Les générations d'astronomes qui se sont succédées pour tenter de déceler des variations à la surface de la Lune avaient souvent en tête la possibilité que la Lune soit le siège d'éruptions volcaniques. En effet, un tel type d'activité géologique a longtemps été privilégié pour expliquer ces formations appelées cratères. On y voyait des cratères de volcans, éteints pour l'essentiel, mais dont certains pouvaient toujours donner quelques signes d'activité. C'était l'hypothèse volcanique de l'origine des cratères et des mers lunaires.

Mais une autre option a commencé à être envisagée à la fin du XIX^e siècle et a fini par s'imposer à partir des années 1960. Il s'agit de l'hypothèse météoritique. Ainsi, les astronomes admettent-ils aujourd'hui que les cratères de la Lune n'ont rien de volcanique, mais ont plutôt été formés lors d'un grand bombardement météoritique qui a eu lieu aux premiers temps du Système solaire, et dont la fin marque d'une certaine manière la fin cette période de formation.

Cette hypothèse comme la précédente est intimement liée aux idées que l'on s'est faites dans le passé, puis que l'on se fait désormais de l'origine de la Lune elle-même, et de son lien avec l'histoire du Système solaire dans son ensemble. 

Dates clés :

1787 : Herschel croit observer une éruption volcanique sur notre satellite (cratère Aristarque).

1796 - Théorie de Laplace sur l'origine du Système solaire.

1874 - Nasmyth propose une théorie sur l'origine volcanique des cratères lunaires.

1879-82 : George Darwin propose un modèle de formation de la Lune, dans laquelle notre satellite se serait précocement détaché de la Terre.

1898 - Alsdorf défend l'hypothèse météoritique pour expliquer les cratères lunaires

Années 1960 -  La thèse impactiste est très largement favorisée.

1984 - Un scénario numérique basé sur l'hypothèse de la collision Terre et d'une planète naine en formation semble pouvoir expliquer l'origine de la Lune.

Ancien dessin du cirque Gassendi.

Pour les tenants de cette hypothèse la question se posaient dans les termes suivants : si les cratères de la Lune sont des volcans, il s'agit de savoir comment il se sont formés, et si cette formation est compatible avec les idées que l'on se fait de celle de la Lune. On peut faire remonter ces préoccupations aux travaux de Hutton, sur celle de la Terre (1795), et à ceux de Laplace sur l'origine du Système solaire (1796). Dès cette époque, les astronomes et les géologues qui se sont intéressé à la topographie de la Lune dans la perspective huttonienne ont eu coutume de dire qu'elle nous présente exactement l'aspect originaire de la Terre, après ce qu'ils appelaient la période plutonienne primitive, et avant que les périodes secondaire, tertiaire et quaternaire en eussent modifié la surface par les agents météorologiques et les terrains de sédiment. Un siècle plus tard, cette opinion apparaissait beaucoup moins légitime. Et voici quelques-unes des raisons qui seront avancées pour la rejeter :

1° Les volcans sont l'exception sur la Terre, et la règle générale sur la Lune. Celle-ci est littéralement couverte de cratères. Il y en a partout, de toutes les dimensions, et dans certaines régions ils s'empilent même les uns sur les autres. Autour de Copernic seulement il y en a plusieurs milliers. Sur la Terre, les choses ne sont pas ainsi. Sur la France entière, nous n'avons que l'Auvergne qui soit de formation volcanique; les Alpes, les Pyrénées sont des chaînes de montagnes, non des agglomérations de volcans. Jetons les yeux sur un planisphère terrestre, et nous passerons en revue toute l'Europe, toute l'Asie, toute l'Afrique, toute l'Amérique, sans y découvrir, si ce n'est en de rares régions toutes spéciales, ces soulèvements volcaniques que l'on trouve à chaque pas sur la Lune. Ainsi, le globe terrestre, fut-il dépouillé du vêtement vital que les dernières périodes géologiques ont jeté sur lui, présenterait un système orographique tout à fait différent de celui que la Lune nous présente.

2° Les forces qui ont agi pour former le sol lunaire ne sont pas du tout les mêmes que celles qui ont été en jeu ici-bas. Tandis qu'ici une lourde atmosphère pleine d'eau et surchargée d'acide carbonique pesait sur le sol et agissait de concert avec les éruptions, les tempêtes, les pluies et !es orages pour modeler la surface, sur la Lune la pression a toujours été légère, et les matières en fusion vomies par les cratères devaient s'élancer au loin dans l'espace avec une vitesse prodigieuse. D'autre part, la pesanteur y étant six fois plus faible qu'ici, les explosions pouvaient s'élever ou s'étendre sous obstacle et projeter leurs matériaux aux plus grandes distances.

