Michel-alain combes la terre bombardéE version 1 / 2013








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Une formation agitée : la guerre des mondes

Depuis les années 1950, les spécialistes du Système solaire se sont penchés sur les différentes étapes qui ont conduit au système actuel, regroupé dans une "bulle" de matière de 1,5 année lumière de diamètre, avec comme frontières extérieures les limites du nuage cométaire de Oort.

Des centaines de simulations ont été effectuées, avec des conditions de départ très variées, aussi bien en ce qui concerne le nombre d’objets que la température dans le nuage présolaire. En fait, les conditions initiales ne sont pas connues avec précision et ne le seront jamais. Mais de ces simulations se sont dégagées quelques données incontournables, avec cette réalité : il n’y a plus que huit planètes (et non neuf, car Pluton n’est plus considéré comme une planète majeure aujourd’hui, mais comme l'un des membres principaux de la ceinture de Kuiper), mais aussi des millions de planètes secondaires, les KBO (Kuiper Belt Objects) dont le diamètre peut, pour les plus gros objets, dépasser les 1000 kilomètres.

Première étape : le billard cosmique

Deux maîtres mots s’imposent pour expliquer l’extraordinaire histoire du Système solaire : collision et accrétion. La combinaison de ces deux phénomènes a été permanente et tout à fait déterminante à long terme. Les premiers millions d’années, la guerre des mondes a été impitoyable. C’est la période du billard cosmique, comme l’ont appelée les astronomes, qui a duré environ 500 MA. Certaines simulations (5) indiquent que pour 100 planétoïdes de 1,2 x 1026 g chacun (6), utilisés pour la formation des seules planètes telluriques, il n’en existait déjà plus que 22 au bout de 30 MA circulant sur des orbites plus elliptiques, 11 après 79 MA, et seulement 6 après 150 MA.

La Terre se serait formée en 100 MA environ, à partir de la collision et de l’accrétion d’une multitude de planétoïdes plus petits. Car évidemment les 100 planétoïdes de départ des simulations ne sont qu’une hypothèse de travail et de calcul qui n’a rien à voir avec la réalité, quand une quasi-infinité de planétésimales de 1 km environ subsistaient, vestiges des premiers regroupements des grumeaux de poussières présolaires.

Les planètes rescapées ont vu leur surface littéralement criblées par des impacts quasi permanents et d’envergure très variée selon le diamètre et la vitesse de l’impacteur. Certains objets anciens, comme Callisto le satellite de Jupiter, ont gardé la marque indélébile de cette première étape, où l’impactisme planétaire était la clé de la survie ou de la disparition, selon le cas. Car certains impacts importants ont entraîné la désintégration de planètes de masse substantielle, déjà différenciées, mais victimes à leur tour de ces collisions destructrices.

On sait que la Lune est une planète recomposée, née d'une collision rasante entre deux corps célestes déjà différenciés (7) : la Terre initiale et une planète autonome de la taille de Mars (voir le chapitre 15 pour les détails). Ce cataclysme cosmique, de très grande envergure, n'a cependant été qu'un parmi beaucoup d'autres durant la phase "guerre des mondes", qui a permis de "faire le ménage" dans le Système solaire et de ne laisser que les planètes principales qui ont survécu jusqu'à nos jours.

On sait aussi que la formation de Mercure résulte d'un impact quasi central (et non pas rasant comme dans le cas du système Terre-Lune) entre deux proto-planètes respectivement de 0,14 et 0,02 masse terrestre. Cette collision a entraîné une augmentation importante du noyau métallique, et une diminution tout aussi importante du manteau de silicates. Les conséquences de ce cataclysme cosmique, lui aussi d'envergure, sont encore largement analysables aujourd'hui, notamment la forte densité de Mercure (5,44), incompréhensible si l'on exclut ce phénomène de fusion de deux noyaux métalliques préexistants à l'impact qui engendra, à partir de la matière de deux proto-planètes différenciées, une seule planète avec un très gros noyau métallique, et qui reprit, elle aussi, une forme sphérique.

