| lune 6 crateres
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On peut voir sur cette photographie de la pleine Lune les mers (ce sont les tâches sombres qui sont en réalité les restes de la lave qui a coulée sur la Lune) mais ce n'est pas le meilleur moment pour observer le relief lunaire car il faut regarder la frontière entre l'hémisphère éclairé et l'hémisphère non éclairé (le terminateur ). |
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Entre le premier quartier et la pleine Lune et entre la Pleine Lune et le Dernier quartier, c'est la Lune gibbeuse . |
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Ici nous voyons le premier quartier de Lune . On peut savoir s'il s'agit du premier ou du dernier quartier en prolongeant le terminateur (limite entre l'hémisphère éclairée et l'hémisphère non éclairée) : si le terminateur et la Lune forment un p, c'est le premier quartier, si le terminateur et la Lune forment un d, c'est le dernier quartier. Cela ne marche que pour l'hémisphère nord car dans l'hémisphère sud c'est le contraire : d = premier quartier et p = dernier quartier. |
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Un croissant de Lune où l'on voit les mers comme sur la photo précédente car la Lune se balance légèrement sur son axe (effet des librations). Les zones de librations passent tour à tour de la face visible à la face cachée de la Lune. De ce fait, on peut voir successivement 59 % de la surface lunaire. |
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Les fins croissants de Lune ne sont visibles que quelques heures avant ou après la nouvelle Lune et sont très durs à observer car ils se noient dans la lueur du jour. |
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Les jours de pleine Lune, le cratère Tycho est si lumineux qu'il masque les autres cratères de l'hémisphère sud . |
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Le cratère Tycho (85 km de diamètre et 4850 m de haut) où l'on observe un pic au milieu, caractéristique des cratères d'impacts. |
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Les mers ne sont pas des étendues d'eau comme sur terre (même si de récentes découvertes démontrent qu'il y a de la glace dans ces pôles) mais simplement des coulées de lave qui n'ont presque pas changées depuis des milliard d'années. C'est au sud-ouest de la mer de la Tranquillité que Apollo 11 a aluni et au sud-est de la mer de la Sérénité que Apollo 17 a aluni. |
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La Lune et la Terre ont été bombardées par de très nombreux projectiles durant la formation du système solaire sauf que la Lune a gardé des séquelles car elle n'a pas d'atmosphère, elle n'a plus d'activité volcanique, sa surface n'a presque pas changée depuis quelques milliards d'années donc on y voit des cratères par milliers et les restes de l'activité volcanique. |
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Vue splendide de la surface lunaire prise en 1969 par Apollo . En haut de l'image se trouve le cratère Herschel (41 km de diamètre et 3770 m de haut) et en bas le cratère Lalande (24 km de diamètre et 2590 m de haut). |
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La lumière cendrée qui apparaît sur cette photo est en fait la lumière du Soleil qui est reflétée sur la Terre , renvoyée sur la Lune et enfin notre satellite nous renvoie cette lumière. Ce phénomène n'apparaît que quelques jours avant ou après la nouvelle Lune.
