Le sol de la face cachée de Chang'e-6 garde la trace d'un vent solaire plus rapide que celui du sol protégé par la Terre

Jusqu'à Chang'e-6, tous les échantillons lunaires rapportés provenaient de la face visible. Une question restait donc sans réponse en laboratoire : la Terre protège-t-elle un hémisphère du vent solaire plus que l'autre ? Le sol de la face cachée porte une trace d'exposition aux particules implantée plus profondément que celle des sols rapportés par les équipages d'Apollo, selon l'étude publiée dans Nature Geoscience.

Ce que le sol de la face cachée a enregistré

Chang'e-6 a rapporté 1 935 grammes de régolithe du bassin Pôle Sud-Aitken, les premiers échantillons jamais prélevés sur la face cachée de la Lune. L'équipe a analysé sept petits fragments par chauffage progressif et extraction laser par fusion totale, en mesurant l'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon.

La matière vient du cratère Apollo, une structure plus petite imbriquée dans le bassin Pôle Sud-Aitken, le plus grand et le plus ancien bassin d'impact connu sur la Lune.

L'anomalie la plus nette concerne le néon. Le rapport néon-20/néon-22 atteint en moyenne 11,34, avec une incertitude de 0,22.

Cette valeur est proche du chiffre théorique de 11,2 attendu pour un vent solaire fortement fractionné, selon l'Académie chinoise des sciences. Elle est aussi inférieure aux rapports signalés pour tous les sols de la face visible étudiés auparavant. Autrement dit, la matière de la face cachée contient une part plus grande de l'isotope lourd, le néon-22.

Le krypton et le xénon racontent une autre histoire. Le xénon d'origine solaire du sol de Chang'e-6 apparaît surtout à haute température, sous la forme d'un pic unique, alors que les échantillons de la face visible de Chang'e-5 donnaient un dégagement à double pic. Un gaz libéré sous un chauffage plus fort se trouve en général plus profond dans les grains minéraux : la trace de la face cachée indique donc une implantation plus profonde.

La Terre comme régulateur de vitesse

L'explication avancée par l'équipe est la magnétosphère terrestre. En orbitant, la Lune traverse périodiquement la gaine magnétosheath, où le vent solaire ambiant ralentit d'environ 400 km/s en temps normal à environ 200 km/s.

La Lune est verrouillée par les marées : le même hémisphère fait toujours face à la Terre, l'autre jamais. Les chercheurs attribuent le contraste à cette géométrie. La face visible regarde la Terre et la gaine magnétique, la face cachée non.

Ce vent ralenti atteint surtout la face visible. La face cachée, tournée en permanence à l'écart de la Terre, reçoit un vent solaire non perturbé.

L'article chiffre l'effet sur la face visible. Les chercheurs suggèrent qu'environ 25 % de l'exposition totale au vent solaire sur le site d'atterrissage de Chang'e-5 a subi l'influence de la gaine magnétique, tandis que le site de Chang'e-6 n'a bénéficié d'aucune protection de ce type. Chang'e-5 a rapporté du sol de la face visible, et celui-ci montre l'implantation plus superficielle qu'un vent plus lent produirait.

Écarter les autres explications

Les chercheurs ont vérifié les autres pistes avant de retenir cette lecture. Les rapports moyens krypton/xénon sont presque identiques dans les sols de Chang'e-5 et de Chang'e-6, ce qui plaide contre un apport supplémentaire de matière météoritique ou cométaire comme source du contraste. Les sols de Chang'e-6 ont aussi enregistré une exposition au vent solaire relativement récente, ce qui rend peu probable une variation de longue durée de l'activité solaire. Aucun appauvrissement en gaz rares n'était assez marqué pour que la diffusion, l'érosion ou la pulvérisation préférentielle expliquent à elles seules les rapports du néon.

Une archive fossile de l'ancienne magnétosphère

Les gaz rares sont chimiquement inertes. Leurs concentrations, leurs rapports isotopiques et leurs températures de dégagement conservent donc les détails physiques de l'arrivée des particules, sans être réécrits par la chimie.

Les chercheurs estiment que les gaz lourds peuvent servir d'archives fossiles des interactions passées entre la magnétosphère terrestre et le vent solaire. Combinés aux enregistrements paléomagnétiques, ils offriraient un moyen de reconstituer l'ancienne magnétosphère. L'article conclut aussi que plusieurs processus de fractionnement ont pu intervenir.

Zhang Xuhang, chercheur postdoctoral à l'Institut de géologie et de géophysique de l'Académie chinoise des sciences, a mené l'analyse sous la direction de He Huaiyu. Des collaborateurs venaient de l'Université des sciences et technologies de Chine et de l'équipe chargée de la charge utile des volatils de Chang'e-7.