Deuxième étape : l'impactisme planétaire

Si la première étape a duré moins de 500 MA, une deuxième étape a duré plus de 1000 MA, c’est celle de la cratérisation à outrance. Une multitude de fragments de quelques centaines de kilomètres de diamètre étaient encore dans le circuit infernal du billard cosmique, mais leur taille ne leur permettait déjà plus de menacer de destruction les grosses planètes qui avaient réussi leur accrétion. Ces fragments devaient se contenter du rôle d’impacteur, avec comme résultat la formation de cratères d’impact. On en a encore des milliers d’aperçus sur toutes les planètes et satellites à surface solide, et notamment sur la Lune.

On connaît d'autres satellites planétaires qui ont été recomposés à la suite d'impacts (8), notamment Miranda, l'extraordinaire satellite n° V d'Uranus qui a un diamètre de 380 km. La sonde américaine Voyager 2 l'a approché à seulement 30 000 km en 1986 et a pris des photos fantastiques de sa surface, d'une précision incroyable puisque certains détails ne dépassent pas 600 mètres. Son relief est apparu d'une complexité extrême, qui ne peut s'expliquer que s'il s'agit de l'assemblage d'une mosaïque de fragments brisés et "recollés", peut-être même à plusieurs reprises.

Troisième étape : l’impactisme résiduel

Une troisième étape, avec un Système solaire "nettoyé" des quelques planètes vagabondes ayant survécu jusque-là, mais pas des innombrables scories plus petites, a débuté il y a 3000 MA, avec un impactisme catastrophique diminué d’un facteur 100. C’est la phase résiduelle (tout est relatif, nous le verrons tout au long de ce livre) qui existe encore aujourd’hui.

Durant ces 3000 MA, les cataclysmes les plus importants furent le fait d’objets extérieurs, venus des deux réservoirs (déjà formés à l’époque) que constituent le nuage de Oort et la ceinture de Kuiper. Ces objets (parmi lesquels d’innombrables comètes actives), perturbés dans un premier temps, virent leur orbite devenir très excentrique, ce qui permit leur capture à l’occasion de leur "plongée" dans le Système solaire intérieur. Ce phénomène existe encore à l’échelle astronomique et durera aussi longtemps que le Système solaire lui-même.

L'impactisme lunaire et ses conséquences

Trois siècles et demi de cartographie lunaire

Quand Galilée pointa la première fois sa fameuse lunette vers la Lune, en 1610, il eut la surprise de voir, malgré la médiocrité des images, notre satellite truffé de mers et de cratères. Il dressa lui-même une première carte de la face visible, découvrant au passage les librations lunaires. Cette carte, malheureusement, ne nous est pas parvenue car elle fut brûlée (!) après sa mort. Ses successeurs au XVIIe siècle dressèrent une véritable cartographie de la Lune : Langrenus (1600-1675) en 1645, Hévélius (1611-1687) en 1647, Giovanni Riccioli (1598-1671) en 1651. C'est la nomenclature proposée par ce dernier qui passa à la postérité, faisant de la Lune "le cimetière des astronomes" et le "Panthéon des savants" (9).

C'est évidemment la photographie qui permit un nouvel essor significatif de la cartographie lunaire au XIXe siècle, avec comme premier aboutissement le superbe atlas photographique de l'observatoire de Paris dressé entre 1896 et 1903, principalement par Maurice Loewy (1833-1907) et Pierre Puiseux (1855-1928). Au XXe siècle, on arriva progressivement à la connaissance parfaite de la topographie lunaire, avec surtout le progrès fantastique dû aux sondes spatiales lunaires qui permirent enfin, à partir de 1959, la découverte de la face cachée. L'aboutissement fut la cartographie exhaustive effectuée par la mini-sonde américaine Clementine 1 (10) qui permit d'obtenir plus d'un million de clichés exceptionnels. La géographie lunaire n'a depuis plus de secret pour les astronomes.