La lune cendrée est plus visible en hiver quand les continent nords sont couvert de neige |
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Les éclipses de Lune sont visibles lorsque le Soleil , la Terre et la Lune sont alignés dans cet ordre. Alors la Terre projette son ombre sur son satellite et l'éclipse. Ce phénomène devrait se produire à chaque pleine Lune mais il fait rappeler que l'orbite de la Lune est inclinée par rapport au plan Terre-Soleil (l'écliptique) de 5° environ. |
L'histoire de la Lune et les traces qu'elle en a gardée. La vie de l'astre préféré des poètes commence par un cataclysme dont l'évocation fait froid dans le dos : la rencontre de la Terre, nouvellement formée, avec un autre objet planétaire de la taille de Mars, soit seulement deux fois plus petit qu'elle il y a 4,44 milliards d'années de cela. Cette collision est rasante, tangentielle, ce qui permet d'une part à une fraction important de matériau d'être éjecté sur orbite, et la fusion des noyaux métalliques des deux corps au centre de la Terre. Cette théorie, apparue en 1975, est la seule qui ait le mérite d'expliquer les ressemblances de composition de notre planète et de son satellite, qui sont pareilles à 99 %. (leur rencontre a occasionné un mélange), tout comme les subtiles différences (les deux objets n'ont pas la même origine), et enfin la pauvreté du fer au centre de la Lune (son noyau a été absorbé par la Terre lors de la rencontre). Les débris éjectés forment un anneau temporaire autour de la Terre. Les blocs s'agrègent vite, et la Lune a tôt fait de grossir par capture dans cet anneau, et d'atteindre sa taille actuelle de 3476 km. Tout comme sa planète, la Lune va subir durant des millions d'années un bombardement intense de petits astéroïdes. Mais sa surface étant chauffée et fondue, elle ne conservera pas la trace de ces impacts. Il faudra attendre le refroidissement de la croûte lunaire pour que les cicatrices puissent de marquer. La plus grande et une des plus anciennes de celles-ci est le bassin Aitken. 
Il s'étend sur 2500 km, soit un quart de la circonférence lunaire, appartient à la face cachée de la Lune, mais on peut en apercevoir une partie de ses remparts, au pôle sud : les monts Leibniz, les plus hauts sommets de la Lune avec 8200 km. Il a fallu attendre 1994 et les relevés altimétriques de la sonde Clementine pour remarquer qu'une immense région à peu près circulaire de la face cachée se trouvait 12 kilomètres plus bas que la moyenne. Toute cette période de l'histoire lunaire est appelé ère prénectarienne. L'ère nectarienne , qui ne dure que 70 millions d'années (entre 3,92 et 3,85 milliards d'années) consiste toujours au bombardement massif, mais cette fois il s'agit des derniers. Et ceux qui nous intéressent particulièrement marquent la surface visible. Le premier de ces gros impacts va former ce que l'on baptisera plus tard la Mer du Nectar, d'où le nom donné à la période. La dernier de ces cratères deviendra la mer Orientale, qui s'est creusée il y a 3,8 milliards d'années. A cette date, nous sommes déjà dans l'ère Imbrienne , qui débute par un impact colossal, celui qui a donné naissance la Mer des Pluies, la plus grande de la face visible avec 1100 km de diamètre (Mare Imbrium en latin). L'énergie dégagée par la collision a été si importante que le manteau lunaire a fondu, et que le volcanisme a connu une activité paroxystique.  L'impact a aussi taillé la surface de rides et de fissures par lesquelles est remontée la lave, qui a pu combler les grands cratères. Une fois cette lave refroidie et solidifiée, les mers lunaires sont apparues, avec leur aspect foncé caractéristique. Les remparts de la Mer des Pluies sont aussi hauts que les chaînes de montagnes terrestres, dont elles portent d'ailleurs les noms : Alpes, Caucase ou Apennins. L'activité volcanique imbrienne perdurera pendant 700 millions d'années. Durant cette période, des cratères plus petits seront totalement ensevelis, d'autres laisseront encore voir leur remparts (comme Platon ou Lamont). Des tunnels de lave se creusent sous la surface, et leur effondrement dessinera les « rimae » (Hyginus, Schröter, Triesnecker, etc). Il y a 3,15 milliards d'années, la Lune retrouve le calme et sombre lentement dans la mort géologique où elle se trouve de nos jours en entrant dans l'ère ératosthénienne , du nom de la classe caractéristiques des anciens cratères, dont Eratosthène est un représentant, avec Théophile, Langrenus, Pythagore, Clavius et Aristote. Enfin, il y a 1,2 milliards d'années débutait la période dans laquelle nous nous trouvons encore aujourd'hui, l'ère copernicienne , durant laquelle la cratérisation va encore diminuer. De nos jours la Lune possède encore un cour liquide, quoique sous mille kilomètres de croûte. Elle est dépourvue de champ magnétique, si ce n'est celui très local des roches magnétisées. Au dessus des mers ont été mesurées des anomalies gravitationnelles d'intensité supérieure à la normale : elles seraient causées par les restes des objets qui les ont creusées : ce sont les mascons , pour l'abréviation de « mass concentration ». Il arrive parfois que la Lune frissonne, à cause principalement de la force de marée de la Terre. On sait estimer l'âge d'un cratère par deux facteurs : le nombre des craterlets (petits cratères qui garnissent son plancher), et l'usure de ses remparts. Cette usure résulte d'une érosion par le vent solaire et les micrométéorites qui pulvérisent tous deux les roches lunaires, et tapissent la surface d'une poussière noire, la régolite. Les cratères récents, comme Copernic (âge estimé à 810 millions d'années), Aristarque, Aristillus, Thalès, Proclus, Censorius, Furneris, Stevinius, Anaxagore et Tycho (qui daterait de 109 millions d'années), semblent clairs, aux bords nets, et leur plancher est encore lisse. Des éjecta de matériaux brillants rayonnent parfois de tels cratè
res, comme ceux de Tycho qui s'étendent jusqu'à la mer de la Sérénité, presque 3000 kilomètres plus loin. De nos jours la croûte solide de la Lune fait 800 kilomètres d'épaisseur, soit la moitié de son rayon, et son noyau est encore liquide, car la roche est un bon isolant. Aristarque, lui, se trouve perché au sommet d'un bombement de la surface dont l'origine pourrait être une activité volcanique accrue à cet endroit ; ils se trouve en effet dans la mer des Pluies. Remarquez que les mers portent des noms d'états d'âme, positifs dans la moitié droite (Sérénité, Tranquillité, Fécondité, Nectar) et plus négatifs dans la moitié gauche (Pluies, Tempêtes, Froid, Lac de la Mort et Marais de la Putréfaction).
Il n'a pas toujours été évident de croire que presque tous les cratères visibles sur la lune provenaient d'impacts. Ceux qui pensaient avoir affaire à des cratères de volcans étaient nombreux. Des dômes volcaniques existent bien sur la Lune, comme les monts Gruithuisen gamma et delta, mais ils sont rares et difficiles à observer. On reconnaît pourtant bien la différence entre cratère
d'impact et cratère volcanique : les cratères d'impact ont un fond plus bas que le terrain environnant, et à partir de 20 km de diamètre, ils arborent un pic central moins élevé que leurs remparts, qui eux sont parfois étagés en gradins. Les cratères plus petits ont simplement une forme de cuvette circulaire, et plus larges que 200 kilomètres ils ont une couronne plutôt qu'un pic en leur centre. Signalons que les cratères sont toujours circulaires, tout au plus légèrement elliptiques si l'impact se fait sous un angle inférieur à 15°. On peut estimer que l'objet qui a creusé un cratère d'impact est en moyenne 20 fois plus petit que ce cratère. Les cratères proches des pôles lunaires, comme Clavius, ont une caractéristique étonnante au premier abord : leur pic central ne se trouve pas au centre ! Cela s'explique par l'angle de l'impact ; les objets qui creusent les cratères circulent pour la plupart dans le plan de l'écliptique. Ils arrivent donc à la verticale des régions équatoriales, mais rasent les pôles.
Lorsque vous lèverez l'oil vers notre cher satellite, dites-vous que les étendues sombres et les points brillants qui la marquent datent d'une époque parfois très reculée dominée par une violence inouïe. Dire que les Anciens croyaient que la Lune était en cristal.