3° Les substances dont la Lune est formée ne sont pas les mêmes, pense-t-on alors, que celles qui constituent la Terre, et par conséquent les combinaisons chimiques et les conflagrations y ont été d'une tout autre nature. La vapeur d'eau, entre autres, n'y a probablement pas joui le rôle capital qu'elle joue dans nos éruptions volcaniques. Indépendamment de la différence de constitution chimique, il y a aussi la différence de densité: il ne faut pas oublier que celle des matériaux lunaires est à peine égale aux deux tiers de celle des minéraux terrestres. Toutes ces différences ont nécessairement produit des modes de formations géologiques fort éloignés de ceux qui ont présidé à l'organisation de la surface terrestre.

La Lune fille de la Terre
La première grande théorie sur l'origine de la Lune, date de des dernières années du XVIII^e siècle et elle est due à Laplace. Elle consiste à s'imaginer, au départ, la Terre encore fluide et très dilatée, et possédant un diamètre à peu près égal à celui de l'orbite lunaire. Le frottement intérieur entretient dans toute cette masse une vitesse angulaire à peu près uniforme, à un moment donné, mais qui s'accélère avec le temps par suite du refroidissement et de la contraction. Les molécules équatoriales, sollicitées par une force centrifuge croissante, finissent par se trouver dans un état instable. Comme toutes sont dans les mêmes conditions, un anneau se détache tout le long de l'équateur, isolant ainsi la matière d'un satellite à venir. Il reste à expliquer comment se fait le passage de l'anneau au satellite. Il paraît admissible que l'anneau se divise d'abord en globules et que le plus important de ces globules opère à son profil l'agglomération de tous les autres.

Il n'est pas douteux que Laplace n'ait été conduit à cette idée par l'exemple des anneaux de Saturne. On a souvent cité, comme témoignant dans le même sens, l'expérience de Plateau, où des anneaux se forment aux dépens d'une masse liquide, qui flotte tout en tournant sur elle-même avec une vitesse croissante.

Malgré les efforts de nombreux astronomes, il n'a cependant jamais été donné de théorie mathématique satisfaisante, expliquant la réunion en un seul de nombreux satellites circulant, à des distances moyennes notablement différentes. Frappé de cette difficulté, G.H. Darwin (fils de Charles) proposa d'admettre que la Terre et la Lune, encore fluides, se sont séparées d'un seul coup, que leurs masses sont depuis restées invariables et que leur distance mutuelle s'est accrue sous l'influence des marées.

Son modèle de formation de la Lune, élaboré entre 1879 et 1882, s'inscrit dans le prolongement d'une tentative qui avait déjà été celle de Laplace, pour comprendre pourquoi le Soleil tourne si lentement sur lui-même. Si le Soleil a été formé au cours de même processus que les planètes, comme le supposait déjà Laplace, sa vitesse de rotation aurait dû être beaucoup plus importante. Cela a conduit à imaginer que ce sont les forces de marées exercées par les planètes qui l'ont ralenti. Le calcul dément cette hypothèse. Mais, note Darwin, l'idée reste intéressante en ce qui concerne le couple Terre-Lune, car, là, bien sûr, le freinage de la rotation de notre planète par les marées est bel et bien attesté. Or, en vertu d'un principe de physique très contraignant, la conservation du moment cinétique, ce ralentissement possède un corollaire : un lent mais inexorable éloignement de la Lune. Un éloignement attesté par l'observation, et qui est actuellement de près de quatre mètres par siècle. Darwin en déduit que la Lune devait être jadis beaucoup plus proche de la Terre. Pourquoi alors ne pas aller jusqu'au bout du raisonnement? Pourquoi ne pas admettre qu'à une certaine époque, la Terre et la Lune étaient effectivement tellement proches l'une de l'autre, qu'elles formaient un seul et unique corps céleste tournant à très grande vitesse sur lui-même. La Lune, conclut alors Darwin, se serait donc formée par fission de cet objet que la haute température rendait fluide. On aurait d'abord observé un aplatissement équatorial important, puis la scission du bourrelet ainsi formé, une partie de la matière appelée à devenir la Lune se satellisant autour de la Terre.

Si l'on suit ce scénario plus en détails en y ajoutant comme le fait Darwin les nouveaux concepts mis en place par la toute jeune thermodynamique, l'histoire pourrait être reconstituée comme suit :

Il y a bien des millions de siècles, notre planète, au lieu d'être solide et sphérique, était gazeuse, avait la forme d'une immense lentille et tournait rapidement sur elle-même. Lumineuse et brûlante, quoique vaporeuse, la nébuleuse terrestre tournait son son axe en 3 heures environ, lorsqu'un anneau gazeux, détaché de son équateur par la force centrifuge, aidée par la marée solaire, s'en échappa.

Cet anneau gazeux, formé des matières terrestres supérieures, par conséquent les plus légères, et continuant de graviter auteur de la Terre en 3 heures, ne resta pas à l'état d'anneau, parce qu'il n'était pas homogène, mais se condensa en un globe qui est le globe lunaire, et qui était alors, comme notre planète, incandescent, liquide et lumineux par lui-même.

