Voici probablement à quoi ressemblent les fontaines de poussière sur la Lune
Laboratoire du Département de physique planétaire de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie. À l'arrière-plan, Gennady Dolnikov, concepteur et développeur principal du PML. Au premier plan, le dispositif d'étalonnage du PML. Le détecteur piézoélectrique est placé au-dessus, avec des câbles qui en partent. Les plaques piézoélectriques sont orientées vers le bas. Lors de l'étalonnage, une bille métallique de 200 µm de diamètre est projetée par le bas sur l'une des plaques piézoélectriques à une vitesse connue. Le signal émis par la plaque est alors enregistré par le PML et transmis à un ordinateur pour analyse. Les résultats de l'étalonnage permettent de calculer la dépendance de la réponse du capteur piézoélectrique à l'impulsion spécifiée. Photo : Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie.
Des chercheurs du département de physique planétaire de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie (IKI RAN) ont reproduit les conditions dans lesquelles la poussière lunaire peut s'élever au-dessus de la surface et former des fontaines de poussière.
En bas de cette page, une étonnante vidéo des expériences.
Ces expériences ont été menées en préparation de l'instrument PML-Tch7 (Surveillance de la poussière lunaire), qui sera envoyé sur la Lune à bord de la mission chinoise Chang'e-7 (CNSA).
Le lancement est prévu pour le 24 août 2026.
Des scientifiques ont mené des expériences dans une chambre à vide avec un échantillon de sol lunaire. Afin de simuler les conditions de surface lunaire, les échantillons ont été placés sur un substrat conducteur, et un champ électrostatique vertical de 1700 V/cm a été utilisé pour compenser la gravité terrestre.
- Dans le premier cas, le « sol » a été bombardé de microparticules de fer chargées, d'environ 10 µm de diamètre et accélérées à 10 m/s, simulant ainsi des impacts de micrométéorites.
- Dans le deuxième cas, il a été irradié par un faisceau d'électrons d'une énergie de 160 eV, simulant les effets du vent solaire.
- Dans le troisième cas, un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde de 172 nm a été utilisé.
Tous les processus ont été filmés à l'aide de caméras haute vitesse à des cadences allant de 300 à 1 000 images par seconde, et un laser à semi-conducteurs a été utilisé pour l'éclairage.
Ainsi, chaque expérience a simulé l'effet d'un des facteurs susceptibles de soulever de la poussière au-dessus de la surface lunaire.
Qu'est-ce que la poussière lunaire et pourquoi se comporte-t-elle étrangement ?
La poussière lunaire est composée de minuscules fragments de roches et de minéraux qui se sont formés au cours de milliards d'années de bombardements de la surface de la Lune par des météorites.
Lors des missions Apollo (NASA), les astronautes ont observé un phénomène inhabituel : des fontaines de poussière. De plus, des instruments automatisés ont filmé une lueur à l’horizon avant le lever du soleil, qui s’explique par la diffusion de la lumière par les particules de poussière.
L'une des raisons pour lesquelles la poussière lunaire s'élève est l'accumulation de charges électriques due au rayonnement ultraviolet solaire.
Ce rayonnement arrache des électrons aux particules de sol, conférant ainsi une charge électrique à la surface et aux grains de poussière (phénomène appelé effet photoélectrique). Les électrons et les ions du vent solaire contribuent également à cette charge, bien que cet effet soit légèrement plus faible que celui du rayonnement ultraviolet.
Les zones ensoleillées et ombragées, ainsi que les différents types de sols, acquièrent des potentiels différents. Les zones ensoleillées acquièrent un potentiel positif sous l'influence du rayonnement ultraviolet solaire. Les particules chargées positivement se mettent à léviter si la force de Coulomb est suffisamment intense.
- Dans les zones ombragées, les électrons jouent également un rôle important.
- À l'ombre, le courant électronique est 40 fois supérieur au courant ionique, car les électrons sont plus rapides, et la surface commence à acquérir un potentiel négatif.
Les micrométéorites peuvent fournir une « poussée » supplémentaire. Même de minuscules particules peuvent percuter la surface à grande vitesse, soulevant des nuages de poussière.