Gaëtan Greco
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| This cartoon illustrating accretion of the planets from a dust and gas disk to our current planetary system was taken from From Figure 3 of Ahrens,1994. |
The solar system began as an extended, low density cloud of cold interstellar dust and gas. Under the influence of its own gravity it began to collapse into a smaller, denser cloud. As the cloud became smaller and denser, random motions of the gas and dust resolved themselves into an organized spin, eventually forming a disk, dense along its midplane (top left). The central portions of the disk were the hottest and densest, and at some point thermonuclear fusion in the center permitted the new sun to shine with its own light. Bits of dust collided and stuck together into increasingly larger clumps. These clumps continued growing in stages to boulder, asteroid, and larger sizes, with increasingly violent collisions. The larger bodies had sufficient gravitation to disturb the orbits of nearby bodies, promoting orbit crossings and frequent collisions from which still larger bodies grew. The last stages of planetary accretion involved giant collisions of planet-size bodies. The end result is our own solar system with
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| This representation of the giant impact that threw the material for the moon into earth orbit was taken from Taylor, 1994, cover photo. |
  
Thelater stages of planetary collision, as mentioned above, involved giant impacts. Computer modeling suggests that the moon was likely created during collision of a body, perhaps the size of Mars, with the proto-earth. The impact threw enough material into earth orbit to form the moon. The orbiting material originally would have formed a temporary ring around the earth. This material initially would have been very hot, probably including considerable liquid and vapor. Easily vaporized materials probably would been lost to space, explaining why the moon is so depleted in water, CO 2 , arsenic, sodium, and other easily volatilized components, than is the earth. This collision also explains the anomalously low iron content of the moon (tiny iron core), and the anomalously high angular momentum of the earth
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| This diagram illustrates the hypothetical lunar magma ocean (red) that may have been present after accretion of the moon from the giant impact ejecta. This image is from Taylor, 1994. Note that the presence of a small iron core has been omitted from this diagram. |
The ejecta blasted into earth orbit by the hypothetical giant impact would have been very hot. As this material coalesced to form the moon, some of this initial heat and release of gravitational potential energy probably allowed much of the early moon to be liquid. Some models suggest that a magma ocean hundreds of kilometers thick initially covered the moon. As heat was radiated away to space, the magma ocean slowly rystallized. Low-density minerals like plagioclase floated to form the plagioclase-rich anorthositic highlands crust. High-density minerals like pyroxenes, olivine, and Fe-Ti oxides sank to form the lunar upper mantle. The lunar lower mantle, shown as mottled brown and gray, is a region that may never have been largely molten. This simple model omits a perhaps protracted episode of lunar accretion, and certainly omits continued bombardment of the surface by meteorites. Some impacts were doubtless very large and would have disrupted the crust, and perhaps regions below, to complicate the simple structure and lithology implied here. |
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| Schematic of the moon not long after the magma ocean was solidified and the mare basins were excavated. Upper mantle magmas rose to flood the basins with basaltic lavas. From Figure 2 of Taylor, 1987. |
After crystallization of the magma ocean there were still supplies of magma in the moon: residual interstitial liquids and melting caused by heat from radioactive decay. Melting in the lunar mantle produced basaltic magmas that, because their density was lower than surrounding rocks, rose to the surface to erupt as basaltic lavas. These basaltic lavas mostly filled large asteroid impact basins that are mostly on the near side of the moon. The dark color of the lavas suggested to early observers that these regions were seas, or maria in Latin. The iron core makes up perhaps 2 to 3% of the lunar volume; 4 to 6% of its mass. Tidal stresses apparently cause the moonquakes that generally occur at a depth of ~1000 km. These quakes are very small by terrestrial standards. Seismic S waves apparently to not traverse the region below the zone of moonquakes, suggesting that this material has very low shear strength, possibly containing some liquid. Not shown here are the effects of possible |