La température de l'espace étant, estimait-on, de 270 degrés plus froide que celle de la glace fondante. Tout objet placé dans l'espace se refroidit donc plus ou moins vite, suivant sa chaleur primitive, sa nature et son volume. En vertu de ce rayonnement, la Lune s'est refroidie plus vite que la Terre, d'abord parce que ses matériaux constitutifs sont moins denses que les nôtres, ensuite à cause de la différence de son volume. C'est par sa surface extérieure qu'un globe se refroidit. Le volume de la Terre est 49 fois plus fort que celui de la Lune, mais sa surface n'est que treize fois plus grande. La lune a donc de ce chef un pouvoir d'émission ou de refroidissement presque quatre fois plus grand que celui de la Terre. Ainsi la Lune s'est refroidie plus vite que la Terre : c'est une fille plus vieille que sa mère.

Dans ce scénario, la Lune a continué de tourner autour de la Terre, en s'éloignant d'elle et en ralentissant sa marche. L'attraction de la Terre a produit sur elle des marées qui ont agi comme un frein sur sa notation primitive et l'ont forcée à nous présenter toujours la même face. Maintenant, à son tour, la Lune agit sur nous par les marées et ralentit le mouvement de rotation de la Terre jusqu'à ce que notre globe, lui aussi, présente toujours la même face à la Lune, époque à laquelle, d'après les calculs de Darwin, la rotation de la Terre et la révolution de la Lune s'effectueront synchroniquement en 70 jours... Il n'y aura plus que cinq jours par an.

Le refroidissement commençant par l'extérieur, la surface lunaire s'est figée, solidifiée avant l'intérieur; à une certaine époque de ces temps primitifs, la Lune est à ce moment comparable à un globe de verre très mince, rempli d'un liquide brûlant.

L'intensité de la pesanteur y est six fois plus faible qu'ici; la déperdition de sa chaleur cosmique a été plus rapide que celle de la Terre, et l'énergie volcanique a été d'autant plus grande; enfin les matières projetées, n'éprouvant pas de résistance atmosphérique, ont été libres de poursuivre leurs jets jusqu'à d'énormes distances. Voilà de grandes différences avec la Terre, qui vont aussi expliquer les grandes différences dans l'aspect des phénomènes volcaniques.

Aussi longtemps que chaque éruption sera plus violente que celle qui l'a précédée, l'excavation grandira et le rempart annulaire s'étendra davantage. Mais lorsque cette violence aura cessé et que des éruptions postérieures plus faibles et plus calmes succéderont aux premières, les matériaux élancés retomberont sur la bouche volcanique elle-même et formeront un cône central plus ou moins élevé. C'est ce type de volcan dont la figure ci-dessous représente une coupe verticale.

Si l'éruption a été arrêtée à une époque où la base du cratère était encore très mince, cette base sera déprimée, enfoncée sur le noyau encore pâteux, et c'est ce qui explique pourquoi la plupart des cratères ont. leur fond situé beaucoup au-dessous du niveau des terrains environnants.

Des dislocations et des éboulements ont dû se produire lorsque, par exemple, dans le cours des éruptions volcaniques, la base du cône central s'est trouvée trop faible pour supporter l'accumulation des matériaux s'empilant les uns sur les autres, ou bien lorsque ces matériaux perdant leur cohésion, la pesanteur a fait tomber pics et remparts. C'est ce que l'on peut observer sur un grand nombre de cratères.

Dès que l'on admet un tel le mode de formation de la surface lunaire, une pétition de principe fréquente conduit à voir dans le fait que leurs pics centraux restent encore visibles la preuve incontestable que ses cratères sont bien volcaniques... Il y a cependant encore une difficulté à surmonter : ces cratères présentent toutes les dimensions, - quelques centaines de mètres pour certains, alors que d'autres dépassent la centaine de kilomètres. Mais on remarque aussi sur la Lune de nombreuses formations circulaires dont l'étendue est supérieure, et qui n'ont pas de pic à leur centre. C'est le cas, par exemple, de Ptolémée, Grimaldi, Schickard, Schiller et Clavius, qui mesurent tous plus de 160 kilomètres de diamètre. On peut aller plus loin encore, et signaler des plaines, comme la mer des Crises, et même celles de la Sérénité et des Pluies, dont le périmètre est également circulaire.

Pour les expliquer, les astronomes de la fin du XIX^e siècle ont dû recourir à des mécanismes différents, et qui placent la formation de ces vastes formations sélénologiques à une époque antérieure. Ils ont supposé que dans l'intérieur du globe lunaire primordial, à une grande distance au-dessous du sol; il y a eu l'origine d'une force d'expansion considérable. La croûte lunaire étant alors homogène, toute force d'expansion partie d'une certaine profondeur a dû briser l'enveloppe suivant des lignes circulaires. Quelle qu'ait été cette force intérieure d'explosion, et de quelque façon qu'elle se soit manifestée, elle a dû certainement exister, ajoutait-on, car les formations annulaires de la Lune sont trop évidentes pour ne pas avoir une cause générale de production.

