en orbite. Ces débris se stabilisèrent finalement pour former un énorme disque de débris, lequel dura à peu près un an, puis les débris s'aggrégèrent en la Lune. Cela expliquerait aussi pourquoi les roches de la Lune sont dépourvues d'eau: l'impact supposé a échauffé et vaporisé l'essentiel de l'eau que l'on pouvait trouver dans les roches terrestres expulsées en orbite; l'eau s'est donc perdue dans l'espace. Cet objet, de la taille de Mars, qui heurta la Terre, pourrait avoir été une planète supplémentaire qui, alors, aurait existé dans le système solaire (les scientifiques lui ont donné le nom de Théia). Des restes, de la taille d'un astéroïde, de Théia, s'ils existent, pourraient être repérés dans les environs de certains points de Lagrange. L'aspect dyssymétrique de la Lune, par ailleurs, pensent certains, résulterait d'une époque où, il y a 4,4 milliards d'années, notre Terre possédait deux lunes. Lesquelles auraient elles-mêmes résulter de la collision de l'objet important sur la Terre tel que décrit plus haut. Ce qui devait devenir la Lune était beaucoup plus important que l'autre satellite et l'attira finalement par gravité et l'écrasa. La collision eut lieu à la vitesse relativement faible de 8000 km/h, ne forma pas de cratères mais, au contraire, la face cachée de la Lune et ses montagnes. La planète Théia aurait, de plus, même pu se former aux points de Lagrance L4 ou L5: l'équilibre des forces gravitationnelles, là, aurait permis l'accumulation de matériau puis le développement des planètes proches, telle Vénus, par exemple, finit par expulser l'objet céleste en direction de la Terrre où la collision se serait produite il y a 4,5 milliards d'années. Egalement relié à cette théorie est le fait qu'un type spécial de roches aurait surnagé jusqu'au-dessus de la croûte de la Lune, une fois un océan hypothétique de roches fondues refroidi soit peu de temps après que la Lune se soit formée lors de cette spectaculaire collision. Des études récentes remettent en question la théorie cependant car elle impliquerait que la planète Théia ait contribué pour 40% aux roches lunaires. Une récente hypothèse, en 2012, fait état de ce que la Terre et la Lune ont été créées dans un collision géante qui aurait impliqué deux corps planétaires chacun cinq fois la taille de Mars; ce scénario rend mieux compte de la similitude de composition de la Terre et de la Lune. Après la collision, les deux corps seraient entrés en collision une seconde fois, ce qui aurait formé une Terre primitive entourée d'un disque de matériau -qui finit par former la Lune. La seconde collision et la fusion qui s'en est suivie font que les deux corps présentent, de nos jours, la même composition chimique. Du fait de la masse de Lune et qu'elle ne possède aucun coeur métallique significatif s'accorde bien avec la théorie de l'impact. Pour réconcilier le fait que le matériau qui constitua la Lune provient essentiellement du corps impacteurs mais que les roches lunaires et terrestres ont des compositions semblables, on avait besoin de penser que la Terre et l'impacteur se ressemblaient et, surtout, orbitaient à la même distance du Soleil. Ce fait a été prouvé à 30% en avril 2015. Des fragments de l'ordre du kilomètre de l'impact qui a créé la Lune (qu'on appelle désormais le "Giant Impact", en anglais ("impact géant)) ont atteint la ceinture des astéroïdes à des vitesses beaucoup plus élevées que les collisions qui y ont lieu, lesquelles ont été suffisantes pour échauffer et faire dégazer les corps impactés. Pour continuer d'harmoniser les modèles d'impact géant avec la similitude de composition de la Lune avec la Terre, des simulations numériques donnent à penser que la Lune pourrait plutôt être le produit d'une succession de petites collisions, chacune formant un disque de débris autour de la proto-Terre lesquels se sont agrégés en mini-lunes; celles-ci ont finalement fusionné pour former la Lune. La théorie des impacts multiples pense qu'une demi-douzaine ou une dizaine d'impacteurs, sur une période de 60 à 100 millions années, auraient pu être à l'origine de la Lune. Le fait que la Lune, à la fin de sa formation, ait rassemblé moins de masse que la Terre, s'explique par une plus faible rétention des matériaux apportés par des impacteurs ainsi qu'une rétention tardive de certains éléments dans le manteau, à 4,35 milliards d'années, époque où la majeure partie des océans magmatiques lunaires s'étaient solidifiés. Alors que la Lune et la Terre sont largement constituées des mêmes éléments, il y a significativement moins de sodium et de potassium dans la régolithe lunaire que sur le sol terrestre; ceci est dû à l'activité des particules venant du Soleil et ces particules, de plus, auraient été déviées vers les pôles de la Lune par le champ magnétique que la Lune possédait à ses débuts. Notre nouveau satellite fut très vite verrouillé sur son orbite en période orbitale et période de rotation: la durée de la révolution de la Lune autour de la Terre équivaut sa durée de rotation sur elle-même. Cela se fit en quelques dizaines de millions d'années. D'où que, déjà à cette époque, la Lune présentait toujours la même face vers la Terre. Le phénomène est dû à la masse imposante de la Terre et au fait qu'elle tourne plus vite sur elle-même. Des planétisimaux pas encore aggrégés au moment de l'impact qui forma la Lune influèrent celles-ci en terme de l'inclinaison de l'axe des pôles. La collision de Théia a vraisemblablement aussi produit l'inclinaison de l'axe des pôles de la Terre -ce qui a contribué à l'apparition du mécanisme des saisons et la Lune et sa force gravitationnelle ont fait que le coeur ferreux de la Terre n'a pas pu se solidifier. Des événements d'impact incroyablement violents, par ailleurs, ont contribué à la construction de la croûte lunaire au moment du Bombardement lourd, formant la surface de la Lune primitive, dont l'âge est estimé à 4,51 milliards d'années. Le mélange des couches intérieures et extérieures de notre satellite peut donc avoir été effectué par ces impacts de météorites. On pense que la Lune a connu une phase d'océan magmatique puis ce dernier s'est solidifié et est apparu, à sa base, des minéraux mafiques denses -riches en magnésium et en fer tels l'olivine et le pyroxène faible en calcium. Après que les trois-quarts de l'océan se furent solidifiés, les mineraux moins dense comme la plagioclase (silicate d'aluminium) ont flotté à la surface menant à la formation de la croûte qu'on observe dans les hautes terres, composée essentiellement de plagioclase riche en calcium. Et enfin, à la fin de la solidification du magma, des minéraux enrichis en éléments qui furent les derniers à devenir solides se cristallisèrent en-dessous de la croûte. Cette formation originelle de la Lune, par ailleurs, entraîna aussi la dichotomie que l'on observe entre la face visible et la face cachée de la Lune: la Lune primitive avait une forme ovoïde du fait de l'attraction exercée par la masse de la Terre, ce qui eut aussi une conséquence sur l'intérieur de notre satellite, une plus grande quantité de magma se pressant vers la face visible -et ce, bien que la Lune s'éloigna progressivement de la Terre. Le magma finit par briser la croûte et se répandre sous la forme des mers qu'on observe aujourd'hui alors que la face cachée, elle, ne possède pas ces vastes plaines (la croûte plus épaisse qu'on y trouve a été due à l'aluminium et au calcium qui s'y sont combinés avec des éléments du manteau et qui ont surfacé la surface). Lorsque la Lune s'est refroidie, cette déformation gravitationnelle s'est figée. Par la suite, entre il y a 4 et 2 milliards d'années, du volcanisme à grande échelle a eu lieu et a continué de contribuer à la distribution de masse déséquilibrée de la Lune. Ceci, par ailleurs, a fait que l'attraction gravitationnelle de la Terre a agi de telle sorte qu'elle a fait dériver l'axe des pôles de son satellite; celui-ci, originellement, se trouvait à 36° de là où il est aujourd'hui, à 54° nord de latitude, sur les bords de l'océan des Tempêtes. La forme assymétrique de la Lune est une des conséquences de ses relations gravitationnelles avec la Terre. L'attraction mutuelle des deux corps est suffisante pour les déformer, leur donnant, en exagérant, la forme de deux oeufs dont les pointes se feraient face. Sur Terre, cette force est particulièrement forte sur les océans et est la force qui détermine les marées. L'effet de la Terre sur la Lune -qu'on appelle la "lunar body tide", en anglais ("marée du corps lunaire") est plus difficile à détecter mais elle produit tout de même un renflement de 51cm aussi bien sur la face visible que sur la face cachée. La position de ce renflement, varie d'une dizaine de centimètres avec le temps; même si la face visible fait toujours face à la Terre, cette face visible semble varier légèrement. L'évènement qui a créé la Lune s'est aussi produit aux autres planètes telluriques du système solaire. Les conséquences en ont été différentes, ainsi le Caloris Basin sur Mercure, l'impact au Nord de Mars ou l'inversion de la rotation de Vénus. Anecdotiquement, on peut savoir que le système gravitationnel Terre-Lune capture régulièrement en orbite des atéroïdes de petite taille (de l'ordre de 1 à quelques mètres de diamètre). De telles "Lunes" miniatures de la Terre ne restent en orbite qu'une dizaine de mois, le temps d'aux alentours de 3 révolutions. Avant que les missions Apollo n'aient rapporté des échantillons lunaires, les astronomes n'étaient pas d'accord sur la nature de la Lune. Certains pensaient qu'elle s'était formée par volcanisme, d'autres que sa structure étaient seulement due aux impacts de milliers de météorites alors que d'autres encore pensaient que la Lune était restée un monde froid et mort depuis les origines du système solaire, il y a 4,5 milliards d'années et qu'elle représentait donc la "pierre de Rosette" du système solaire. Cette dernière opinion, d'ailleurs, s'avéra fausse: la Lune n'était en aucun cas un corps céleste originel. En fait, la Période du Grand Bombardement fit fondre la surface lunaire d'origine, étendant ses effets jusqu'à au moins 96km (60 miles) de profondeur voire plus ce qui atteignit le magma interne; celui-ci absorba le matériau lunaire des origines et cristallisa de nouvelles roches, blanches et légères, lesquelles sont les roches des hautes terres de la Lune. Ce ne fut que par la suite que des objets de grande taille vinrent percuter la surface, donnant naissance aux grands bassins d'impact; cela, de plus, affaiblit la croûte, qui laissa passer de la lave sombre depuis les couches intérieures et celle-ci, ainsi, donna naissance aux mers lunaires. C'est en cela que les missions Apollo révolutionnèrent la façon dont on considérait la Lune et même le système solaire. La Période du Grand Bombardement vit peut-être aussi des comètes apporter de l'eau sur la surface de la Lune et cette eau subsiste peut-être encore aujourd'hui, piégée dans les régions polaires. De l'eau subsista aussi sous forme d'un halo de vapeur entourant le nouveau corps né de la collision et elle finit par se disperser ou fut incorporée dans les roches lunaires. Les impacts sur la face cachée, eux, par ailleurs, furent peut-être à l'origine, via leurs ondes de choc, d'éruptions volcaniques qui, sur la face visible, vinrent ajouter aux flux de laves et aux mers. Une dichotomie très nette, en effet, existe entre la face cachée de la Lune et la face visible, la première étant essentiellement formée de hautes terres et de cratères et la seconde comportant des mers. La présence importante des mers sur la face visible est due à du volcanisme basaltique; les terres hautes ("highlands", en anglais) sont des zones de croûte battues par les impacts cratéritiques et existent là où il n'y a pas de mers. La croûte, sur la face cachée, est plus épaisse, ce qui a sans doute fait que les magmas ont eu plus de difficultés pour fracturer la surface et a donc limité la possibilité qu'existent ces mers de basalte. Bien qu'il y ait autant de bassins d'impact sur la face cachée que sur la face visible, le volcanisme à grande échelle, qui donna, sur la face visible, les flots de lave et les mers, n'a pas existé sur la face cachée; la mer de Moscou, découverte au moment de la conquête spatiale est l'une des rares mers de la face cachée. Les deux côtés de la Lune était différents en épaisseur de la croûte et comme ils ne furent pas toujours parfaitement coordonnés entre eux, la Lune a recherché la position de moindre énergie, les pôles de la Lune se déplaçant pour occuper une position correcte. L'essentiel de la croûte lunaire est faite d'une roche qui s'appelle de l'anorthosite. Elle compose le matériau brillant de la Lune; les zones sombres sont faites de basalte. La géologie de la Lune se divise en deux catégories: les hautes terres, faites d'une roche, dite l'anorthosite, riches en calcium et aluminium; les mers, basaltiques, qui sont essentiellement composées de fer et de magnésium qui résultent directement de la cristallisation du manteau lunaire partiellement fondu. L'analyse des échantillons collectés par la mission Apollo 14 près du cratère Fra Mauro, dans la région de la mer de la Connaissance, a montré que les basaltes y étaient plus riches, en général, en aluminium voire quelquefois en potassium que les autres basaltes lunaires: les basaltes d'Apollo 14 se sont formés il y a 4 à 4,3 milliards d'années soit à une époque plus ancienne que les zones de volcanisme observées par toutes les autres missions Apollo. Les hautes terres, cependant, d'un autre côté, pourraient être moins homogènes que prévu. Certains lieux contiennent plus de sodium, ce qui indiquerait à des variations dans la chimie et le refroidissement de l'océan magmatique qui finit par former la croûte lunaire. Ils pourraient également résulter de processus de modifications de la croûte primitive. Dans plusieurs endroits, on a également détecté des roches hautement silicieuses, comme le quartz, d'autres riches en potasse, ou du feldspath riche en sodium. De telles roches ne peuvent être créées que par des mécanismes géologiques évolués, en fait des roches qui ont subi des processus magmatiques très importants. Les zones en question avaient déjà révélé de hautes quantités anormales de thorium, autre signe de processus géologiques avancés. En fait, de multiples processus ont dû produire ces roches. Les géologues lunaires recherchent aussi du matériau du manteau des origines, riche en fer et magnésium qui pourrait encore être exposé dans certains endroits. La Lune semble riche en fer et en titane. Le titane se trouve dans l'ilménite, qui est composée de ce minerai, de fer et d'oxygène. La surface de la Lune, d'une manière générale est essentiellement composée d'oxygène, silicium, magnésium, fer, calcium, aluminium et titanium; le zinc, l'étain, le cadmium, l'iridium et le thulium se trouvent en peu de quantités dans le manteau lunaire car ils ne se seraient jamais re-condensés après l'impact géant qui forma la Lune et serait resté à l'état gazeux, se séparant des matériaux qui finirent par former notre satellite. Les minéraux riches en titane, de plus, devraient mieux retenir des particules du vent solaire telles l'hélium et l'hydrogène. Ainsi, les missions de retour sur la Lune devraient pouvoir décomposer ces roches et disposer de ressources