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| Schematic for a lunar volcanic fire fountain. The magma source is deep in the moon, and magma rises to the surface because its density is lower than the surrounding rocks. Magma eruption velocity may be high high because eruption is into vacuum, though it is not clear to me if gasses would have driven the fire fountains considering the low volatile content of the moon. From Meyer, 1987. |
At least some lunar eruptions produced glass spheres, such as the orange glass spheres seen in the sample disk. These spheres are thought to have been formed during lunar fire fountain activity, with liquid droplets quenching to glass during their ballistic trajectories from the vent to the ground. Some glass spheres are also doubtless from impact liquids, possibly including the white and green spheres found in the lunar soil. Droplets on the moon have considerably more time to fall than droplets in similar trajectories on the earth, because of the much lower gravitational
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| Topographic model of the lunar surface (lunar near side on the right half of the map). From Figure 2 of Zuber et al., 1994. |
This topographic map of the moon shows several interesting features. First, the near side of the moon (right half of the map) is, on average, at lower elevation than the far side (left half of the map). The near side also has thinner lunar crust, has most of the lunar maria, and has most of the mare basalts. The blue regions are large impact basins. Mare Orientale is the green spot just south of center. Mare Crisium is the dark blue spot in the far right. The large blue patch on the lower left is the South Pole-Aitken basin, the largest known impact basin in the solar system at 2500 km across and 12 km deep. This basin is scarcely visible in photographs
Free air gravity anomaly map of the moon. This map shows the actual gravity anomalies of the moon, corrected only for a low-resolution geoid surface. That is, the gravity field in this map is uncorrected for medium and small-scale topography. The gravity highs are caused by isostatically uplifted mantle rock below the basin floors and by the filling of the basins by dense mare basalts
composition UV
Southern topography view of the South Pole-Aitken Basin, the largest known impact basin in the solar system. The depression is 2000 km across, with a rim diameter of 2500 km and a floor-to-rim elevation difference of 12 km. It was excavated by a large impact. The initial crater was probably at least 1000 km in diameter and 120 km deep. It is therefore likely that the lunar upper mantle was exposed by this impact.
Apollo and Luna sample sites . This full moon image clearly shows the two major surface types: bright highlands composed mostly of feldspathic plutonic rocks, and dark mare composed of dark basaltic lavas that flowed onto the moon's surface filling low-lying impact basin floors. Samples from the NASA thin section set come from all of the Apollo sites except Apollo 11.
Bracing for Impact
Astronomers prepare to observe Lunar Prospector's crash into the Moon's south pole
Above: A possible impact trajectory for Lunar Prospector. The pictured terrain is a radar backscatter image, and the target crater is circled. Ground zero is is at lunar latitude 87.7 o S and longitude 42 o E. Credit: UT Austin Lunar Prospector Impact Page [ larger image ]. |
July 22, 1999 : In 1998, a spectrometer on board NASA's Lunar Prospector spacecraft discovered tantalizing signs of frozen water at the Moon's north and south poles. The ice deposits, presumably the residues of ancient comet and meteorite impacts, are located in places that are permanently shadowed from sunlight by tall crater rims. Project scientists estimate that at least 200 million metric tons of water in the form of ice crystals are mixed with the top 18 inches of soil near the poles. If these figures are correct, there might be enough water on the Moon to support substantial human colonies.
Not everyone is convinced that "Moon water" really exists. Skeptics note that what the spectrometer on Lunar Prospector actually detected was hydrogen, and that there is no guarantee that the hydrogen atoms are bound up in water molecules. The debate -- hydrogen vs. water -- is not merely an academic one. The course of human space exploration may ride on the answer.
Earlier this year Dr. David Goldstein of the University of Texas at Austin and colleagues suggested an unorthodox way to settle the question: Simply crash Lunar Prospector into a shadowed crater and see if any water flies out of the impact site. The Lunar Prospector mission is nearly over, they reasoned, and the spacecraft would eventually collide with the Moon anyway. A kamikaze-style crash into a polar crater could liberate up to 40 pounds of water vapor that might be detectable from ground- and space-based observatories. A positive detection of either water vapor or OH (the hydroxyl radical formed when solar ultraviolet radiation frees a hydrogen atom from water) would provide definitive proof that water ice exists.