Dès la mise en évidence, avec les premières lunettes, de cet étonnant relief tourmenté, les astronomes se posèrent la question de l'origine des diverses formations (11). Deux hypothèses concurrentes apparurent : l'hypothèse météoritique et l'hypothèse volcanique. Etonnamment, la première ne s'imposa jamais vraiment, et dans leur grande majorité des générations d'astronomes préférèrent la deuxième. Pour une raison simple, en fait, comme je l'ai déjà expliqué : avant la découverte d'Eros en 1898, personne ne croyait à l'existence de petits astéroïdes venant à proximité de la Terre et de la Lune, et on s'expliquait mal cette multitude de cratères lunaires, même si pour quelques-uns d'entre eux on pouvait admettre une origine cométaire.

C'est au XXe siècle seulement que le problème fut définitivement tranché : la quasi-totalité des cratères lunaires est d'origine météoritique. Et les premiers clichés de Mars et de Mercure obtenus par des sondes spatiales otèrent le doute qui pouvait rester chez certains, Mercure notamment présentant une surface totalement constellée de cratères assez semblables à ceux de la Lune, et cela en dépit de sa proximité au Soleil. C'est bien la preuve que des petits corps ont circulé par millions partout dans le Système solaire.

Le problème de la cratérisation lunaire

Le nombre des cratères lunaires, depuis les plus grands (300 km de diamètre) jusqu'aux plus petits (quelques décimètres) est estimé à 40 ou 50 millions, mais il faut noter qu'une grande majorité sont des cratères secondaires, formés à la suite de la retombée d'innombrables débris éjectés lors de la formation des cratères primaires. Il n'empêche que le nombre d'impacts réels, différents, d'astéroïdes et de comètes sur la Lune se chiffre au bas mot en centaines de milliers.

L'étude détaillée de cette cratérisation (12) a été effectuée dans les années 1970 et a permis d'obtenir quantité de renseignements fort importants. D'abord celui-ci : la cratérisation météoritique a toujours existé dans le Système solaire, sur la Terre, sur la Lune et sur toutes les planètes. La fréquence de cratérisation qui était maximale entre 4,6 et 4,0 milliards d'années a ensuite rapidement diminué jusqu'à 3 milliards d'années, et depuis son niveau semble relativement constant.

Les mers lunaires (au nombre d'une vingtaine) sont de vastes étendues constituées principalement de roches basaltiques et qui ont été creusées par des impacts géants durant le premier milliard d'années de la Lune. Les astronomes ont pu confirmer l'âge des cinq derniers grands bassins créés sur la Lune : mer du Nectar et mer des Humeurs, 4,2 milliards d'années, mer des Crises, 4,1 milliards d'années, mer des Pluies, 3,9 milliards d'années et mer Orientale, 3,8 milliards d'années. Il n'y a eu aucune mer créée après cette dernière date, seulement quelques grands cratères "tardifs". Ce n'est que dans un deuxième temps qu'elles furent envahies par les laves basaltiques issues des profondeurs de la Lune et générées par une activité interne (volcanique) qui fut intense, activité qui ne dura pas longtemps, contrairement à ce que les astronomes des générations précédentes croyaient dur comme fer.

Sur la Lune, il y a eu assez de cratères primaires entre 1 et 10 km de diamètre pour recouvrir la planète entière, ce qui montre bien l'extraordinaire intensité du bombardement cosmique. Il y a eu également assez de cratères de 100 à 1000 km pour la recouvrir. Une étude très détaillée des cratères lunaires par tailles a permis de trouver une loi de cratérisation qui peut se résumer ainsi : "Le nombre de cratères est en gros proportionnel au carré inverse de leur diamètre". Cela signifie que pour un nombre donné de cratères de 10 km de diamètre, un quart d'entre eux auront 20 km ou plus, un neuvième plus de 30 km et un seizième plus de 40 km. Tous les débris primaires et secondaires des impacts sont pulvérisés sur une profondeur variable qui peut atteindre plusieurs kilomètres pour les gros impacts. La couche de surface s'appelle la régolite.