cliquez vers une carte gravitationnelle de la Lune. La face cachée se trouve au centre et la face visible de chaque côté. Les rouges indiquent les excès de masse, donc les zones de plus grande gravité locale, les bleus l'inverse. NASA/ARC/MIT

Une carte gravitationnelle de la Lune réalisée par la mission GRAIL de la NASA dans les années 2010, a révélé que ce champ gravitationnel a préservé l'enregistrement des pétiodes de bombardements par des comètes et des astéroïdes, qui ont caractérisé tous les corps planétaires; il révèle aussi que l'intérieur de la Lune a été fracturé jusque dans la croûte profonde voire le manteau. Les données montrent aussi que le champ gravitationnel est différent de celui des autres planètes telluriques du système solaire. De plus, tout changement notable du champ de gravité correspond toujours avec des élélements du relief, ainsi des cratères, des failles ou des chaînes de montagnes. La densité totale de la croûte des zones de highlands est nettement plus basse qu'on ne pensait habituellement, ce qui confirme des données recueillies par les dernières missions Apollo (ce qui montre bien que les échantillons locaux étaient bien indicatifs de processus géologiques globaux). L'épaisseur moyenne de la croûte lunaire est de 34 à 43 km (21-27 miles). Comme, en général, la composition, en roches, de la Lune est semblable à celle de la Terre, cela vient conforter les théories qui pensent que la Lune s'est formée suite à une grande collision ancienne d'un objet avec la Terre. Les données montrent aussi de nombreuses anomalies gravitationnelles linéaires, ayant des centaines kilomètres de longueur et qui parcourent la surface. Ces anomalies signalent la présence de "dikes", soit des corps longs, fins et verticaux de magma solidifié souterrains, qui représentent les plus vieilles caractéristiques de la Lune

->La Terre a-t'elle d'autres satellites?
Sur la question de savoir si la Terre a d'autres satellites, les astronomes ont calculé que les différentes interactions gravitationnelles font que la Terre, à chaque instant, possède vraisemblablement un astéroïde géo-croiseur (un NEO) -ou deux ou aucun- en orbite. Ce(s) NEO a une taille d'1m et il orbite à quelques centaines de milliers de kilomètres. De tels très petits satellites restent en orbite aux alentours de 10 mois mais certains le peuvent pendant des centaines d'années. De plus, on a récemment découvert que la Terre possède un satellite troyen, un astéroïde de 300m (1000ft) de diamètre, appelé 2010 TK7, qui n'orbite pas plus près de la Terre qu'à 24 millions de km (15 millions de miles), valeur vraie pour les prochains cent ans. Les Troyens sont des corps qui se trouvent à deux points de Lagrange, des points stables en avant ou en arrière de leur planète sur l'orbite de celle-ci. Les astronomes avaient prédit que la Terre devait aussi en avoir mais ils sont difficiles à découvrir car ce sont des objets relativement petits et qu'on ne peut observer que de jour car, vus de la Terre, ils sont toujours très près du Soleil. La découverte de ce Troyen de la Terre n'a été rendu possible que parce qu'il a une orbite inhabituelle et qu'elle le mène plus loin du Soleil, aux alentours de 90° et non 60° comme cela est le cas de la plupart des astéroïdes de ce type. 2010 TK7 a une orbite extrême qui l'emmène loin au-dessus ou au-dessous du plan de l'orbite terrestre, un mouvement qu'on appelle "épicycle". De plus 2010 TK7 se déplace aussi dans le plan de l'orbite en termes de ce qu'on appelle une libration: horizontalement, il semble tourner autour du point de Lagrange tous les 395 ans