Dans le neuvième fascicule de leur Atlas photographique de la Lune Loewy et Puiseux examinent ce qu'est, selon eux, au début du XX^e siècle, "la vraisemblance ses théories qui considèrent le relief de notre satellite comme déterminé par la chute de projectiles volumineux venus de diverses régions de l'espace et animés de grandes vitesses relatives." On suivra ici leur présentation critique.

L'hypothèse météoritique revêt au départ des aspects très différents selon l'opinion de tous des astronomes ou géologues qui s'en sont constitués les défenseurs. Ainsi R. S. Tozert [1] la considère comme principalement imposée par l'aspect du système rayonnant de Tycho. N. S. Shalert [2] y a recours pour les mers, mais la rejette en ce qui concerne les traînées et les cirques. G. K. Gilbert [3] l'invoquent également pour les mers, pour les cirques et pour les traînées, mais pendant que Gilbert se fonde principalement sur des inductions empruntées à la géologie et, sur des probabilités géométriques, Alsdorf [4] appuie sa conviction sur le succès d'expériences entreprises pour reproduire artificiellement les traits les mieux constatés de la physionomie de la Lune.

Des arguments d'ordre aussi différent, portant sur des objets très variés, appelleraient évidemment une longue discussion, si l'on voulait suivre les auteurs dans tous les développements de leurs thèses. Mais la question qui va se poser au total à chacun d'eux est celle de savoir d'où pourraient venir et ce que pourraient être les corps impacteurs. Pour ne s'en tenir qu'à la question de l'origine des mers lunaires, trois grandes pistes ont alors été suivies :

Première hypothèse  : Les chocs de météorites. - Les seuls exemples bien constatés de collision entre corps célestes était, à l'époque, fournis par les seuls aérolithes. C'est donc à des rencontres de ce genre que l'on a d'abord songé, pour expliquer la configuration des mers de la Lune.

Mais dès les premiers pas faits dans cette voie, les analogies terrestres se sont vite trouvées en défaut, car il apparaissait d'emblée que tous les aérolithes dont la chute a avait été constatée, tous les blocs que l'on était fondé à supposer tombés du ciel, ne constituaient ensemble qu'une addition insignifiante à la masse de la Terre, et ne pouvaient donc avoir contribué que dans une mesure inappréciable à l'établissement du relief. De plus, la formation des chaînes de montagnes et des bassins océaniques était attribuée à des causes, certes différentes de celles que l'on invoque aujourd'hui, mais en tout état de cause, bien différentes. Il s'ensuivait donc, selon nos auteurs, que "tous les aérolithes connus, réunis en une seule masse, ne formeraient sur notre satellite qu'une tache imperceptible, et même si la protection qu'exerce l'atmosphère était supprimée ils seraient incapables d'accomplir le travail mécanique dont nous constatons les effets."

[2] A comparison of the features of the Earth and the Moon, by N. S. Shaler (Smithsonian contributions to Knowledge, vol. XXXIV, 1903).

[3] The Moon's Face, a Study of the origin of ils Features, by G. K. Gilbert (Bull. Philos. Society of Washington, vol. XII, p. 241).

[4] H. Alsdorf, Experimentelle Darstellungen von Gebilden der Mond-oberfläche, mit besonderer Berücksichtigung des Details, von H. Alsdorf. - 1898, s. 35 u. f.

On notait par ailleurs que cela aurait été en vain que l'on aurait pu vouloir compenser la petitesse des individus par le nombre et, la répétition des chocs. Le contour de plusieurs mers est régulièrement circulaire. Leur bordure montagneuse se soutient à plusieurs milliers de mètres de hauteur, leur surface est uniforme sur une étendue de plusieurs milliers de kilomètres en tous sens. Autrement dit, on n'avait pas affaire à une aire ébranlée par des chocs multiples, mais à une portion de croûte dénivelée dans son ensemble. Si elle avait été détachée par un projectile, c'est que ce projectile aurait dû posséder une section à peu près circulaire, capable d'emplir le périmètre même de la mer.

Alsdorf et Gilbert n'ont pas méconnu cette nécessité. Ils ont dû admettre que la Lune était entrée en collision avec des corps mesurant jusqu'à 1 000 kilomètres de diamètre, c'est-à-dire infiniment plus que les météorites connus tombés sur Terre. Mais dès lors les chutes de matières météoritiques sur la Terre, au lieu de fournir un appui à la théorie dont, il s'agissait, contribuaient à la rendre suspecte. Par ailleurs, on calculait que les probabilités de rencontre avec des corps circulant autour du Soleil sont quinze à vingt fois plus grandes pour la Terre que pour la Lune. Comment expliquer alors que la Lune ait été plus affectée par leurs chutes que la Terre?