De nombreux cratères lunaires ont plus de 200 km de diamètre, tous ont été formés par des astéroïdes de 10 km ou plus. Les quatre grands cratères lunaires récents de la face visible, facilement repérables, sont Copernic (93 km, 850 MA), Kepler (32 km, 790 MA), Aristarque (40 km, 150 MA) et Tycho (85 km, 96 MA). Tous les quatre sont associés à des traînées blanches ou rayonnements qui sont des formations superficielles, mais très caractéristiques et spectaculaires sous certains éclairages favorables. On pense qu'elles sont formées par une accumulation de matériaux lunaires très fins et d'albédo élevé et qu'elles sont appelées à "s'effacer" progressivement sous l'effet du rayonnement cosmique.

Conséquences terrestres

On ne doit jamais perdre de vue que les impacts lunaires ont eu leurs équivalents sur Terre, même s'ils n'existent plus aujourd'hui. Cependant, sur notre planète, le problème se pose différemment dans la mesure où l'atmosphère est un puissant protecteur, surtout pour les petits objets et ceux dont la cohésion est médiocre. Sur Terre, le risque de fragmentation et de désintégration est important, comme nous le verrons au chapitre 10.

L'étude détaillée de la cratérisation lunaire, mais aussi sur Mercure, a permis de dégager cette double évidence, qu'il est bon de rappeler :

la cratérisation météoritique a toujours existé, mais ses effets ont été beaucoup plus violents durant les deux premiers milliards d'années du Système solaire, à une époque où circulaient entre les grosses planètes actuelles, d'autres objets primaires (comme la proto-Lune par exemple) que l'on peut assimiler aux gros astéroïdes actuels comme Cérès, Pallas et Vesta dont le diamètre dépasse 500 km.

la cratérisation météoritique existe encore de nos jours, à un rythme 100 fois inférieur à celui qui a prévalu durant les deux premiers milliards d'années du Système solaire. Elle concerne des astéroïdes secondaires qui continuent de se fragmenter. Cet émiettement permanent produit de petits objets, parmi lesquels les NEA planétaires, qui sont beaucoup trop insignifiants pour causer des cataclysmes à l'échelle du Système solaire, mais dont les diamètres correspondent parfaitement avec ceux des cratères observés à la surface de toutes les planètes, y compris les astroblèmes terrestres.

Les explosions de supernovae et d’hypernovae

L'explosion d'une supernova est un phénomène rare, puisqu'on en compte seulement trois par siècle en moyenne pour une galaxie ordinaire (13). Dans notre Galaxie, du fait de la position excentrée du Système solaire, seulement quatre ont été observées au cours du deuxième millénaire, celle de 1006 dans la constellation du Loup, celle de 1054 dans le Taureau qui a engendré la célèbre nébuleuse du Crabe, celle de 1572 dans Cassiopée observée par Tycho Brahe et enfin celle de 1604 dans la constellation Ophiuchus observée par Kepler et Galilée.

On sait qu'une supernova est le cataclysme le plus énergétique engendré dans l'Univers. C'est aussi la principale source du renouvellement perpétuel de la matière, puisqu'une grande partie de la masse de l'étoile est éjectée dans le milieu interstellaire, où elle servira de matériau pour une nouvelle génération d'étoile. Les astrophysiciens retiennent une valeur de l'ordre de 1045 joules pour l'énergie libérée par une supernova, valeur tellement énorme qu'elle n'a pas de réelle signification à notre échelle humaine, et une vitesse de plusieurs milliers de kilomètres par seconde pour la matière éjectée de l'étoile.

La supernova de 1987 dans le Grand Nuage de Magellan

Les astronomes, qui se lamentaient de ne pas avoir de supernova à étudier avant la fin du siècle, se sont rabattus volontiers sur la fameuse SN 1987A (14), supernova découverte photographiquement à l'observatoire de Las Campanas, dans les Andes chiliennes, la nuit du 23 au 24 février 1987, par l'astronome canadien Ian Shelton, dans le Grand Nuage de Magellan. Cette supernova, dont la lumière a voyagé pendant près de 170 000 ans, a été observée avec l'assiduité que l'on devine dans tous les observatoires placés convenablement.