La surface de la Lune, à peu près partout, est recouverte d'une couche de "régolithe". La régolithe est du sol lunaire qui résulte d'un phénomène d'érosion; la régolithe est composée de matériaux oxydés tels le fer, le silicium et l'aluminium. Ce sont des roches magnétisées située près de la surface lunaire qui créent des dômes de petite taille de champ magnétique -dont la taille peut varier de centaines de mètres à des centaines de kilomètres. Sous ces bulles de protection magnétique, la régolithe lunaire est protégée du vent solaire et donc des réactions chimiques qui la rendent plus sombre. Lorsque le vent solaire atteint la surface de la Lune, il enrichit, via une chimie entre ses protons et la régolithe, la surface lunaire en éléments qui peuvent finalement donner de l'eau. Sur la Lune, par érosion, on entend essentiellement des impacts. La partie supérieure de la régolithe est, pour l'essentiel, produite par les plus petits impacts qui frappent la Lune, ceux des impacts des micro-météorites. Le nombre considérable de micro-impacts qui ont eu lieu sur la Lune depuis 4 milliards d'années a produit ces grains super-fins et meubles. Environ 10% de la régolithe lunaire a été fondue ou vaporisée par les impacts des météorites, faisant que 50 à 60% du sol lunaire est du verre. Certains grains de sable sur la Lune -ou la Terre- sont de forme sphérique et ellipsoïdale et se sont vraisemblablement formés de gouttes de matière fondue qui se sont refroidies et se sont vitrifiées suite à une activité volcanique explosive. En plus de ces roches lunaires qui ont ainsi été transformées en fractions de plus en plus petites, une autre cause d'action sur les sols vient du fait que la lumière et le vide de l'espace font que les roches et les sols deviennent plus sombres et plus rouge, ce qui se voit particulièrement près de surfaces pentues où du matériau non altéré glisse et fait apparaître un contraste net avec le terrain avoisinant. La luminosité -l'albédo- des sols lunaires diminue, sur des espaces de temps de centaines de millions d'années, du fait des effets du vent solaire et du bombardement micro-météoritique, phénomène qu'on appelle, en anglais, "space weathering" ("usure par des phénomènes spatiaux"). Au cours des siècles, les tempêtes solaires, avec leurs particules chargées, pourraient avoir significativement altéré le sol lunaire au sein des cratères polaires: des "éclairs" se produisant à une profondeur d'1 millimètre finissent par éjecter du matériau vaporisé; les grandes tempêtes solaires pénètrent les régions polaires de la Lune et chargent le sol d'électricité. Dans les régions glaciales, définitivement occultées, près des pôles lunaires (les régions qu'on appelle, en anglais "permanently shadowed regions" -"régions dans l'ombre en permanence", PSR), des "étincelles" dues aux événements solaires énergiques pourrait vaporiser et fondre le sol, peut-être autant que le font les impacts de météorites. Les électrons et les ions solaires s'accumulent dans deux couches sous la surface lunaire, parce qu'ils ne peuvent pas atteindre la même profondeur en raison de leur masse. Les ions sont positivement chargés et les électrons négativement et donc des charges s'accumulent dans les deux couches jusqu'à être libérées de manière brutale, à la manière d'un éclair miniature. Et, comme la régolithe dans cette région est si froide qu'elle conduit extrêmement mal l'électricité, elle ne peut éviter les effets destructeurs de ces évènements. Depuis au moins mille ans, des flashs de lumière ont été vus sur la Lune et la science récente s'efforce de les étudier, sous le nom de "phénomènes lunaires transitoires" (en anglais, "transient lunar phenomena"). Il se pourrait que 8 flashs se produisent par heure ce qui mène vraisemblablement à des météorites ou micrométéorites

Pour ce qui est de l'intérieur de notre satellite, les astronomes, depuis l'époque Apollo, pensaient que la Lune possédait un coeur mais les opinions divergeaient quand à sa taille, nature et composition. L'utilisation renouvelée, récemment, de données sismiques des instruments Apollo via les plus récentes techniques utilisées en sismologie terrestre a entraîné une vision renouvelée: la Lune a bien un coeur interne, riche en fer, solide, d'un diamètre de 480 km, un coeur externe, fluide, composé de fer, d'un diamètre de 650 km et une région frontière, partiellement fondue se trouve autour du coeur, d'un diamètre de 960 km. Elle cède ensuite la place au manteau, solide. La petitesse du coeur lunaire peut s'expliquer si la Lune s'est formée selon le modèle collisionnel, notre satellite s'étant formé de matériaux moins denses, provenant des couches supérieures de la Terre. La Lune a su préserver, malgré sa petite taille, de la chaleur; c'est la pression, au centre, qui rend le coeur interne solide. Il semble qu'un petit pourcentage d'éléments légers tels le souffre existent dans le coeur, ce qui fait écho aux récentes recherches sur Terre qui montrent que notre planète posséderait de tels éléments légers -souffre, oxygène- dans une couche entourant le noyau. En novembre 2011, deux théories concernant le point de savoir pourquoi la Lune aurait eu un champ magnétique à un moment donné de son histoire ont été publiées alors que, jusqu'alors, les astronomes n'arrivaient pas à trouver trace d'un quelconque mouvement de fluide à l'intérieur de la Lune, qui aurait pu permettre un tel champ dont des restes avait été retrouvé dans les échantillons de roches rapportées par les missions Apollo. L'une des théories pense que le coeur aurait été liquide à un moment et que sa frontière avec le manteau, pour cause d'un axe légèrement différent, n'aurait pas été sphérique et aurait donc généré de la friction et un remuage donc du magnétisme. Les marées gravitationnelles de la Terre aurait aussi joué un rôle puis l'angle se serait progressivement réduit ainsi que la Lune s'éloignant de la Terre, réduisant à rien le magnétisme. Dans ce cas, le champ magnétique de la Lune aurait duré près d'1 milliard d'années, aux alentours d'entre il y a 4,2 et 2,7 milliards d'années. L'autre théorie postule que le champ magnétique aurait été causé par les impacts: ceux-ci aurait entraîné une différence de rotation entre le manteau et le coeur et un remuage. Cela cause soit un champ magnétique continu sur plusieurs centaines de millions d'années ou un champ intermittent dans les périodes suivant les impacts. Une vue plus récente est que le champ magnétique de la Lune était alimenté par deux phénomènes séparés: la cristallisation du coeur, sur le long terme et faible, et la "précession" qui était due au fait que la Lune était plus proche de la Terre et l'enveloppe extérieure vacillant et remuant le fluide fondu du coeur lunaire. La précession domina jusqu'à il y a 2,5 milliards d'années et lui succéda la cristallisation du coeur laquelle, à son tour, disparut il y a 1 milliard d'années. La Lune possède des zones localisées où s'observent des champs magnétiques, lesquels sont vraisemblablement dûs à de forts impacts; les champs magnétiques sont piégés dans la croûte lunaire et ils donnent naissance, par exemple, à ce qu'on appelle des "tourbillons" (en anglais "swirls"), des zones de terrain clair et sombre dans des formes de tourbillon

cliquez vers une illustration, avec le bassin de Humboldt, du concept lunaire de bassin. site 'Amateur Astronomy'

