¿De dónde vino la Luna?
La opinión ampliamente aceptada es que la Luna es el resultado de una antigua colisión entre la joven Tierra y un planeta del tamaño de Marte llamado Theia hace unos 4.500 millones de años. El impacto derritió a la Tierra y a Theia y envió material fundido a la órbita alrededor de la Tierra, donde formó un toroide giratorio de roca fundida. Esa roca eventualmente se fusionó en la Luna. Se llama la Hipótesis del Impacto Gigante, y la evidencia isotópica de las rocas lunares de Apolo ilustra el vínculo entre la Tierra y su Luna.
¿Caso cerrado?
No tan rapido. Siempre ha habido problemas con esta hipótesis. ¿Puede un nuevo estudio responderlas?
En nuestra búsqueda por comprender la naturaleza, la Luna es un objetivo principal para muchos de nosotros. Lo miramos cuando somos niños y nos preguntamos qué es. Nos preguntamos de dónde vino y por qué está ahí. Un pariente bien intencionado podría decirnos que Dios lo puso ahí. Pero si ahí es donde termina su curiosidad, probablemente no sea un lector de Universe Today.
A lo largo de la historia e incluso de la prehistoria, personas de diferentes culturas se han preguntado acerca de la Luna. Los maoríes pensaban que era el marido de todas las mujeres ya que controla sus ciclos menstruales. Los siberianos creían que un monstruo llamado Alklha explicaba la Luna. Se come un poco cada noche, lo que hace que desaparezca. Pero la Luna no está de acuerdo con Alklha, y el monstruo la vomita poco a poco, haciéndola reaparecer. (Si hay un eclipse, arroja piedras a la Luna para asustar a Alklha). Algunos pueblos indígenas del continente africano pensaban que la diosa Luna era una compañera del dios Sol, y cuando se conocieron e hicieron el amor, hubo un eclipse. Algo a lo que aspirar en nuestra vida personal.
Pero eso fue todo antes de que la ciencia se pusiera en marcha. La ciencia mejoró un poco las cosas, como cuando el astrónomo británico William Herschel dijo que la Luna estaba habitada y observó a través de su telescopio cómo los marcianos construían cosas. Estaba equivocado, pero al menos estaba usando un telescopio. Y después de la Segunda Guerra Mundial, algunos pensaron que los astronautas nazis ya habían aterrizado en la Luna y vivían en una base ultrasecreta. Sólo un poco más plausible.
La ciencia lunar dio un gran paso adelante durante las misiones Apolo de la NASA. Entre 1969 y 1972, seis misiones Apolo trajeron 382 kilogramos (842 libras) de material lunar. Los científicos no encontraron evidencia de dioses o seres sobrenaturales. Ni de hacer el amor tan apasionadamente que provocó un eclipse.
Pero encontraron pruebas científicas sólidas, y la principal de ellas fueron los isótopos de oxígeno. Los científicos descubrieron que los isótopos de oxígeno contenidos dentro de las rocas de la Luna eran asombrosamente similares a los isótopos de oxígeno en las rocas de la Tierra. ¿Podría ser una coincidencia?
Desde entonces, generaciones de científicos han desarrollado la Hipótesis del Impacto Gigante. Pero también han señalado los agujeros en esa hipótesis. Uno de los agujeros está en el hallazgo inicial de que la Tierra y la Luna comparten firmas de isótopos. Eso significa que tenían que venir de la misma fuente. Pero para que eso suceda, el impactador tendría que haber tenido la misma firma de isótopos. Eso no es probable porque los elementos más ligeros fueron dispersados por el viento estelar en el Sistema Solar primitivo, aún en formación. Es por eso que los planetas interiores son planetas rocosos más pesados, mientras que los planetas exteriores son planetas gaseosos. El viento estelar no podía mover los elementos pesados tan fácilmente. Entonces, si Theia viniera de una región más distante del Sol que la Tierra, tendría una composición diferente, y eso debería reflejarse en la Luna.
Hay mucha evidencia para respaldar la actual Hipótesis del Impacto Gigante (GIH) y muchas preguntas sin respuesta. La Luna, el primer objetivo en nuestra búsqueda para comprender lo celestial, sigue siendo un tema candente de estudio.
Ahí es donde entra en juego este nuevo estudio. Todavía postula un impacto como la fuente de la Luna de la Tierra, pero gracias a las mejoras en las simulaciones de supercomputadoras, llega a un tipo diferente de impacto.
El estudio es “Origen inmediato de la Luna como satélite posterior al impacto”, publicado en The Astrophysical Journal Letters. El autor principal es Jacob Kegerreis del Instituto de Cosmología Computacional del Departamento de Física de la Universidad de Durham. Kegerreis también está asociado con el Centro de Investigación Ames de la NASA.