Une étude minutieuse de toutes les étapes du cataclysme a permis d'affiner les modèles théoriques et de comprendre le mécanisme très complexe de l'explosion. On a pu identifier le progéniteur, l'étoile baptisée Sk-69202 (Sk pour Sanduleak, du nom de l'astronome américain Nicolas Sanduleak (1933-1990), auteur d'un catalogue d'étoiles australes à la fin des années 1960), qui avait une masse comprise entre 15 et 20 fois la masse solaire et qui était membre d'un système stellaire triple. Sa luminosité était environ 100 000 fois supérieure à celle du Soleil et elle avait la particularité d'être une géante bleue et non une supergéante rouge.

Les débris éjectés par la supernova forment depuis l'explosion un nuage de gaz et de poussières en expansion très rapide qui rayonne dans tous les domaines (X, optique, radio et infrarouge). Cette supernova et toutes les autres, observées régulièrement dans les galaxies voisines, sont la preuve de l'existence permanente de grands cataclysmes cosmiques qui redistribuent la matière (enrichie d'éléments lourds) dans l'espace, mais aussi l'énergie (sous forme de rayons cosmiques).

Près de la Terre, une explosion équivalente aurait des conséquences sérieuses, surtout durant une période d'inversion géomagnétique, mais heureusement aucune n'est prévue pour les prochains millénaires. Parmi les étoiles connues, la plus susceptible de devenir une supernova dans notre Galaxie est la célèbre variable irrégulière eta Carène (Carinae) qui est située à 9000 années lumière de nous. Elle a déjà subi une violente éruption entre 1836 et 1858, durant laquelle elle a éjecté l'équivalent d'une masse solaire, explosion spectaculaire qui a fait d'elle provisoirement la deuxième étoile la plus brillante du ciel après Sirius. On sait aujourd'hui que eta Carène est une étoile en fin de vie, dont la mort est proche (à l'échelle astronomique). L'explosion totale d'un tel monstre cosmique, d'environ 200 masses solaires, qui pourrait être une étoile double ou même multiple, sera fantastique. Même à 9000 années lumière, elle sera de loin l'objet le plus brillant du ciel (excepté le Soleil bien sûr), un phénomène réservé cependant à nos lointains descendants (quelques milliers d'années peut-être, pas moins).

L’hypernova de 1997 dans la Grande Ourse

Le 14 décembre 1997, un nouveau phénomène a été mis en évidence, encore plus violent qu’une supernova  : l’hypernova de la Grande Ourse (15), liée semble-t-il à un sursaut gamma d’une violence inconnue jusqu’alors, lui-même associé à une explosion de deux astres compacts en rotation (trous noirs ou étoiles à neutrons). En deux secondes, la région incriminée a rayonné autant que le reste de l’Univers, soit une énergie comparable à plusieurs centaines de supernovae explosant en même temps. On a calculé une énergie de 3 x 1046 joules pour l’hypernova de la Grande Ourse, chiffre astronomique qui dépasse de très loin l’entendement humain.

Les conséquences de ces explosions stellaires sont encore mal appréciées dans le détail, mais celles-ci ont montré combien le cataclysme dans sa globalité était varié et complexe (16). Et surtout, comme on le savait déjà, il a toujours existé, puisque l’hypernova de la Grande Ourse observée en décembre 1997est en fait un cataclysme cosmique qui remonte à près de 12 milliards d’années, c’est-à-dire en gros 3 milliards d’années après le Big Bang et 6,5 milliards d’années avant la formation du Système solaire. Déjà à l’époque de l’explosion, trous noirs et autres objets du même genre se rencontraient, explosaient, distribuant matière et énergie dans l’espace.

La leçon est incontournable. C’est celle que de nombreux chercheurs actuels préconisent sans relâche : le cataclysme est la règle, partout, toujours. Il a toujours redistribué la matière, redistribué l’énergie, redistribué la vie aussi. Il est la clé de la vie terrestre, il est la clé de l’évolution. C’est la raison d’être de l’Univers.
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