Les mers lunaires sont de gigantesques bassins d'impact qui se sont remplis de lave, laquelle s'est ensuite solidifiée. Une erreur habituelle est de penser que les flux de lave ont été déclenché par les impacts mais les bassins d'impact sont en fait un peu plus anciens que les flux, lesquels se sont produit des centaines de millions d'années plus tard. L'analyze par isotopes radioactifs des roches rapportées par les missions Apollo a permis de dater d'entre 3,8 et 3,9 milliards d'années les gigantesques impacts tels ceux qui, par exemple, formèrent Mare Imbrium. Un exemple de mer lunaire, la mer de la Tranquillié (873 km (543 miles) de diamètre) se trouve dans le bassin de la Tranquillité dont on pense qu'il a été formé par un très fort impact au début de l'histoire lunaire, vers il y a 3,9 milliards d'années, soit au moment de l'époque dite du "Grand Bombardement" qui affecta aussi les autres planètes du système solaire. Ce cratère fut ensuite rempli de basalte en fusion qui, en se solidifiant, donna cette "mer" relativement plate et sans aspérités. La mer de la Tranquillité a un contour irrégulier car plusieurs autres bassins lunaires, dont ceux de la Sérénité et du Nectar, se croisent dans la région. Une activité volcanique pourrait aussi avoir eu lieu dans des sites tels celui de l'atterrissage de la mission Apollo 11, causant des flux régionaux de lave larges et fins. La plupart des autres grands bassins lunaires sont le résultat d'impacts géants. Les cratères d'impact d'une taille supérieure à 300km (180 miles) sont qualifiés de "bassins". Les cratères en question ont des structures de plus en plus complexes et présentent souvent des anneaux concentriques et soulevés mais il se peut qu'il n'y ait pas de pic central. Des zones sombres, de grandes dimensions, faites de lave solidifiée comprenant aussi la mer de la Tranquilité ou la mer de la Sérénité pourraient aussi être qualifiées de bassins. On pensait que la forme générale de l'océan des Tempêtes résultait d'un impact d'astéroïde. L'océan des Tempêtes, d'une façon générale, est cependant, à sa frontière, en souterrain, bordé d'une structure quasi-rectangulaire qui est les restes solidifiés de fractures remplies de lave et des dykes souterrains par lesquels le volcanisme qui a crée les mers a permis au magma de monter à la surface. Avec le temps, l'océan des Tempêtes devrait se refroidir et se contracter, laissant apparaître des fractures. L'océan des Tempêtes, en surface, possède de fortes concentrations d'éléments produisant de la chaleur: uranium, thorium, potassium. La mer des Crises est un bassin du Nectarien (vers il y a 3,9 milliards d'années) qui s'étend sur 740 km (460 miles) et dont le fond se trouve 1,8km (1,1 mile) en-dessous le "niveau moyen de la Lune" (en anglais, le "lunar datum"; le bord extérieur se trouve à 3,34km (2,1 miles) au-dessus de celui-ci. Les reliefs indicatifs de flux de laves sont importants dans cette mer. Le concept de bassin lunaire est un concept récent de la géologie lunaire: il s'agit de vastes formations circulaires, à murailles concentriques, qui, souvent, englobent une mer. Ainsi la Mer de Humboldt se trouve dans le bassin de Humboldt, un bassin localisé sur le limbe nord-est, profond de 4,5 km (2,8 miles) et grand de 650 km (404 miles). On pense que la région s'est formée pendant la période géologique lunaire dite "Nectarien" (3,92-3,85 milliards d'années) une époque à laquelle on pense que d'autres bassins lunaires à murailles concentriques se sont formés, sont le bassin de la Mer des Crises. La mer de Humboldt se trouve dans la muraille la plus intérieure du bassin et possède un plancher relativement plat. La mer même doit s'être formée au cours de la période géologique du Imbrien tardif (3,8-3,6 milliards d'années). Se voient également dans le bassin de petits cratères qui ont été partiellement remplis par la lave qui a créé la mer. Un autre exemple de bassin lunaire est Mare Orientale, une structure sur le bord sud-ouest de la Lune qui ne se voit que grâce à la libration. Il s'agit d'une structure présentant plusieurs murs concentriques et il s'agit du plus jeune des bassins lunaires. Il n'a été que partiellement rempli par des éruptions ultérieures de basalte. Son étude détaillée permettra sans doute d'apprendre plus sur la formation de ces bassins lunaires et sur le processus qui a permis l'apparition de ces murailles concentriques. La Mer des Crises est classifiée comme un bassin, qui date de l'ère nectarienne (vers 3,9 milliards d'années) et qui s'étend sur 740 km de diamètre (460 miles). Le fond en est situé à 1,8 km (1,1 mile) en-dessous le "niveau moyen de la Lune" (en anglais: "lunar datum"), l'équivalent de notre niveau de la mer alors que le bord s'élève à 3,3 km (2,1 miles) au-dessus. Le plancher de la mer des Crises contient des ondulations nettes qui correspondent aux flots de lave qui ont créé la mer. La Mer des Crises n'appartient pas à une catégorie de bassins qui ont des murailles concentriques. Le plus grand bassin d'impact lunaire est le bassin Aitken (en anglais, le "South Pole Aitken basin", ou SPA). Il s'agit également du bassin le plus ancien. Il a un diamètre de 2500 km (1550 miles) et s'il s'étend, ainsi, sur un quart de la Lune. Il a une profondeur de 8 km (5 miles), ce qui en fait le bassin le plus profond de la Lune et qui pourrait avoir atteint jusqu'au manteau lunaire, répandant du matériau sous forme d'éjectas. Le bassin Aitken a un albedo relativement bas. Le bassin Schrödinger n'a que 3,8 milliards d'années et constitue donc le deuxième grand bassin, en âge, de la Lune. Situé près du pôle sud, il mesure 320 km (200 miles) de diamètre. Il possède un "peak ring", un "pic avec anneau", résultant de l'impact qui créa le cratère, par un objet de 35-40 km (21-25 miles) de diamètre. Cette zone est la plus ancienne du bassin et est le seul matériau qui n'a pas fondu suite à l'impact. Le matériau fondu a été éjecté dans toutes les directions et a formé les plaines. Le refroidissement s'est fait selon une chronologie différente, amenant aussi des fractures dans le fond du bassin. Le bassin Schrödinger est l'une des rares régions situées près du pôle sud qui montrent une activité volcanique récente: flux de laves à la surface, éruptions explosives qu i ont couvert la surface d'une matériau sombre. Du matériau volcanique plus ancien est réparti sur une zone plus vaste. Les échantillons rapportés de la Lune parles missions Apollo laissent penser que la plupart des bassins majeurs de la Lune ont été formés par la période du grand bombardement, il y a 3,9 milliards d'années lorsque des astéroïdes et comètes, restes de la formation du système solaire sont venus frapper les jeunes planètes. Le célèbre golfe de Sinus Iridum, est un cratère d'impact transformé en zone de mer, qui se superpose au bassin de la mer des Pluies, au Nord de l'Océan des Tempêtes. Fait de basalte, des rides le traversent et, par endroits, des groupes de rochers sont situés au sommet de celles-ci. Sinus Iridum compte aussi de nombreux petits cratères irréguliers

