Une journée n’a pas toujours duré 24 heures. En fait, elle a commencé à ne durer que 4 heures. Les raisons de cette variation extrême ont été expliquées par le planétologue Takanori Sasaki, de l’Université de Kyoto, lors de l’atelier de physique de la deuxième phase de l’Intercontinental Academia (ICA), le 9 mars.
Sasaki a déclaré que la formation de la Terre et de la Lune, il y a 4,5 milliards d’années, et l’influence de la Lune sur la planète sont les déterminants de la variation de longueur d’un jour et d’un mois tout au long de l’histoire de la Terre.
Planétologue Takanori Sasaki
Selon lui, l’hypothèse la plus acceptée pour expliquer l’origine de la Lune est la survenue d’un impact géant entre un corps de la taille de Mars et ce que l’on pourrait appeler la proto-Terre.
Mais quand cet impact s’est-il produit exactement ? Sasaki a expliqué que pour avoir la réponse à cette question les chercheurs analysent la transformation de l’isotope hafnium-182 en isotope tungstène-182. « L’hafnium est un élément lithophile (qui aime les roches) et le tungstène est un élément sidérophile (qui aime le fer), respectivement liés au manteau et au noyau d’une étoile.
Selon Sasaki, l’impact géant a produit un océan magmatique sur la proto-Terre, ce qui semble avoir conduit à une séparation considérable entre le métal et les silicates. Ainsi, l’âge de la séparation hafnium-tungstène (Hf-W) correspondrait à l’âge du dernier impact géant, c’est-à-dire à l’âge de la Terre et de la Lune. « Il est possible de calculer la quantité de tungstène contenue dans le manteau et donc de déterminer l’âge de la planète ». Grâce à cette méthode, il a été conclu que la Terre et la Lune sont apparues au début du système solaire, 62 millions d’années après la naissance du système, il y a 4,5 milliards d’années.
L’impact a généré un grand nombre de fragments autour de la Terre, qui se sont ensuite regroupés donnant naissance à la Lune sur une orbite juste au-dessus de la limite de Roche (distance minimale du centre de la planète à laquelle un satellite peut orbiter sans être détruit par la sévérité des forces de marée), a déclaré Sasaki. Cette limite se situe à une distance de trois fois le rayon de la Terre, mais aujourd’hui la Lune se trouve à une distance de 60 fois la taille du rayon, et devrait cesser de s’éloigner lorsque la distance atteindra 80 fois la taille du rayon, dans plusieurs milliards d’années.
Pour mesurer la distance entre la Terre et la Lune, les scientifiques utilisent le temps : le temps qu’il faut à un faisceau laser pour atteindre la Lune, être réfléchi et atteindre la Terre. L’expérience Lunar Laser Ranging Experiment utilise cette méthode et la première mesure a été effectuée en 1969. Avec cette méthode, il a été décidé que la Lune se trouvait à 384 400 km de la Terre. L’expérience a ensuite révélé un fait surprenant : en analysant les données de janvier 1992 à avril 2001, les chercheurs ont constaté que la Lune s’éloigne de 3,8 cm par an. « Si cela est exact, alors la Lune était beaucoup plus proche dans le passé », a déclaré Sasaki.
Il existe un échange de moment angulaire entre la Lune et la Terre. Sasaki a cité une hypothèse mentionnée dans l’ouvrage de référence en la matière, « Solar System Dynamics », de Carl Murray et Stanley Dermott : « Il est très probable que l’orbite de la Lune et la rotation de la Terre aient considérablement changé au cours de l’existence du système solaire, notamment en raison de l’action des marées semidiurnes provoquées par la Lune sur la Terre. »
Cela signifie que la Lune attire la masse d’eau et que cela réduit la vitesse de rotation de la Terre. Dans le même temps, la marée qui se déplace en raison de la rotation de la Terre attire la Lune, gagnant un moment angulaire et s’éloignant progressivement. La Lune devient également plus lente, ce qui réduit la durée du mois.
Sasaki explique que selon la 3e loi de Kepler (le carré de la période orbitale d’une planète est directement proportionnel au cube de la moitié du grand axe de son orbite), plus une planète est proche du Soleil, plus sa vitesse est élevée, et plus elle est éloignée, plus elle est lente. Cela s’applique également au système Lune-Terre.
Une tentative de prouver la variation de la longueur des mois a été faite par deux chercheurs qui ont étudié la structure d’un certain type de coquillage marin. Pour Sasaki, « cet article est controversé, mais il fournit des pistes intéressantes. » Les coquillages développent des lignes de croissance quotidienne en segments avec la croissance mensuelle. En analysant les coquilles aujourd’hui, il apparaît qu’elles ont 30 lignes par segment, ce qui signifie un mois de 30 jours. « Dans les coquilles fossiles d’il y a 400 millions d’années, il n’y a que 9 lignes par segment, ce qui suppose que le mois durait 9 jours. Cela indique que la Lune tournait plus vite autour de la Terre et à une distance 40% plus petite que l’actuelle. »
Après tout, combien de temps durait un jour lorsque la Terre et la Lune sont apparues ? « Au début, la Lune se trouvait à une distance de trois fois le rayon de la Terre, immédiatement après la limite de Roche. Avec cette distance et le moment angulaire estimé, on peut dire que le jour ne durait que 4 heures. Avec le temps, la Lune s’est éloignée et la durée du jour a augmenté : lorsque la planète et son satellite avaient 30 000 ans, le jour durait 6 heures ; lorsqu’ils avaient 60 millions d’années, le jour durait 10 heures. »
À la fin de son exposé, Sasaki a présenté un graphique mettant en relation le développement de la vie (« bien que n’étant pas un expert en la matière ») avec la durée du jour à travers le temps. Selon lui, les premières traces de vie, il y a 3,5 milliards d’années, sont apparues alors que le jour durait 12 heures. L’apparition de la photosynthèse, il y a 2,5 milliards d’années, s’est produite alors que le jour durait 18 heures. Il y a 1,7 milliard d’années, le jour durait 21 heures et les cellules eucaryotes sont apparues. La vie multicellulaire a commencé lorsque le jour durait 23 heures, il y a 1,2 milliard d’années. Les premiers ancêtres humains sont apparus il y a 4 millions d’années, alors que le jour était déjà très proche de 24 heures.