On a cru pouvoir résoudre la difficulté en disant que ces météorites énormes appartenaient tous à une population ancienne; qu'ils circulaient encore à une époque où la Lune était déjà refroidie sol solidifiée, mais où la Terre, plus volumineuse, n'offrait qu'une surface fluide, incapable d'arrêter les bolides ou de garder leur empreinte.

Les corps impacteurs se se seraient donc partagés en deux groupes : les uns tombés sur la Lune où ils auraient donné naissance aux mers, les autres engloutis par le globe terrestre et n'ayant pas laissé de vestige. Cela paraissait séduisant. Mais il y avait un problème : on se devait d'ajouter une troisième classe, la plus nombreuse sans doute, avec les bolides qui auraient échappé à toute collision. Les captures, en effet, ont toujours le caractère de faits exceptionnels. Quelle que soit la période de temps considérée, ni la Terre ni la Lune n'aurait pu, calculait-on, arriver à s'annexer tous les membres d'un essaim météorique, s'il était tant soit peu disséminé le long de son orbite. La grande majorité des météorites auraient dû continuer à circuler autour du Soleil, dans des orbites plus ou moins troublées, en revenant passer périodiquement près de la Terre. Et si dans le nombre, il s'en été trouvé qui soient comparables aux mers de la Lune par leurs dimensions, ils n'auraient su se dérober à nos yeux ou tout au moins, nos télescopes. Or, il était bien connu que jamais aucune observation de ce genre n'avait été enregistrée.

Pour expliquer comment on n'avait point observé ces météorites énormes on avait encore la ressource de leur attribuer une route hyperbolique, de telle sorte qu'ils n'aient plus ou l'occasion de repasser près de la Terre après avoir échappé à la collision. Mais cette hypothèse ne pouvait considérée comme probable, car on ne connaissait aucun exemple d'essaim dont la route soit hyperbolique par rapport au Soleil.

D'autres difficultés encore se présentaient, et au final, tous les premiers auteurs qui ont discuté l'hypothèse météoritique proprement dite se sont vus contraints de l'abandonner. Pour qu'elle revienne au jour, il faudra que l'on ait acquis une meilleure connaissance des populations de petits corps qui circulent dans l'espace, et surtout que l'on ait une meilleure approche de l'histoire du Système solaire et de celle de la Terre. Il faudra attendre pour cela la deuxième moitié du XX^e siècle. En attendant, les partisans de l'hypothèse météoritique se sont tournés, au moins dans un premier temps, vers une approche qui attribuait aux projectiles reçus par la Lune une origine terrestre.

Deuxième hypothèse : projection par les volcans terrestres. - Les volcans ont été à diverses reprises, mis en cause. On supposait que les volcans de la Terre avaient projeté des corps jusqu'à la Lune, de la même façon que les partisans de l'hypothèse volcanique ont parfois pensé que les météorite reçus sur Terre auraient été projetés dans l'espace par les volcans lunaires. Mais celle tentative n'a obtenu auprès des géologues aucun succès. Si fortes qu'aient pu être les explosions volcaniques observées sur Terre, ils faisaient valoir qu'il n'existait aucun exemple qu'elles aient imprimé à des masses un peu considérables une vitesse capable de les soustraire, à l'attraction de la Terre. On ne connaissait, expliquaient-ils, aucun cratère capable d'émettre des projectiles dont les dimensions approchent de celles des mers de la Lune et rien n'autorisait à croire que les volcans des anciennes périodes géologiques aient manifesté une puissance plus grande. D'ailleurs qui disait volcan disait croûte solide, ajoutaient-ils. Des masses aussi importantes n'auraient pu se détacher de la Terre avec explosion sans former des excavations énormes et sans laisser retomber à la surface de nombreux débris, qui auraient laissé des vestiges indélébiles. Enfin les contours allongés dans la direction de la Terre devraient être le cas général pour les empreintes formées au voisinage du bord apparent de la Lune.