Comme elle ne possède pas d'atmosphère protectrice, la Lune s'est couverte, au cours des millénaires, de 3 millions de cratères. Des exemples célèbres de cratères lunaires sont Copernic et Tycho. Copernic, avec ses raies claires, dans l'Océan des Tempêtes, a été formé il y a 800 millions d'années à la suite d'un impact. Il mesure 93 km (58 miles) de diamètre et le bord atteint 300 m (1000 ft) au-dessus du niveau moyen de la Lune. L'intérieur se trouvve à 1700 m (5600 ft) en-dessous et comporte, en son centre, trois pics. Dans le Sud de la Lune, Tycho, avec ses 85 km (53 miles) de diamètre et son immense système de raies lumineuses qui couvrent une large partie de l'hémisphère sud de la Lune, est âgé de 108 millions d'années. La profondeur moyenne de Tycho est de 4700 m (15700 ft) et un pic central atteint la hauteur de 2400 m (8000 ft) au-dessus du fond du cratère. Tycho et les environs font partie des hautes terres du Sud de la Lune. Aristarque est situé sur le bord du plateau Aristarque, l'une des régions les intéressantes, sur le plan géologique, de la Lune. D'un diamètre de 40 km (25 miles) et profond de 3,5 km (2 miles), il s'agit d'un cratère d'impact complexe, qui s'est probablement formé il y a 175 millions d'années. L'impact, de plus, a frappé la frontière qui sépare le plateau des mers avoisinantes, ce qui a dévoilé à la fois des types de roches très différents ainsi que des roches appartenant à la croûte lunaire, situées plus profond. La vallée de Schröter se trouve aussi sur le plateau Aristarque. Il y a deux grands types de cratères lunaires: les cratères primaires, les cratères secondaires. Les "cratères primaires" sont ceux qui sont formés par l'impact d'origine; les "cratères secondaires" résultent des matériaux éjectés par l'impact. Lors de l'impact, un rideau d'éjectas se forme, d'abord, immédiatement; l'énergie transférée de l'impacteur au sol se transforme en fusion et en vaporisation (lesquelles impactent l'objet qui impacte aussi bien que des parties de la surface) et en éjection de grandes quantités de matériaux. Les pics que l'on observe au centre des cratères de taille suffisamment grande se forment lorsque la croûte lunaire "rebondit" après le stress de l'impact qui forme le cratère. Certains cratères n'ont pas de pic central mais un "peak ring" (littéralement "anneau de pic"), un anneau qui entoure le centre du cratère; ces anneaux trouvent leur origine de roches qui sont extrudées de la croûte dans les minutes qui suivent l'impact. Les énergies de ces impacts est telle que la roche ne se comporte plus comme un solide mais comme une matière déformable; le fond du cratère, lors d'un impact, est d'abord compressé puis il se relève. Pour les cratères de plus de 20 km (12 miles) de diamètre, le rebond est si fort que du matériau des profondeurs est entraîné vers la surface et forme le pic central. Ce matériau, résultant de la fusion due à l'impact est projeté verticalement puis retombe pour former instantanément les pics centraux. Dans des cratères relativement peu grands, les micro-météorites et autres petits impacteurs, finissent, avec le temps, par éroder les pentes abruptes de ces pics et les transformer en montagnes aux formes plus adoucies. Le matériau le plus en surface au lieu de l'impact est éjecté le plus loin alors que les matériaux en profondeur (qui, de plus, sont fracturés en plus gros morceaux) demeurent plus près du bord du cratère créé par l'impact. Une abondance de rochers de grande taille près d'un cratère sont un signe de l'âge de celui-ci. La profondeur d'un cratère équivaut, en moyenne, à 1/10ème de son diamètre. Les impacts à faible énergie produisent un cratère en forme de bol. Certains cratères d'impact peuvent présenter des rocs; cela vient du fait que l'objet qui a impacté l'a fait sur du matériau solide. Le plus le matériau est solide, le plus les rocs sont importants en taille. Quel que soit l'angle de l'impact, le résultat est, le plus souvent, un cratère circulaire; les impacts d'un angle inférieur à 15° par rapport à la surface peuvent créer des cratères elliptiques. Quand l'impacteur n'éjecte que de la régolithe cela signifie qu'il n'a pas atteint les couches profondes, en-dessous de celle-ci, pour impacter du basalte des mers, par exemple. Les ejecta, habituellement, sur le bord du cratère, proviennent de la partie la plus profonde et les ejecta plus éloignés viennent de profondeurs moins importantes. Quand les éjecta d'un cratère ne sont pas uniformes, on parle d'éjecta assymétrique. Les cratères qui portent de tels éjecta sont dûs soit à des différences de composition du sol sur lequel ils ont impacté, d'une topographie inhabituelle ou d'un angle d'impact oblique ou faible. Les cailloux et rochers qui frappent la Lune le font à des vitesses de plus de 53000 km/h (35000 miles/h). Les impacteurs qui frappent à plus de 15° par rapport à la surface forment des cratères circulaires. Mais, à 15° ou moins, avec un angle d'impact faible, les éjectas acquièrent une plus grande vitesse dans la direction de là où est venu l'impact, ce qui mène à des systèmes assymétriques; les éjectas en forme de papillon ou de libellule sont très courants pour les cratères formés par des impacts à angle faible. Dans le cas, par exemple, où les éjectas s'étendent vers le Nord et le Sud mais pas vers l'Est, cela signifie que l'impacteur venait de cette dernière direction. Le cratère Messier est un autre exemple d'impact oblique: sa forme, du fait que l'angle d'impact a été faible, est elliptique, oblongue. Des éjectas à forme de "papillon" peuvent aussi indiquer un impact oblique. Les éjectas, d'une façon générale, ont une luminosité plus forte que le terrain avoisinant. Dans la plupart des cas, un système de rayons bien défini, de forte luminosité sont le signe d'un impact relativement récent. Cependant, dans certains cas, les rayons d'éjectas peuvent aussi être mêlés du matériau que l'impact a creusé. Les impacts de forte puissance sont des évènements catastrophiques pour la zone où ils se produisent. En plus du cratère, ils peuvent chauffer les roches de la croûte lunaire jusqu'à les fondre et les faire s'écouler comme des flux de laves le long des pentes du cratère d'impact. Le matériau qui est éjecté par l'impact est surtout déposé très près du cratère (en général à une distance maximale d'un diamètre de ce cratère). On appelle ce matériau, en anglais, la "continuous ejecta blanket" (couverture éjecta continue). Cependant, la plupart des impacts ont tellement d'énergie que les éjecta atteignent aussi des distances beaucoup plus importantes. Ces éjecta de longue distance appartiennent à la "discontinuous ejecta blanket" (couverture éjecta discontinue) et sont responsables de la formation de chaînes de cratères secondaires, d'amas de matériau et de rayons. L'énergie érosive des éjectas secondaires est très importante: les murs et les bords de cratères existant peuvent être profondément marqués. Des modifications ultérieures se produisent par la suite, telles des fractures ou du matériau qui dévale les pentes du cratère, le tout menant à un accroissement de taille de celui-ci. Des études récentes montrent que les impacteurs qui ont frappé les hautes terres, plus anciennes, se distinguent nettement d'une population plus jeune qui, elle, a frappé les mers. Les hautes terres, de plus, ont une densité plus grandes de grands impacts. Cela permet de penser que la population d'impacteurs du début était composée d'objets plus grands que la population suivante. La transition entre les deux se situerait vers il y a 3,8 milliards d'années, soit à la fin de la Période du Grand Bombardement. La date, sur la Lune, correspond également à l'époque des grands impacts qui créèrent les mers. Après la fusion lors d'un impact cratéritique, le fond des cratères peut se refroidir de façon différente selon les endroits: certains endroits seront lisses et d'autres plus mouvementés. Les rayons d'éjecta de certains cratères sont de très longue portée et ont une forte réflectance, ainsi Copernic ou Tycho. Ils s'étendent sur les terrains avoisinants et recouvrent même les éjections d'autres cratères. Ces rayons sont aussi une caractéristique de certains grands cratères lunaires. On sait depuis peu que les cratères des pôles ont de fortes pentes, de l'ordre de 36°, sur plusieurs kilomètres, ce qui pourrait donner lieu à des glissements de terrain. Les cratères jeunes, de façon caractéristique, présentent de nombreux rochers qui ont été éjectés de la cavité alors que les cratères anciens ont des pentes plus lisses ainsi qu'une forme générale adoucie ou dégradée. Ce sont les très nombreux impacts de petite taille qui ont lieu sur d'immenses durées qui doivent contribuer le plus à briser les rochers et adoucir les surfaces des cratères. Le processus, sur des durées de l'ordre d'un ou deux milliards d'années, amène à la disparition des cratères de petite taille. Dans les régions lunaires les plus anciennes, il y a "équilibre" pour ce qui est du nombre des cratères, un concept qui résulte du fait que les cratères d'impact de petite taille effacent, en moyenne, un cratère équivalent de taille comparable

Les éboulements de terrain sont une forme commune de déplacement de masses sur la Lune, comme sur la Terre. Le processus expose des matériaux plus récents et, en général, plus brillants. Des "gullies" (ces ravinements sur les pentes intérieures des cratères), par ailleurs, se voient sur la Lune et sont des couloirs de matériaux non humides

cliquez vers une vue d'un exemple de paysage lunaire vue depuis la surface (la vue a été prise lors de la mission Apollo 16, dans les plaines de Descartes, une région située dans les hautes terres lunaires; la vue consiste en 27 vues séparées). site 'Amateur Astronomy' sur la base d'une image NASA

Les ères géologiques de la Lune, telles qu'établies après le programme Apollo, sont les suivantes:

Pré-Nectarien		4.55-3.92 milliards d'années
Nectarien		3,92-3,85 milliards d'années
Imbrian supérieur		3,85-3,80 milliards d'années
Imbrian inférieur		3,80-3,20 milliards d'années
Eratosthénien		3,20-11 milliards d'années
Copernicien		11 milliards d'années-nos jours

Avant les résultats du programme Apollo, la géologie de la Lune ne comportait que 4 ères géologiques: le Pré-Imbrien (4,55-3,85 milliards d'années), l'Imbrien (3,85-3,20 milliards d'années), l'Eratosthénien (3,20-11,0 milliards d'années) et le Copernicien (11 milliards d'années-nos jours)

exemples de failles lunaires rectilignes et sineuses. Une petite partie du Mur Droit est figurée dans l'image du centre. site 'Amateur Astronomy'

Les failles lunaires rectilignes -la plus connue est le Mur Droit- sont des manifestations de surface de failles structurelles dues à du stress de tectonique des places. Elles sont se sont formées lorsque la croûte lunaire a été rompue. Ces failles, pour ce qui est de leur largeur, vont que quelques mètres (yards) à quelques kilomètres (miles ou moins). Le Mur Droit, par exemple, mesure entre 1 et 3 km de large (0.6-1.9 mile). De plus, il est composé de plusieures sections et ne constitue donc pas une faille ininterrompue (la longueur totale du Mur Droit et de 100 km -62 miles). Il est, au contraire, composé de 5 grands segments d'entre 8 et 50 km (5-30 miles). Les failles lunaires de type sinueux -ainsi la Vallée de Schröter, Rimae Posidonius ou Rimae Prinz, elles, semblent résulter du volcanisme lunaire. Des failles de poussée ou "escarpements lobés" ("lobate scarps" en anglais), semblables à celles de Mercure, qui sont connues depuis l'époque des missions Apollo, sont le signe que l'intérieur de la Lune se refroidit et cause une contraction du diamètre lunaire. Ce processus de contraction entraîne ce mouvement de fractures vers le haut, en oblique depuis les tréfonds de la Lune. La mission LRO, plus récemment, a vu que ces failles se trouvaient partout sur la Lune. Ces failles, qui n'ont pas plus de 10 km (6,2 miles) de longueur et quelques dizaines de mètres (yards) de hauteur Elles sont probablement très jeunes, en termes de géologie lunaire: la Lune a perdue 100m (328 ft) de diamètre au cours du dernier milliard d'années, ce qui devrait représenter leur âge. La gravité terrestre a ajouté au processus et influencé l'orientation de ces failles. La Lune, en ce qui les concerne, pourrait encore être active, avec des tremblements de terre et la poursuite du rétrécissement de son diamètre. La contraction des failles se voit aussi via des tranchées de type graben, des vallées linéaires d'effondrement. Ces graben montrent que les forces de contraction qui ont agit sur le diamètre lunaire de façon globale via le refroidissement d'une Lune qui était encore chaude à l'intérieur n'étaient vraisemblablement pas importantes car les graben, de petite taille, n'auraient jamais pu se former. Ce rétrécissement de la Lune avec le temps cause des "tremblements de Lune" et des zones de faille. Cette tectonique lunaire se voit particulièrement dans la mer du Froid. Une contraction faible suggère alors que la Lune, à la différence des planètes telluriques, n'a jamais été complètement fondue aux tout débuts de son évolution; les données montrent plutôt que seul l'extérieur de la Lune a initialement fondu et formé un océan de roches fondues. En 1998, la mission Lunar Prospector avait repéré un fort pic dans les rayons gamma sur un terrain situé entre les cratères Compton et Belkovich, une sorte de hot spot de thorium alors que l'essentiel du thorium lunaire se trouve sur la face visible. Des images plus détaillées, en 2011, y ont révélé de nombreuses caractéristiques volcaniques, certaines de grande, d'autres de petite taille, qui sont sont des exemples de volcanisme silicique (riche en silicium plutôt qu'en basalte). De là que ces nombreuses formes du relief qui jonchent la face cachée sont du type silicique (et non des formes résultant d'un volcanisme basaltique tels celles qu'on trouve sur la face visible). L'activité volcanique de la Lune s'est ralentie graduellement et n'a pas stoppé abruptement il y a 1 milliard d'années: des dépôts rocheux de moins de 100 millions d'années -des "mare patches"- sont le résultat d'un volcanisme tardif (ces patches mesurent moins de 500m (un-tiers de mile). Aussi, le manteau lunaire devrait-il être resté suffisamment chaud pour être source de magma pour ces éruptions volcaniques de petite taille, lesquelles pourraient ainsi avoir fortement contribué à l'histoire géologique récente de la Lune

