Autor: Robin Canup
La Luna es más que un espectáculo familiar en nuestros cielos. Dicta las condiciones en la Tierra. La Luna es lo suficientemente grande como para estabilizar la rotación de nuestro planeta, que sostiene el eje polar de la Tierra estable dentro de unos pocos grados.
Sin ella, la inclinación de la corriente de la Tierra variaría de forma caótica por decenas de grados. Tales variaciones grandes podrían no impedir la vida, pero daría lugar a un clima muy diferente.
Sabiendo cómo se hizo la Luna, es central para entender la Tierra y la formación de otros planetas. Desde la década de 1980, el trabajo sobre los orígenes lunares se ha centrado en la teoría del "impacto gigante".
Esta propone que la colisión de otro cuerpo de tamaño planetario con la formación de la Tierra genera un disco de escombros que dio lugar a la formación de la Luna. Tales colisiones gigantes eran comunes en el Sistema Solar durante las etapas finales de la formación de la Tierra hace 4 millones de años.
Pero todavía no comprendemos en detalle cómo un impacto podría haber producido la Tierra y la Luna. En los últimos años, las simulaciones por computador, análisis de isótopos de las rocas y los datos de las misiones lunares, han planteado la posibilidad de nuevos mecanismos para explicar las características observadas del sistema Tierra-Luna.
El principal reto es dar cuenta de forma simultánea para la dinámica de la pareja -en particular, el momento angular total contenida en la órbita de la Luna y el día de 24 horas de la Tierra- y al mismo tiempo la conciliación de sus muchas similitudes de composición y algunas diferencias clave.
La colisión de un gran impactador con la Tierra puede suministrar el momento angular necesario, sino que también crea un disco de material derivado en gran parte de la impactador. Si el cuerpo que cae tenía una composición diferente de la Tierra, como parece probable, dado que la mayoría de los objetos en el Sistema Solar interior hacen, entonces ¿por qué es la composición de la Luna de manera similar a las porciones exteriores de nuestro planeta?
Hasta ahora, las soluciones propuestas apelan a procesos adicionales -tales como una amplia mezcla de materiales de ambos cuerpos o una resonancia gravitacional más tarde con el sol- la viabilidad de los cuales no están claros.
Los científicos planetarios necesitan duplicar esfuerzos de modelado del sistema Tierra-Luna y identificar las firmas químicas de las rocas lunares y terrestres que podrían descartar algunos escenarios o sugerir alternativas.
Más parecidos que diferentes
Hay claras diferencias en las composiciones de la Luna y la Tierra. El Núcleo de la Tierra es rico en hierro, que comprende alrededor del 30% de la masa del planeta. Por el contrario, el hierro contribuye con menos del 10% de la masa de la Luna. La Luna también es menos rica en elementos que se evaporan fácilmente, como el potasio, lo que sugiere que puede haber evaporado y se han perdido cuando la Luna se formó a partir del disco caliente.
Los análisis de las muestras traídas por las misiones Apolo en la década de 1970 han demostrado que los mantos de silicatos de la Luna y la Tierra comparten composiciones isotópicas de oxígeno idénticos (dentro de la precisión de medición), distintas de las de los meteoritos de Marte y de la mayor parte del cinturón de asteroides.
En los últimos años las similitudes han aumentado. Las composiciones de cromo, titanio, tungsteno y de isótopos de silicio de la Luna y la Tierra ahora también parecen ser indistinguibles.
Observaciones de la gravedad de la luna de la Recuperación de la gravedad de la NASA y el Laboratorio Interior (GRAIL) de la NASA, junto con datos de topografía de NASA's Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) spacecraft, han reducido las estimaciones para el espesor de la corteza de la Luna y su abundancia de aluminio.
Estas mediciones sugieren que los elementos refractarios (metales con altas temperaturas de condensación) son igualmente abundantes en ambos cuerpos, en lugar de más frecuente en la Luna, como se pensaba anteriormente.
En conjunto, estos datos implican que, o bien la Luna se formó a partir de material procedente directamente del manto de la Tierra, o que la Luna y la parte de silicato de la Tierra cada una forman a partir de una mezcla idéntica de material. Circunstancias especiales parecen ser necesarios en cada caso.
Modelos de impacto
Colisiones de cómo se formó la Luna se estudian a través de simulaciones. Debido a que la energía causada por el impacto de los planetas en colisión es suficiente para fundir o incluso vaporizarlas es alta, y las fuerzas de presión y los cambios de fase se incorporan en los modelos.
Las interacciones gravitacionales y pares también se incluyen debido a que la colisión distorsiona los planetas y expulsa los desechos en un disco. Manto y materiales de la base tienen que ser rastreados.
En el modelo gigante del impacto, desarrollado desde finales de 1970, la Luna se explica como el producto de un proceso lento, de refilón de un cuerpo del tamaño de Marte -un 10-15% de la masa de la Tierra- en la Tierra primitiva.
La colisión dejó la Tierra que gira rápidamente, una vez cada cinco horas, con la Luna en órbita cerca de la Tierra. Las interacciones gravitacionales y momentos después causaron la órbita de la Luna se expanda y la rotación de la Tierra para frenar a nuestro día en curso de 24 horas. Este modelo es consistente con la masa de la Luna, la falta de hierro y el momento angular del sistema Tierra-Luna.
Propiedades químicas más detalladas son más difíciles de explicar. El modelo gigante del impacto tiene en la Luna condensación del material en un disco, lo que a efectos canónicos derivada fundamentalmente de la capa del impactador.
Pero es improbable que el impactador tenía la misma composición que la Tierra primitiva. La composición de isótopos de oxígeno de Marte, por ejemplo, difiere de la de la Tierra por más de un factor de 50. Si el impactador era tan diferente de la Tierra como Marte es, su firma seguiría siendo detectable en la Luna, incluso después de una colisión gigante.
[Robin Canup is associate vice-president of the Planetary Science Directorate of Southwest Research Institute, Boulder, Colorado.]