Los investigadores utilizaron avances en el poder computacional para ejecutar simulaciones de impactos con la Tierra a resoluciones más altas que nunca. Estas simulaciones muestran que el impacto entre la Tierra y Theia fue muy diferente a la Hipótesis del Impacto Gigante. En lugar de un impacto que arrojó una gran cantidad de material fundido al espacio que se condensó en la Luna durante un período de tiempo más largo, la simulación muestra que el impacto creó la Luna al enviar un solo satélite inmediatamente a la órbita.
Si es cierto, este es un cambio masivo en la comprensión, como descubrir que Alklha no es real.
Los investigadores realizaron cientos de simulaciones de impactos y variados ángulos de impacto, velocidades, giros de planetas, masas y más. Descubrieron que las simulaciones anteriores de menor resolución podían pasar por alto aspectos esenciales de las colisiones masivas. Un comunicado de prensa que anunciaba el trabajo decía: “… emergen comportamientos cualitativamente nuevos de una manera que no era posible en estudios anteriores”.
Las simulaciones mostraron que el material fue enviado al espacio cuando ocurrió el impacto, al igual que en el GIH. Pero el material nunca formó un toroide de roca fundida giratoria. En cambio, el proto-satélite que se convertiría en la Luna se separó del remanente del impactador. El remanente del impactador también forma dos cuerpos: un remanente interior y un remanente exterior. El remanente interno transfiere su momento angular al remanente externo y el material expulsado de la Tierra y Theia forma la proto-Luna. Luego, el remanente interno vuelve a caer a la Tierra, dejando la Luna.
Los investigadores publicaron una animación de sus simulaciones de impacto que ilustra el impacto y la formación de la Luna.
Kegerreis y sus colegas de investigación descubrieron que su escenario satelital inmediato puede responder algunas preguntas que el GIH no puede.
El principal obstáculo para la aceptación del GIH es la similitud isotópica entre la Tierra y la Luna. Un impacto cataclísmico con otro planeta de una parte distante del Sistema Solar no puede producir el tipo de similitud isotópica entre la Tierra y la Luna.
Pero el nuevo escenario puede explicarlo. En lugar de derretir y mezclar el material de Theia y la Tierra, las capas exteriores de la Luna contienen cantidades más grandes de material terrestre. Y si el material expulsado de la Tierra no estaba completamente fundido, entonces la Luna primitiva tampoco estaba completamente fundida. Eso podría explicar la delgada corteza de la Luna, otro obstáculo que el GIH tiene que despejar.
También está el tema de la órbita de la Luna. Está inclinado en relación con el ecuador de la Tierra unos 5 grados, y la explicación instantánea del satélite puede explicar eso. “Por el contrario”, explican los autores, “encontramos que un impacto en un objetivo giratorio con un momento angular desalineado con el de la órbita de Theia puede producir fácilmente desechos significativamente inclinados, incluido un satélite, como se ilustra en la Figura 5”.
Las simulaciones del equipo mostraron que la creación instantánea de satélites depende de varios factores, como los ángulos de impacto y la velocidad y el giro de Theia y la Tierra. Pero curiosamente, la temperatura y la estructura interna de ambos cuerpos no cambian mucho los resultados.
Uno de los problemas con el GIH es que no existe un modelo autoconsistente que comience con un impacto gigante y cree escombros que den como resultado una sola Luna. Pero estas simulaciones de mayor resolución han producido una sola Luna. ¿Será esta la última palabra?
“En conclusión”, escriben los autores, “las simulaciones de alta resolución revelan cómo los impactos gigantes pueden colocar inmediatamente un satélite en una órbita amplia con una masa y un contenido de hierro similares a los de la Luna. Las capas exteriores resultantes ricas en material proto-Tierra y las nuevas opciones abiertas para la órbita lunar inicial y la estructura interna podrían ayudar a explicar la composición isotópica de la Luna y otros misterios lunares sin resolver o debatidos”.
Si bien es convincente en su capacidad para responder algunas preguntas de larga data, el escenario del satélite instantáneo no responde a todas nuestras preguntas. Pero las supercomputadoras seguirán haciéndose más poderosas y los científicos seguirán mejorando sus modelos.
“La probabilidad y el potencial de este y otros escenarios de formación de la Luna estarán limitados por: modelos más confiables para la evolución a largo plazo de las órbitas de los satélites, los océanos de magma, los planetas posteriores al impacto y los discos”, escriben los autores.
Con información de UniverseToday.com