A titre d'exemple de la complexité de la géologie lunaire, de nombreuses fractures, sur la Lune, existent sur le fond des anciens cratères des zones montagneuses. De tels réseaux de fractures encerclent ainsi tout ou partie du fond du cratère et, dans certaines zones, ces fractures sont associées à des dépôts de matériau volcanique sombre. Le mur d'une fracture, au nord-est du cratère Alphonse est recouvert d'un dépôt pyroclastique sombre, fin. Ce dépôt, de plus, semble avoir glissé le long de la pente. Le mur de la faille est plus composé de roches claires, lesquelles sont typiques des highlands de la Lune, qui sont essentiellement composés d'une roche dite anorthosite. Des morceaux de ce matériau brillant ont aussi dévallé la pente. Il est possible que le matériau volcanique sombre provienne d'un évent volcanique proche, situé au long du système de faille. De tels dépôts pyroclastiques sont formés au cours d'éruptions explosives de magma basaltique. Dans le cas du cratère Alphonse, elles pourraient avoir eu lieu en liaison avec les épanchements massifs de lave de surface qui ont eu lieu à l'Ouest du cratère dans la mer des Nuages. Ces couches de lave de la mer des Nuages sont anciens, d'un âge entre 3,2 à 3,5 milliards d'années. S'il y a lien entre ces couches et les dépôts de la fracture du cratère Alphonse, les dépôts doivent être du même âge. Enfin, ces dépôts de type volcanique sont quelquefois associés, au long de la fracture, avec des cônes bas entourés de halos sombres symétriques. Il se pourrait que ces cônes soit des cônes de cendre ou de petits volcans semblables à ce qui peut se trouver sur Terre. Ces caractéristiques géologiques avaient, pour partie, fait d'Alphonse un objectif possible pour les missions Apollo 16 et 17 et le Ranger 9 s'était écrasé au nord-est du pic central du cratère. La région est toujours un centre d'intérêt pour les astronomes et elle reste une zone de haute priorité pour les expéditions à venir. Les "tourbillons" lunaires (en anglais, "lunar swirls") sont des zones étranges brillantes et sombres sur la surface de la Lune, ild peuvent mesurer des dizaines de kilomètre et apparaître en groupe ou isolés; les zones brillantes des tourbillons semblent moins altérés par le temps que les terrains environnants. Ils existent là où des fragments de l'ancien champ magnétique lunaire sont incrustés dans la croûte (même si ce ne sont pas tous les champs magnétiques fossiles lunaires qui s'accompagnent de tourbillons). Plusieurs phénomènes peuvent faire que des matériaux exposés à l'espace changent à la fois physiquement et chimiquement. Trois théories surtout existent quant à leur formation: les tourbillons et les champs magnétiques se sont formés à partir de panaches de matériaux éjectés par des impacts cométaires; les fines particules de la poussière lunaire qui sont élevées en altitude par les bombardement micrométéoritiques sont alors triées par le champ magnétique qui existe au-dessus des tourbillons et forment ces motifs; ou les particules du vent solaire répondent aux forces magnétiques et des zones magnétiques protègent la surface de ce dernier

le fond du cratère Alphonse (à gauche) et une vue détaillée d'une fracture (à droite; le bord de celle-ci est en haut à droite et le fond, hors du champ, en direction du bas à gauche). NASA/GSFC/Arizona State University

Des études récentes de roches rapportées par les missions Apollo, via un type de spectrographie qui permet, au-delà de l'analyse de la composition, de produire une image 3D des minéraux étudiés, a permis de démontrer que le carbone existe sur la Lune. Alors qu'on pensait que, jusque là, il était le résultat du vent solaire, on pense maintenant qu'il a été amené sur la Lune il y a 3,8 milliards d'années, quand la Lune, comme la Terre, a été fortement impactée par les astéroïdes et comètes restes de la formation du système solaire (des éléments organiques en petite quantité ont été retrouvés en 2015 dans les échantillons lunaires). Ce carbone soit vient de l'impacteur même soit s'est formé par condensation du nuage de gaz riche en carbone qu'a produit l'impact. Entre 1969 et 1972, les 6 missions Apollo ont rapporté, de la Lune, 382kg (842 livres) de roches lunaires, carottes d'échantillons, de graviers, sable et poussière. Les six vols, depuis 6 sites géologiquement différents, ont finalement rapporté 2200 échantillons lunaires. La NASA conserve ses collections de roches lunaires au Johnson Space Center et dans un bâtiment au Nouveau-Mexique. 140 000 échantillons ont ensuite été créés à partir des roches rapportés de la Lune; de nos jours, la question de la présence sur le marché noir d'échantillons lunaires se pose, ces échantillons provenant de roches données à de nombreux pays dans le monde entier au moment du programme Apollo ou de propriétaires privés qui eurent la chance que la NASA leur en fît cadeau. La NASA prit aussi la décision de conserver certains échantillons lunaires complètement intacts, misant sur le futur: ils pourraient être analysés lorsque des technologies plus avancées seraient mises en oeuvre. Pour ce qui est des couleurs de la Lune, elles résultent essentiellement des quantités en fer et en titane d'un terrain. Les mers, ainsi, ont un albedo plus faible car elles contiennent une quantité relativement importante d'oxyde de fer (FeO). Certains basaltes, dans les mers contiennent même, des quantités inhabituellement importantes d'oxyde de titane (TiO2), ce qui les rend encore plus sombres. L'oxyde de titane fait aussi que la couleur d'une mer passe du rougeâtre au bleu. Cela peut même engendrer des différences entre mers: ainsi la mer de la Tranquillité est plus bleu par rapport à la mer de la Sérénité, qui est plus brunâtre. La taille des grains de la poussière lunaire ou l'état général de la surface jouent aussi sur l'albédo de celle-ci. L'impact de la mission LCROSS en 2009 a détecté plusieurs éléments dans le cratère Cabeus, un cratère plongé dans l'obscurité du pôle sud, dont des atomes de mercure et des molécules d'hydrogène. Les atomes de mercure doivent, par saut, migrer en direction de ces régions polaires froides. Les éléments chimiques lunaires, d'une façon générale, peuvent être transportés des zones chaudes aux zones froides. L'impact des vaisseaux GRAIL, en 2013, on a observé du mercure et des améliorations d'hydrogène atomique. Les scientifiques ont été surpris de trouver du mercure sur la surface éclairée de ces impacts; mais ils ont compris que le mercure a vraisemblablement été produit au cours de la formation de la Lune et que, malgré l'exposition de la surface lunaire à l'environnement spatial (micro-météorites, vent solaire, etc.), il est resté raisonnablement concentré près de la surface

