Contexte

La Lune possède une « atmosphère » extrêmement ténue que l’on appelle exosphère. Elle a une durée de vie courte, à cause de son exposition aux rayonnements ultraviolets du Soleil et au vent solaire, qui l’expulsent rapidement dans l’espace. Cependant, elle existe toujours, ce qui signifie qu’elle se régénère en permanence.  Mais par quel processus ?

3 explications sont possibles :

1) Le vent solaire (qui apporte hydrogène, hélium, argon, carbone, azote, etc.) et les interactions entre ce rayonnement solaire et la surface lunaire (sodium, potassium, eau, méthane, CO₂, etc.).

2) Les impacts de météorites qui apportent des espèces volatiles (telles que H₂O), qui, comme celles générées par le vent solaire, peuvent migrer à la surface de la Lune et éventuellement être piégées au niveau des pôles.

3) Enfin, certains gaz peuvent provenir du dégazage de la Lune elle-même, comme le radon, qui est produit par la radioactivité de la croûte, voire du manteau lunaire.

C’est cette dernière composante que l’instrument DORN étudie, en mesurant le flux de radon qui s’échappe du sol lunaire pouvant être comparé au flux s’échappant d’autres planètes.

Du haut de leur orbite, les vaisseaux et sondes américains Apollo 15 et 16 (1971-1972), Lunar Prospector (1998-1999) et la sonde japonaise Kaguya (2007-2009) ont révélé d’énigmatiques variations spatiales et temporelles du radon qui pourraient être liées à l’activité sismique de la Lune.

Mais aucune mesure de ce gaz n’avait encore été réalisée in situ.

Les objectifs scientifiques de DORN sont : 

• Étudier le dégazage lunaire et le transport des gaz dans le régolithe (dont est constitué le sol lunaire).
• Déterminer le flux de radon s’échappant de la Lune et le comparer à celui sur Terre, Mars et Mercure.
• Étudier les propriétés thermo-physiques du régolithe lunaire.
• Étudier le transport des gaz dans l’exosphère lunaire.
• Étudier le transport de la poussière recouvrant le régolithe par la mesure du polonium.
• Améliorer les estimations de la teneur en uranium du régolithe.
• Établir pour la première fois une mesure de référence depuis le sol, en vue d’étalonner les mesures orbitales passées, moins précises, d’Apollo 15 et 16 (NASA 1971 et 1972) et des sondes Lunar Prospector (NASA 1998) et Kaguya (JAXA 2007).

Déroulé du projet

Après son lancement à bord d’une fusée Longue Marche 5 depuis le centre spatial de Wenchang, sur l’île de Hainan en Chine, la sonde Chang’e 6 a entamé un voyage de quelques semaines vers la Lune. S’en est suivi un séjour en orbite autour de la Lune de quelques jours, puis l’atterrisseur de la sonde a rejoint la surface lunaire, au niveau du Pôle Sud-Aitken, sur la face cachée de la Lune. A commencé alors une mission scientifique de 48 heures, durant laquelle l’instrument DORN, installé à bord de l’atterrisseur, a effectué des mesures du radon. 

Pendant ce temps, d’autres instruments (une caméra panoramique, un spectromètre minéralogique, un radar d'exploration lunaire et un dispositif de prélèvement) se sont activés. Notamment, l’un deux a récupéré des échantillons lunaires en prévision de leur retour vers la Terre. Un module de remontée les a ramenés à bord du module de service, resté en orbite, en charge du trajet retour des précieux matériaux.

Organisation

DORN a été conçu et réalisé à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP) sous maîtrise d’ouvrage du CNES. 

L’IRAP a collaboré avec le CEA dont le LNE-Laboratoire National Henri Becquerel pour la production des sources d’étalonnage de Polonium-209 embarquées, ainsi qu’avec Albedo Technologies, une TPE spécialisée dans le développement d’instrumentation de mesure de la radioactivité et le CNRS à travers plusieurs laboratoires dont il est cotutelle, notamment :

• l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP – CNES/CNRS/IRD/Météo France/UT3) qui a mobilisé son Groupe d’Instrumentation Scientifique (GIS), un service technique mutualisé, pour l’architecture thermique et l’usinage de pièces mécaniques ;
• le Laboratoire de physique subatomique et des technologies associées (SUBATECH - CNRS, IMT Atlantique, Université de Nantes) et le GIP Arronax qui ont participé à la caractérisation de l'instrument lors de tests de calibration utilisant les faisceaux protons et alpha de haute énergie du cyclotron Arronax ;

Le développement de l’instrument s’est fait en partenariat avec l’Institut de Géologie et Géophysique de l’Académie des sciences chinoise (IGG-CAS), auquel appartient la co-responsable scientifique du projet DORN (Prof. He Huaiyu).

L’équipe scientifique inclut également des collaborateurs de l’Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP - CNRS, Université Paris Cité), de la China University of Geosciences Beijing (CUGB), du National Space Science Center (NSSC) chinois, de l’Université Christian-Albrechts de Kiel, du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG - CNRS, Université de Lorraine) et du Planetary Science Institute aux États-Unis.