« Sur la Lune, la gravité est six fois plus faible que sur Terre. Par conséquent, une petite perturbation, comme le passage de micrométéorites ou de particules de haute énergie, suffit à détacher les particules de poussière les plus légères de la surface et à les projeter dans l'espace. Cela peut donner lieu à de véritables fontaines de poussière atteignant plusieurs mètres de hauteur », explique Gennady Dolnikov, chercheur à l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie et concepteur principal de l'instrument de surveillance de la poussière lunaire.
Ainsi, les poussières en lévitation s'intègrent à l'exosphère proche de la surface lunaire. Cette fine couche de particules chargées est en perpétuelle évolution sous l'influence du rayonnement solaire et des courants du vent solaire.
Cette poussière représente une menace sérieuse pour les futures missions lunaires. Elle se dépose sur les panneaux solaires, obstrue les mécanismes et perturbe le fonctionnement des instruments.
Un autre problème réside dans la forme de ces particules.
Sur Terre, les grains de poussière sont progressivement polis par l'eau et le vent. Sur la Lune, ces processus n'existent pas, si bien que nombre d'entre eux conservent des arêtes vives et irrégulières. Les astronautes d'Apollo l'ont rapidement constaté. Une fois à la surface, la poussière s'est infiltrée dans les mécanismes et a usé les matériaux. Elle a pénétré dans le module lunaire, provoquant des irritations aux yeux, au nez et à la gorge des astronautes.
Un appareil capable d'entendre les particules de poussière s'entrechoquer
Pour étudier comment la poussière lunaire se déplace et ce qui la fait remonter au-dessus de la surface, le département de physique planétaire de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie a créé l'instrument PML (Surveillance de la poussière de la Lune).
Un dispositif similaire a été utilisé sur l'engin spatial russe Luna-25, dont le vol s'est interrompu de manière anormale. Un dispositif similaire a été installé sur l'engin spatial Chang'e-7 (CNSA). La fenêtre de lancement s'étend du 23 au 24 août 2026.
Le dispositif PmL-Tch7 comporte trois types de capteurs :
- des plaques piézoélectriques qui mesurent la quantité de mouvement mécanique des particules ;
- des capteurs inductifs qui mesurent la charge des particules de poussière ;
- et une sonde de Langmuir qui obtient les caractéristiques volt-ampère du plasma environnant.
Lorsqu'une particule de poussière percute un capteur piézoélectrique, un signal est généré, proportionnel à la quantité de mouvement de la particule, laquelle dépend de sa vitesse et de sa masse. Dans certaines conditions, la vitesse et la masse de la particule peuvent également être déterminées à l'aide d'un capteur inductif. La sonde de Langmuir mesure simultanément les paramètres du plasma environnant.
Cela permettra aux scientifiques de mesurer simultanément la concentration de poussière au-dessus de la surface de la Lune, la vitesse et la taille des particules, et d'étudier également la densité et la température des électrons et des ions dans le plasma environnant.
« Pour la première fois, nous pourrons détecter directement à la surface lunaire non seulement des particules de poussière rapides, mais aussi lentes. Il s'agit de données fondamentalement nouvelles », déclare Gennady Dolnikov.
Pôle Sud : La poussière lunaire est particulièrement intéressante ici
« Ces lieux sont particulièrement intéressants pour le PmL. À la frontière entre la lumière éternelle et l'ombre éternelle, une forte différence de température apparaît, et par conséquent, des potentiels électriques également. Cela signifie que la poussière devrait y être la plus active », explique Gennady Dolnikov.
Après Chang'e-7, l'expérience se poursuivra. L'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie prépare déjà les prochains instruments pour les missions russes Luna-27.1 et Luna-27.2.
Les données provenant de différentes régions de la Lune nous permettront de comparer le comportement des poussières dans des zones présentant des niveaux d'éclairage et des températures différents. Ceci contribuera à affiner notre compréhension actuelle des mouvements des poussières lunaires.
Source et crédits photo et vidéographiques: IKI RAN