In June 1999 NASA accepted their proposal and scheduled the spacecraft to plunge into a permanently shadowed crater near the Moon's south pole on July 31, 1999.
"While the probability of success for such a bold undertaking is low, the potential science payoff is tremendous," said Dr. Guenter Riegler, from the Office of Space Science at NASA Headquarters.
 If all goes as planned, the 354 lb spacecraft will enter the unnamed crater on July 31, 1999, traveling at a speed of 3800 mph, and slam into the crater floor at 0951 UTC. The approach angle will be about 6 degrees from horizontal, meaning that the incoming craft will barely clear the crater's rim. Impact is slated to occur at night while the Moon is visible from Texas and Hawaii where important ground-based telescopes are located.
Left : One of several possible Lunar Prospector impact trajectories. Some of the topography is unknown because a portion of the crater is permanently in shadow and optical telescopes cannot see what is inside the darkened area. Similarly, Earth-based radar cannot be used to map the entire area because the tall rim on the Earth facing side of the crater shields the interior from view. The dotted line is an estimate of the crater's assumed symmetric shape where no data are available. Image Credit: UT Austin Lunar Prospector Impact Page [ larger image ].
"In the best case scenario, the spacecraft will hit in a place where there's ice mixed with the lunar soil," says Lisa Chu-Thielbar, the Lunar Prospector Mission Office Outreach Coordinator. "In the first few seconds or minutes after impact there will be a plume of soil that might be seen by large telescopes. It depends on how much soil is ejected and whether it rises over the lip of the crater."
 "You can think of Lunar Prospector hitting the crater floor as a person doing a running belly flop into a pool. Much of the splash will be forward and to the sides," says Goldstein. "When the spacecraft hits it could produce as much as 18 kg of water heated to 400 K. There will be a sort of splash that will distribute the mixture of soil and water over an area of several square kilometers around the impact site. Water vapor will then begin to rise off the surface and out of the crater, which is about 4 km deep. If the water molecules are moving at their thermal velocity, 1100 m/s, the vapor cloud will start to be visible above the crater's rim about 4 seconds after impact."
Right: Click to view a 450 kB computer-simulated animation of the OH vapor plume that might be created by the impact of Lunar Prospector. Credit: UT Austin Computational Fluid Physics Lab .
"Almost immediately, UV rays from the sun will begin to break up the water into H (hydrogen) and OH (hydroxyl)," Goldstein continued. "If the column density is high enough, solar fluorescence will cause the OH molecules to be visible to telescopes with UV spectrometers. The gaseous plume is going to rise up for about 16 minutes and then fall back to the lunar surface in the same amount of time. The material will hover near the apex of its trajectory for a little while and that's when we hope to catch some of the brightest emission lines. As the cloud falls back down to the surface it will still be predominantly water. It will then form a little atmosphere, or 'exosphere' 50 - 100 km high that will last for an hour or more."
Goldstein and collaborators have been granted time on the Hubble Space Telescope, the 107" telescope at the McDonald Observatory in Texas, and the Keck telescope in Mauna Kea to search for spectral lines from fluorescing OH just after the impact. NASA's Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS) will also be watching. Scientists using that satellite will attempt to detect water directly by looking for spectral line emission at a wavelength of 538.2 microns.
Mission scientists caution that any clouds of water vapor and hydroxyl will be very tenuous, and it may not be immediately obvious whether or not these gases were detected. Data analysis could take up to 3 months.
More information about the upcoming impact of Lunar Prospector may be found at UT Austin's Lunar Prospector Impact Page . The UT Austin impact team includes Dr. David Goldstein, Dr. Edwin Barker, Prof. Steven Nerem, Mr. J. Victor Austin.
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