Il y a des milliards d'années, la Lune a pu avoir une atmosphère, qui aurait été plus épaisse que l'actuelle atmosphère de Mars; l'atmosphère de la Lune fut probablement capable d'éroder les roches ou de produire des tempêtes et elle fut peut-être la source d'une partie, sinon de toute, l'eau détectée sur la Lune. Cette atmosphère a été produite par les éruptions de lave, qui ont émis des gaz. Cette atmosphère exista pendant peu de temps, environ 70 millions d'année et elle était composée principalement de monoxyde de carbone, de soufre et d'eau. Ces éruptions de lave ont également produit la plupart de l'eau qu'on trouve encore aujourd'hui sur la Lune. La Lune, aujourd'hui, n'a pas d'atmosphère mais une "exosphère" qui ne possède qu'excessivement peu d'atomes ou de molécules de gaz. Le vide lunaire est plus parfait que le vide que l'on utilise dans les laboratoires sur Terre. Des processus physiques, comme les impacts provenant des courants de météorites, le bombardement par les particules d'hélium et d'hydrogène du Soleil, l'absorption thermique ou le "space weathering" ("usure par l'espace") modifient constamment la surface lunaire et ils ont lieu au sein de l'exosphère de la Lune dont la densité n'est que de 25 millions de milliardièmes celle de l'atmosphère terrestre. Pendant les courants de météorites, on assiste à augmentation des gaz de l'exosphère. Les grains interplanétaires peuvent frapper le sol à des vitesses supérieures à 34km/s (21 miles/s), ce qui dégage une chaleur intense et vaporize une partie des sols -et des météorites mêmes. La mission LADEE, de la NASA, a confirmé, en 2015, la présence de néon. Le gaz noble argon 40 est aussi présent dans l'exosphère lunaire depuis une altitude de 100km et en est un constituant essentiel. L'argon est émis, lors du jour lunaire, par la surface. L'hélium qu'on a observé dans l'"atmosphère" lunaire depuis les missions Apollo pourrait provenir de la radioactivité des roches de l'intérieru de notre satellite ou d'une source extérieure telle le vent solaire. De l'intérieur, l'hélium pourrait être libéré lors des "tremblements de terre" lunaires. On a constaté que la quantité d'hélium, par ailleurs, augmente au fur et à mesure que la nuit progresse sur la Lune, ce qui serait dû au refroidissement atmosphérique, lequel concentrerait les atomes aux basses latitudes. On trouve aussi de l'argon dans l'atmosphère lunaire. L'électricité statique joue un rôle important sur la Lune, qui est corps sans atmosphère et empli, finalement, de poussière; on retrouve le phénomène aussi sur différents corps dont les astéroïdes et les comètes dont la surface est continuellement bombardée par la lumière ultraviolette du Soleil et exposée aux particules chargées; certains de ces corps, de plus, se trouvent dans la bulle d'une magnétosphère. Sur les objets possédant une faible gravité, les grains de poussière pourraient même vaincre à celle-ci et être éjectés dans l'espace. La Lune est enveloppée dans un nuage de poussière permanent et dissymétrique dont la densité s'accroît lorsque se produisent des évènements annuels tels l'essaim des étoiles filantes Géminides. Ce nuage cependant est surtout composé de minuscules grains de poussière qui sont éjectés de la surface lunaire du fait des impacts à haute vitesse de particules de poussière interplanétaire. Les premiers indices concernant un tel nuage étaient apparus lorsque les caméras des modules lunaires des missions Apollo avaient capturé une lueur importante au cours des couchers de Soleil; des astronautes, ensuite, en orbite, avaient signalé une lueur significative au-dessus de la surface au moment où l'on s'approchait du lever du Soleil. Une question en cours concerne les "LHG" de faibles rayons lumineux qui ont parfois été observés au-dessus du terminateur lunaire lorsque des missions Apollo observaient la lumière zodiacale. Ces rayons apparaissent soit près du sol, soit à des altitudes pouvant atteindre 100 km (62 miles). Cette lumière diffuse pourrait être due à des particules (petites pour les rayons en altitude, lourdes pour les rayons près du sol) de régolithe ayant acquis, du fait de la radiation solaire dans l'ultra-violet, une charge positive par éjection d'électron. Cette poussière suit une trajectoire ballistique qui la ramène finalement sur la surface. On n'a observé que peu de LHG et on ne sait que peu à leur sujet. Lorsque le vent solaire, par ailleurs, vient frapper la surface de la Lune, il se produit de nombreuses interactions. 10% des particules du vent solaire qui heurtent la surface de la Lune en repartent vers l'espace sous la forme d' "atomes d'hydrogène neutres électriquement" (en anglais "electrically neutral hydrogen atoms" ou ENA), ce qui représente aux alentours de 150 tonnes d'atomes d'hydrogène par an. De plus, divers gaz qui font provisoirement partie de l'atmosphère lunaire pourraient aussi rendre compte de ces phénomènes; par ailleurs, si des particules de régolithe sont soulevés du sol, elles ne devraient pas retomber sur la surface car les astronautes du programme Apollo ont vu plusieurs surfaces rocheuses plates, lesquelles ne présentaient pas de poussière (ce qui serait le cas en cas de particules de régolithe soulevées, qui finiraient par retomber). Des études récentes, en 2013, ont résumé la question: la poussière lunaire peut s'échapper de la surface dans l'espace ou être projetée sur de longues distances du fait d'interactions variées (micro-météorites, par exemple, surface inégales ou vent solaire). Par ailleurs, on a observé aussi de la poussière lunaire en mouvement près des cratères recevant de l'ombre: la poussière est soulevée d'une zone éclairée, passe au-dessus de la région ombrée et rebondit sans cesse depuis une autre zone éclairée vers la zone d'origine. La poussière lunaire est ainsi piégée au-dessus d'une région ombrée d'entre 1 et 10 m (yards). L'effet devrait être spécialement marqué au crépuscule et à l'aube, au terminateur, lorsque le contraste lumineux est maximal et qu'existent de longues ombres. La poussière est ainsi un indicateur de champs électriques de surface inhabituels: les régions ombrées sont négativement chargées et les régions éclairées le sont positivement, ce qui crée un champ électrique complexe, ou "champ dipôle" au-dessus de la zone ombrée. Ce sont de tels champs magnétiques qui peuvent avoir été à l'origine que les vaisseaux Surveyor ont observé des nuées ou dais de poussière, ou des "crépuscules" lunaires. Les perturbations dues aux conditions du lieu (hauteur de la muraille du cratère, rugosité des sols ou interférence du vent solaire) font que la poussière finit soit par retomber dans le cratère soit par être définitivement éjectée. La Lune, tous les 29 jours, aux alentours de la Pleine Lune traverse la queue magnétique de la Terre . Pour ce qui de la présence d'eau sur la Lune -puisque cette présence pourrait se révéler une source utile pour produire du carburant pour les missions spatiales- de grandes quantités en ont été trouvées dans le fond des grands cratères polaires où l'absence de Soleil en permet la conservation. Cette eau semble avoir été apportées sur la Lune au moment de la Période du Grand Bombardement, vers il y a 4 milliards d'années, par les comètes et astéroïdes qui sont venus s'écraser sur la Lune. Les bombardements intenses de la jeunesse de la Lune, sa faible gravité ainsi que la radiation solaire forte ont d'abord fait que la Lune n'a quasiment pas possédé d'atmosphère donc d'eau. Mais les astronomes en étaient venus à penser que les cratères profonds des pôles, dans une ombre permanente, très froids, avaient pu piéger des matériaux volatiles comme de l'eau ou de la glace dès lors que ces matériaux y auraient été transportés par des comètes, par exemple, ou qu'ils se seraient formés via des réactions chimiques avec l'hydrogène, dont les ions sont une composante majeure du vent solaire. D'autres études ont montré que l'eau existe également sur la Lune -en des quantités qui sont supérieures à celle des Grands Lacs, en Amérique du Nord- réparties dans la régolithe ou en-dessous la surface. Cette eau a sans doute été produite lorsque l'océan de magma que l'on pense s'être formé à un moment du processus d'agglomération des planétisimaux qui ont formé la Lune, a commencé de se refroidir: pendant le processus de refroidissement, l'eau des origines soit s'est sublimée dans l'espace soit s'est transformée en molécules d'hydroxyde conservées dans les roches. En plus de l'eau, les études des éléments libétés par l'impact montrent qu'ont également été vaporiés des éléments métalliques, ainsi du mercure, du magnésium, du calcium ou du sodium voire un peu d'argent. Pour ce qui est du sodium, il s'agit d'une quantité de 1 à 2 kg (2,2-4,4 livres) soit 1 à 2% de la quantité d'eau observée (ce qui est comparable au rapport eau-sodium que l'on trouve dans les océans de la Terre). Ce sodium pourrait avoir été apporté à la Lune par les comètes, les atomes de sodium rebondissant sur la surface lunaire jusqu'à être gelés par le froid des cratères polaires; il pourrait aussi avoir été apporté par le vent solaire qui en transporte de faibles quantités, qui pourraient se retrouver dans le sol lunaire. Ou le vent solaire pourrait libérer le sodium des roches de la Lune (qui en comportent 0,4%). Les impacts météoritiques peuvent également en libérer. Un rapport sodium-eau de 2% est également celui qui se retrouve dans les comètes