Troisième hypothèse :  agglomération de satellites. - En conséquence la position plus aisée à défendre, dans laquelle ont fini par se retrancher les partisans de l'intervention des projectiles était celle-ci : il a existé dans le passé un groupe nombreux de corps, détaché de la Terre en même temps que la Lune ou dans des conditions analogues. Ces corps, accompagnant la Lune et animés vis-à-vis d'elle de faibles vitesses relatives, auront graduellement cédé à son attraction et seront venus tomber sur sa surface. Cette hypothèse est elle-même susceptible de deux aspects, suivant que l'on adopte, au sujet de la formation des satellites, la manière de voir de Laplace ou celle de George Darwin. Puiseux et Loewy, partisans de l'hypothèse volcanique, après s'être livré à des calculs pour tenter d'évaluer la crédibilité de cette hypothèse noteront en 1906 :

"Il est évidemment très malaisé de définir avec exactitude les forces physiques sous l'influence desquelles s'est accomplie la séparation. Il faut cependant admettre qu'à ce moment la Lune était fluide, puisque nous la voyons aujourd'hui sphérique. D'autre part, la bordure des mers, presque partout élevée de 2 000 mètres et plus au-dessus de leur surface, montre, qu'au moment des chocs présumés, notre satellite possédait déjà une croûte solide extrêmement épaisse. La période de temps écoulée entre les deux époques ne peut être due démesurément longue. Nous avons dès lors bien le droit de demander comment des corps détachés de la Terre en même temps que la Lune, très voisins par conséquent de l'une ou l'autre des deux planètes, auront pu éviter si longtemps de tomber sur elles. On ne saurait l'admettre, croyons-nous, sans se mettre en conflit avec les conséquences les plus assurées de la gravitation universelle.

Le passage par la forme annulaire, suivant l'idée de Laplace, semblé donner sous ce rapport plus de latitude. Nous sommes encore obligés de supposer l'anneau fluide au montent de sa dislocation, la Lune recouverte d'une croûte épaisse au moment de la formation des mers. Mais on conçoit que l'agglomération des satellites en un seul demandera plus de temps s'ils sont répartis dans toute l'étendue de l'orbite avec une certaine symétrie. Leurs actions mutuelles se traduiront alors par des perturbations du mouvement, d'un caractère surtout périodique, et ces perturbations mêmes semblent pouvoir rester indéfiniment comprises dans certaines limites si l'orbite est circulaire. Stockwell a particulièrement étudié le cas de trois satellites disposés en triangle équilatéral, et trouvé que ce système peut constituer un cas d'équilibre relatif. A la vérité, ces conditions sont trop spéciales pour être vraisemblables, et nous voyons qu'elles n'ont pas été réalisées comme terme final. On peut cependant admettre que, si l'on part d'un état analogue, la réunion de tous les satellites en un seul ne sera complète qu'après un très long intervalle de temps, tout en demeurant possible."

Les partisans de l'hypothèse volcanique étaient toujours là. Ils disposaient mêmes de quelques arguments supplémentaires. Par exemple, en 1929, Bernard Lyot analysant la polarisation de la lumière réfléchie par la surface Lune y a vu des analogies avec des cendres volcaniques. Le sol lunaire semblait bel et bien constitué de roches volcaniques. De toute façon, en l'absence d'eau sur la Lune, il aurait été difficile d'y voir des terrains comparables à nos terrains sédimentaires. Les étude radars du sol lunaires effectuées dans les années 1950 semblaient confirmer ce point, et montraient que notre satellite était recouvert de poussières sur plusieurs centimètres d'épaisseur. Il était tentant d'y voir une couche de cendres volcaniques. Gerard Kuiper, interprétait en particulier les mers comme le résultat de grands épanchements de lave. Lorsque la première sonde Luna IX, s'est posée en douceur sur la Lune en février 1966, suivie de près par la sonde Surveyor, des images ont commencé à être transmises des paysages lunaires qui montraient de façon assez inattendue des reliefs très adoucis. Et cela semblait ne pouvoir se comprendre que si l'on admettait que la surface lunaire avait jadis été soumis à un fort échauffement qui avait fait fondre ou du moins avait amolli ses roches. Luna X a mesuré sur le sol lunaire une petite radioactivité, qui rappelait celle des roches volcaniques terrestres, et qui semblait accréditer l'idée que la Lune puisse conserver une certaine activité interne (sur Terre une par importante de la chaleur interne étant en effet attribuée à des désintégrations radioactives). A quoi s'ajoutaient les observations de Kozyrev, qui allaient dans le sens de l'interprétation traditionnelle des PlT. L'astronome avait en effet obtenu, en novembre 1958 depuis l'observatoire de Crimée, le spectre d'une lueur apparue sur.le cratère Alphonse.

"Tandis que je prenais le premier spectrogramme, écrira-t-il, à 1 heure (TU), et que je guidais l'instrument en me repérant sur le piton central du cirque, cette image fut fortement noyée dans une teinte rouge inhabituelle".

Au moment des expéditions Apollo, entre 1969 et 1972, plus personne ne doutait plus de l'origine météoritique des cratères lunaires (à l'exception sans doute de quelques auteurs isolés, comme Haroun Tazieff, qui continuera de défendre l'hypothèse volcanique). L'hypothèse d'une activité volcanique sinon présente, du moins récente n'en était pas pour autant complètement abandonnée. Mais elle ne semblait plus véritablement déterminante.
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Le pic central du cratère Tycho. Cette montagne s'élève à une douzaine de kilomètres
au dessus du sol. (Photo : Reconnaissance Lunar Orbiter, 2009 / NASA/GSFC/Arizona State University).

