GRAIL : sonder la Lune en duo

GRAIL : sonder la Lune en duo
La NASA a lancé deux sondes vers notre satellite naturel afin de mesurer avec précision son champ gravitationnel, ce qui permettra de mieux connaître sa structure interne et donc son origine.


Schéma illustrant le principe de la mission GRAIL. Les deux sondes se suivent sur orbite autour de la Lune et mesurent en permanence leur écart. Toute variation de distance trahit une variation du champ gravitationnel de la Lune et donc une différence dans la densité des matériaux qui constituent les régions survolées. Les relevés qu’effectuent les deux sondes sont complétés par le suivi depuis le sol des trajectoires de GRAIL-A et de GRAIL-B.
Crédit : NASA

On pourrait croire qu’au cours de nombreuses missions, y compris habitées avec Apollo, les scientifiques ont fait le tour complet des interrogations concernant la composition, la structure ou encore l’origine de la Lune. Il n’en est rien et deux sondes de la taille d’une machine à laver chacune vont tenter de faire avancer nos connaissances dans ce domaine.

Mystères lunaires
La théorie la plus largement admise pour l’origine de notre satellite naturel est qu’un objet de la taille de Mars a heurté la Terre voici environ 4 milliards d’années. La matière arrachée par le choc s’est alors agglomérée sur orbite et du fait de sa taille et masse plus petites s’est refroidie bien plus rapidement, donnant cet «astre mort» qu’est la Lune. Voici pour les grandes lignes. Reste à peaufiner les détails et par exemple comprendre pourquoi la face visible depuis la Terre présente de larges plaines appelées «Mers» alors que la face cachée est constellée de cratères d’impact.


La Lune accomplissant une révolution sur elle-même dans le même temps qu’elle tourne autour de la Terre (environ un mois), elle nous présente toujours la même face dite visible (à gauche). Elle se caractérise par de vastes régions où on dénombre moins de cratères d’impacts, les fameuses «Mers». En revanche, la face cachée (à droite) est quasi exclusivement constellée de cratères d’impact. Avec GRAIL, les astronomes espèrent mieux comprendre les raisons de cette différence.
Crédit : NASA/Enjoy Space


Une étude récente avance ainsi que, lors du cataclysme évoqué à l’instant, deux lunes s’étaient formées et que la plus modeste a fini par percuter la plus grande, expliquant la différence entre faces visible et cachée. De surcroît, dès les débuts de l’ère spatiale, les contrôleurs de mission ont remarqué que les trajectoires des engins qu’ils envoyaient tourner autour de la Lune ne correspondaient pas forcément aux calculs… L’explication ? Notre satellite naturel présente des «mascons» ou «mass concentrations», des concentrations de masse, soit des zones ou ce qu’il y a en surface et dessous s’avère plus dense. Au-dessus de ces endroits, le champ gravitationnel (qui dépend de la masse) est donc différent des régions conformes à la moyenne. Bien évidemment, nous parlons de variations très légères, mais suffisantes pour perturber l’orbite d’une sonde. Avec la mission GRAIL (Gravity Recovery And Interior Laboratory) qui a décollé de Floride le 10 septembre, la NASA et le prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology) vont justement utiliser ces irrégularités pour «scanner» l’intérieur de la Lune. Ci-dessous, la vidéo de l’envol des deux sondes au sommet d’une fusée Delta II.

Montre-moi ta gravité, je te dirais qui tu es !
Pourquoi 2 sondes ? Pour mesurer avec 100 à 1 000 fois plus de précision les changements du champ gravitationnel lunaire. En fait, l’agence américaine reprend un concept qui a déjà fait ses preuves avec la mission GRACE autour de la Terre. La recette est simple dans le principe, mais, on le devine, très pointue technologiquement. Après un trajet de 3 mois et demi (nécessaire pour économiser le carburant et obtenir une arrivée simultanée), les deux sondes GRAIL-A et GRAIL-B se placeront sur orbite polaire autour de la Lune. Elles vont donc tourner à environ de 15 à 50 km d’altitude en passant par les pôles de notre satellite naturel, l’une précédant l’autre de 65 à 225 km de distance, tout en échangeant des signaux radio leur donnant la capacité de mesurer leur écart avec une précision inouïe, inférieure à la taille d’un globule rouge humain !

Les deux sondes GRAIL au sol, lors de leurs ultimes préparatifs.Crédit : NASA

Ainsi, lorsque la sonde située «en avant» survolera une zone où ce qui constitue la Lune est plus dense, elle subira une légère accélération et s’éloignera de la sonde «en arrière» car le champ gravitationnel sera localement plus intense. Au fil du temps (87 jours sont prévus), les «jumelles» GRAIL établiront une carte des variations du champ gravitationnel de la Lune, l’un des plus irréguliers du système solaire soit dit en passant. Or, on peut dire : «montre-moi ta gravité, je te dirai qui tu es», et plus exactement qu’elle est ta masse et la répartition de celle-ci. Ce qui fournira à terme aux scientifiques un plan de la structure de la Lune. On espère ainsi mieux déterminer la nature exacte de son noyau qui pourrait être constitué d’une partie solide en fer de 240 km de diamètre au sein d’une autre liquide à laquelle s’ajouterait une couche supplémentaire partiellement fondue (le total serait alors de 500 km, pour rappel, le diamètre de la Lune est de 3.474 km). Connaître avec précision les régions où la densité est plus forte qu’ailleurs et les informations sur le noyau permettront aux astronomes de retracer l’histoire du refroidissement de la Lune et d’autres événements marquants qui seront autant d’indices pour établir son origine.

Publié le 12 septembre