Pour ce qui est de l'eau sur la Lune, les observations menées par les missions Chandrayaan-1 (Inde) et Cassini (en route vers Saturne) ou la mission Deep Impact transformée en la mission EPOXI, ont toutes détectés sur la Lune la signature spectrographique de l'eau ou de composés (oxygène et hydrog`ne) de type hydroxyl. La signature est plus forte aux pôles, les matins (et plus faible à midi); elle est plus faible dans les mers lunaires. Ces faibles traces d'eau, ou de composés, sur la Lune sont vraisemblablement des éléments chimiques piégés dans les matériaux de surface. Ils trouvent, semble-t'il, leur origine dans l'interaction entre le vent solaire et la surface lunaire. Comme celle-ci est composée principalement de 45% d'hydrogène combinés avec des silicates, les protons du vent solaire -qui sont des atomes d'hydrogène positivement chargés- rompent ces liens de l'oxygène. Des atomes d'oxygène se retrouvent donc en liberté avec des atomes d'hydrogène, ce qui mène inévitablement à la formation d'eau ou de composés hydroxyl! Les plus fortes observations aux pôles s'expliqueraient par un phénomène de migration de ces éléments dû aux modifications de températures de surface au cours du jour lunaire. Ces traces d'eau finiraient par se retrouver dans les zones des cratères polaires qui sont plongées en permanence dans l'obscurité. Depuis 2009, la mission LRO-LCROSS a réellement découvert qu'il y a des quantités d'eau importantes dans les cratères du pôle sud de la Lune! plus de détails sur notre page spéciale consacrée à la découverte de la mission LCROSS! Ces dépôts sera légèrement plus abondants sur les pentes cratéritiques de l'hémisphère sud qui font face au pôle lunaire sud. Le matériau porteur de l'hydrogène est volatile et peut se présenter sous la forme de molécules d'eau ou de molécules d'hydroxyl (un atome d'oxygène lié à un d'hydrogène) lesquels ne sont que làchement liés à au sol lunaire. Ainsi, de l'eau aux pôles de la Lune serait disponible pour les missions habitées. Mais, si cette explication est la bonne, il faudrait que s'y trouve aussi des restes de l'eau amenée, aux débuts du système solaire, par les comètes pour que l'on ait affaire à des quantités d'eau réelles. L'échantillon lunaire 74220, le célèbre "sol de verre orange", à riche teneur en titane, d'origine volcanique qui avait été rapporté par la mission Apollo 17, a fourni, en 2011, la preuve que ces inclusions contiennent de l'eau. Ces inclusions se sont formées pendant les éruptions volcaniques explosives qui ont affecté notre satellite il y a 3,7 milliards d'années. Contrairement aux autres matériaux volcaniques, les échantillons lunaires sont enchâssées dans des cristaux qui ont empêché que l'eau et les autres éléments volatiles ne s'échappent pendant les éruptions. Le processus permet de comprendre que, non seulement, il y avait beaucoup d'eau dans le magma lunaire -100 fois plus qu'on pensait- mais aussi que l'on pourrait en déduire que l'eau qu'on trouve aux pôles de la Lune viendrait aussi, en fait, du magma (un autre point de vue est que les emplacements de la glace polaire sont situés, aux pôles, aux antipodes l'un de l'autre ce qui pourrait laisser penser que les pôles lunaires se trouvaient là à un moment donné; ce serait, il y a 3,5 milliards d'années, que le "point chaud" qui a créé l'océan des Tempêtes aurait aussi entraîné ce mouvement des pôles lunaires). Ces résultats, de plus, pourraient aussi poser question pour la théorie de la formation de la Lune via un impact car cette théorie suppose qu'on ne trouve que peu d'eau sur la Lune du fait du dégazage de grande ampleur qui eut lieu pendant la collision. Le cratère Shackleton, par ailleurs, l'un des cratères polaire dans lequel de l'eau sous forme de glace existe, possède des murs brillants, la preuve que cette glace se trouve aussi bien sur le sol que sur les murailles. ; l'eau sur la Lune, d'une façon générale, se trouve à 1m (3 pieds) sous la surface. Les dépôts de glace sont vraisemblablement mélangés à la régolithe, ce qui produit une surface gelée. La glace d'eau peut persister pendant des millions ou des milliards d'années. Toute météorite qui peut pénétrer jusqu'à 8cm (3 pouces) dans la régolithe lunaire peut en vaporiser de l'eau laquelle peut participer à la faible atmosphère lunaire (en proportion de deux-tiers). Ces chocs pourraient être à l'origine des dépôts de glace aux pôles. L'eau du pôle sud pourrait date de milliards d'années et n'a pas été modifiée par le Soleil ou de quelconques processus géologiques qui resurfacent constamment les surfaces planétaires; l'eau lunaire est soit de l'eau classique (H20) soit de l'hydroxyl (OH, une version plus réactive)

le diamètre apparent de la Lune aujourd'hui et dans 1 à 2 milliards d'années (à gauche); une éclipse totale aujourd'hui et une éclipse dans 1 à 2 milliards d'années (à droite)

Par ailleurs, à cette époque, la Terre et la Lune étaient beaucoup plus près l'une de l'autre et chacune tournait sur elle-même plus rapidement qu'aujourd'hui. La Lune ne devait être qu'à entre 19000 et 47000 km (12000-19000 miles) de la Terre; ce qui donnait une orbite beaucoup plus rapide qu'aujourd'hui (aux environs de 4,19 heures). La Terre, alors, tournait sur elle-même en quelques heures de moins qu'aujourd'hui. Les dinosaures, il y a 70 millions d'années, avaient encore un jour qui n'était long que de 22 heures. Au long des siècles, les deux corps continuèrent d'agir l'un sur l'autre: la Lune fait apparaître un renflement gravitationnel sur la Terre -c'est les marées- et un réel renflement de la croûte terrestre. C'est ce renflement qui, à son tour, lorsque la Terre tourne sur elle-même, agit gravitationnellement sur la Lune: la Terre accélère la Lune sur l'orbite, en même temps qu'elle est elle-même freinée, accroissant la durée du jour. Aussi, cela se traduit-il par le fait que la Lune s'éloigne de la Terre, ralentissant sur son orbite, et que le jour terrestre s'allonge lentement. La Lune s'éloigne de nous de 3,8 cm (1,49 pouces) par an et le jour terrestre s'accroît de 0,002 secondes par siècle. Cela mènera finalement, d'ici plusieurs dizaines de milliards d'années, à ce que le système Terre-Lune se stablisera dans une résonance gravitationnelle de 47 jours: la Lune orbitera autour de la Terre en 47 jours et le jour, sur Terre, durera lors 47 jours... Au taux actuel de rotation de la Terre sur elle-même, il faut 3 millions d'années pour que le jour augmente d'1 minute. Enfin, à la fin de l'évolution des deux corps, la Lune se trouvera à 560 000 km (348 000 miles) de nous au lieu des 385 000 (239 000 miles) d'aujourd'hui. Un des effets secondaires de l'évolution est que, à un moment, les éclipses solaires cesseront d'exister, ou du moins les éclipses totales. D'ici 1 à 2 milliards d'années, par un processus graduel qui aura vu les éclipses totales devenir des éclipses hybrides, puis des annulaires, il n'y aura plus que des annulaires (la dernière éclipse de Soleil se verra pour la dernière fois d'ici 600 millions d'années). Lorsqu'il n'y aura plus que des éclipses annulaires, il restera 4,8 minutes d'arc de Soleil de chaque côté du disque sombre de la Lune. Il continuera, bien sûr, d'y avoir des éclipses partielles. Le taux de disparition des éclipses totales s'analyse ainsi: une diminution, par incrément, du diamètre apparent de la Lune de 1,8 seconde d'arc se traduit par le fait qu'une éclipse, par siècle, cessera d'être totale et deviendra une éclipse hybride. Un point de vue complémentaire est que la Lune finira par être entièrement détruite du fait que le Soleil, devenant une géante rouge -d'ici 5 milliards d'années- viendra repousser la Lune en direction de la Terre et que celle-ci, à proximité de la Terre, sera détruite par les forces gravitationnelles. En termes de gravité, la Lune possède des "mascons" (abréviation anglaise de "mass concentrations", "concentrations de masse") qui sont des zones de masse et de gravité plus élevées. Ils se trouvent dans les grands bassins d'impact de la Lune et ils pourraient être liés à des masses denses de laves basaltiques. De telles anomalies font que les orbites basses lunaires sont très instables. Une mission des années 2010 a confirmé que les mascons ont été créés par les impacts de grands astéroïdes ou comètes sur l'ancienne Lune, à une époque où l'intérieur de celle-ci était beaucoup plus chaud et que la croûte légère et le manteau dense se sont combinés au choc des grands impacts et créé l'aspect typique des anomalies de densité. Leur origine restait un mystère depuis leur découverte, en 1968, par une équipe du JPL. Mais on n'avait pas réussi à décider quelle part des macsons résultait de lave ayant empli le cratère d'impact et quelle part d'un manteau ferrique remontant vers la croûte. Sur les cartes de gravité de la Lune, les mascons présentent une forme en cible. Au centre, une forme en oeil-de-boeuf, avec un surplus de gravité entouré d'un déficit de gravité. Autour, se trouve encore un surplus de gravité. Cette structure résulte de l'excavation du cratère d'impact, de son effondrement puis de son refroidissement. L'augmentation de densité au niveau de l'oeil-de-boeuf vient du matériau lunaire qui a fondu lors de l'impact. La Lune, sur des millions d'années a dû s'ajuste peu à peu aux grands impacts, menant à des "points forts" gravitationnels tels ceux des grands bassins. Pour ce qui est des relations gravitationnelles de la Lune et de la Terre (le Soleil intervient aussi), d'une façon générale, l'attraction mutuelle des deux corps est suffisamment puissant pour les déformer tous les deux, chacun prenant une forme d'oeuf, les deux pointes dirigées l'une vers l'autre. L'attraction a un fort effet, sur Terre, sous la forme des marées puisque les océans peuvent se déplacer librement (on assiste à une élévation du niveau de la mer qui peut atteindre jusqu'à 60cm). L'effet de l'attraction de la Terre sur la Lune (qu'on appelle, en anglais, "lunar body tide" ou "solid tide", "marée du corps lunaire", ou "marée solide") est plus difficile à apprécier du fait que la Lune, sauf son coeur liquide de petite taille, est un corps solidifié; la force est cependant suffisante pour amener la croûte lunaire à s'élever de 51cm (20 pouces) du côté visible comme sur la face cachée