Nouvelles idées sur la formation de la Lune.
L'hypothèse de George Darwin a séduit plusieurs générations d'astronomes. Pourtant, l'ironie veut que ce modèle contredise le principe qui l'a suscité. Le moment cinétique important du système Terre-Lune nécessaire à la fission initiale du couple aurait dû, en effet, être plus de quatre supérieur à ce qu'il est aujourd'hui. Comment expliquer son "évaporation"? Bien sûr, on pourrait imaginer qu'une collision avec un planétoïde, c'est-à-dire un des petits corps à partir desquels se sont formés les planètes et dont on suppose la grande abondance aux premiers temps du Système solaire, ait pu, dans un premier temps accélérer la rotation de la Terre dans les proportions nécessaires et ensuite, après la formation de la Lune, qu'un autre corps heurtant notre planète à l'endroit idoine soit venu la ralentir de nouveau. Rien de cela n'est impossible; difficile pourtant de trouver plus artificiel et moins convaincant. Il est également très douteux que la Terre ait jamais été assez fluide pour permettre pareille fission.

Mais ce qui fera rejeter définitivement la théorie de Darwin, ce sont surtout les 382 kg d'échantillons de sol lunaire rapportés, entre1969 et 1973, par les expéditions Apollo, à quoi il convient d'ajouter les quelques centaines de grammes prélevés lors des missions Luna 16, 20 et 24, entre 1970 et 1976, ainsi que les diverses observations de télédétection conduites en orbite basse sur des zones étendues. Les études géochimiques menées que ce matériel à suscité ont permis de définir la composition chimique globale de la Lune. Or, il apparaît que celle-ci est proche de celle du manteau terrestre, essentiellement granitique (silicates), mais elle est plus pauvre que celui-ci en éléments volatils : cinq fois moins d'oxydes de potassium et de sodium que dans les basaltes terrestres; absence totale d'eau; et, en revanche, davantage d'éléments réfractaires, plus de zirconium, dix fois plus de titane. L'idée d'une Lune détachée de la Terre permet bien de rendre compte de la pauvreté relative de la Lune en fer et de ses ressemblances avec le matériau du manteau terrestre, mais pour le reste...

Les arguments basés sur le moment cinétique et la composition chimique sont venus à bout de deux autres théories qui ont, elles aussi, connu un temps leur heure de gloire. La première, proposée, en Allemagne par H. Gerstenkom, en 1955, décrit une Lune formée d'abord à peu de distance de l'orbite terrestre. Si près, en fait, que notre planète finit par la capturer. On peut ainsi comprendre les similitudes de composition chimique de la Terre et de la Lune - les deux objets, formés à proximité, ont en effet toutes les chances d'être constitués des mêmes matériaux. Reste que si, comme on l'a dit, le manteau terrestre et la Lune se ressemblent, notre planète et son satellite sont très différents. Sur la Lune, par exemple, le fer représente environ 10,6% de la masse totale, alors que sur la Terre, où il se trouve, pour l'essentiel, renfermé dans son noyau, il concentre le tiers de la masse. Autre gros défaut de cette théorie : le caractère hautement improbable d'une telle capture. Pour qu'elle ait été possible, la Lune aurait dû circuler sur une orbite très particulière. Suffisamment proche de celle de la Terre pour que cette dernière joue un rôle perturbateur suffisant, mais pas trop proche car, alors, on aurait assisté à une collision ou, au contraire, à un effet de fronde avec éjection de la Lune sur une orbite éloignée... Et, à supposer que ce subtil dosage ait quand même existé un jour, une fois de plus se serait quand même posée la question du le moment cinétique initial. Dans les conditions les plus propices à la capture, celui-ci aurait dû avoisiner le sixième de ce qu'il est actuellement. Pour combler le déficit, il aurait donc fallu ajouter quelques collisions tangentielles ad hoc de planétoïdes avec la Terre. On n'en sort pas.

Une variante plus satisfaisante de cette théorie imagine la dislocation par effet de marée d'une première Lune, appelée proto-Lune, qui, elle aussi, aurait circulé sur une orbite proche de celle de la Terre. Cette conception basée sur les travaux, en 1847, du mathématicien Édouard Roche montrant qu'un corps fluide en orbite autour d'un autre astre n'est stable que si la distance des deux objets dépasse une certaine valeur critique (appelée aujourd'hui limite de Roche). A l'intérieur de la zone ainsi définie, les forces de marées sont supérieures aux forces de cohésion du corps et donc le désagrègent. Dans le cas de la proto-Lune, cela aurait conduit la formation d'un nuage de débris dont une partie serait restée en orbite terrestre pour former à terme, en se coagulant, la Lune que nous connaissons. Cela résout au moins le problème du déficit en fer : si la proto-Lune possédait un noyau métallique, il se peut très bien, en effet, que celui-ci n'ait, tout simplement, pas fait partie des morceaux capturées. Des raisons dynamiques militent d'ailleurs en ce sens. Malheureusement, cela ne marche pas : la Lune, ni même l'hypothétique proto-Lune, n'ont jamais eu la taille suffisante pour permettre une fusion qui rende leur matériau assez fluide. Et, tel aurait été le cas, resterait encore que cette proto-Lune n'aurait pu passer à l'intérieur de la limite de Roche que quelques heures, tout au plus. Insuffisant pour désagréger le corps.

La deuxième grande théorie qui ait prétendu pallier les insuffisances du modèle darwinien date des années 1960. On la doit à l'astronome E. L. Ruskol; c'est le modèle dit de l'accrétion binaire. Le scénario proposé part de l'idée que, dans les premiers âges du Système solaire, un certain nombre de planétoïdes sont entrés en collision à proximité de la Terre, alors en formation. Un essaim de petits corps va ainsi pouvoir être capturé par notre planète et former un anneau grandissant au fur et à mesure de ces rencontres destructrices. Cette hypothèse paraît être contredite par la chimie lunaire : si les deux corps s'étaient formés dans la même zone, on devrait, en effet comme dans la théorie de Gerstenkom, observer, pour les deux objets, la même proportion fer/silicates. Ce qui, on le sait, est loin d'être le cas. Les théoriciens s'en tirent, ici, en admettant que les collisions ont eu des effets différents selon la nature des corps concernés. Cela paraît une hypothèse raisonnable : les fragments silicatés, moins denses, ont dû avoir tendance à s'agglomérer dans l'anneau, alors que les fragments ferreux se sont plus facilement frayé un chemin à travers l'essaim. Un processus qui aboutit donc logiquement à un anneau essentiellement composé de matière silicatée. Las! la tyrannique contrainte du moment cinétique fait aussi repousser ce modèle. Et toujours pour les mêmes raisons : l'évolution de l'essaim en disque oblige à supposer un moment cinétique originel très élevé et, par la suite, une diminution arbitraire.

Finalement, c'est de l'effervescence théorique qui accompagne les expéditions Apollo que va émerger la théorie la plus satisfaisante. Elle revendique pour la Lune l'origine la plus grandiose et la plus violente soit : un choc des mondes, une collision entre une proto-Terre et une proto-planète en cours de formation dans son voisinage. Cette théorie, lorsqu'elle fut proposée aux États-Unis, par A.G.W. Cameron, W.R. Ward, D. R. Davis et W. K. Hartmann, en 1975, se heurta au scepticisme de nombreux astronomes. Les connaissances dont on disposait à l'époque sur la formation du Système solaire rendait un tel impact géant bien improbable. La situation fut renversée dix ans plus tard grâce à mise en service de supercalculateurs, et les simulations numériques, commencées en 1984, ont fini par décrire les grandes lignes d'un scénario de collision désormais crédible.

A moyens nouveaux, méthode inédite : l'irritant problème du moment cinétique, par exemple, est supposé résolu dès le départ. Il s'avère ainsi qu'en l'exigeant comparable originellement à ce qu'il est aujourd'hui, il devient possible de déduire sans difficulté les caractéristiques de la proto-planète qui heurta la Terre... Le meilleur résultat s'obtient avec un astre d'une taille équivalente à celle de Mars, soit, plus précisément, d'une masse comprise en 12 % et 17 % celle de notre planète. Les deux objets, au moment de leur rencontre, sont déjà différenciés et renferment donc en leur sein un noyau ferreux enveloppé d'un manteau silicaté. La planète incidente est d'abord déformée par les forces de marée à l'approche de la Terre. Puis c'est le choc dans toute sa brutalité. Un impact pratiquement tangentiel, à la vitesse d'une dizaine de kilomètres par seconde. L'effet est celui d'un fruit qu'on dénoyaute. Le coeur de fer se sépare du manteau et rebondit sur une trajectoire très excentrique pour aboutir rapidement à un nouvel impact encore plus violent. Cette fois la Terre absorbe le projectile et l'intègre à son propre noyau.

Le reste des matériaux constituant la proto-planète, lui, a été immédiatement pulvérisé, vaporisé. Il est désormais, pour l'essentiel, retenu en orbite terrestre. Les éléments volatils se dispersent rapidement; le reste retourne à l'état solide pour former un disque d'accrétion autour de notre planète. Une fraction de ces fragments d'une masse environ une fois et demie celle de la Lune actuelle (et dans laquelle entre dans une proportion encore mal déterminée, de la matière arrachée au manteau terrestre) va être entraînée au-delà de la limite de Roche. Ainsi mise à l'abri des forces de dislocation, elle pourra, un peu plus tard, s'agglomérer pour former finalement la Lune avec la composition chimique appropriée.