Sistema Tierra-Luna
Theia y su impactante resultado
La Luna, satélite de la Tierra, es un
objeto muy peculiar. La Luna presenta una densidad menor a la Tierra, con un
núcleo de hierro más pequeño, así como una baja cantidad de volátiles y poca
agua. Además, la relación de masa Luna/Tierra excede en gran medida la de
cualquier otro satélite/planeta (a excepción de las relaciones entre Caronte/Plutón
y varios otros satélites/planetas menores) lo que realmente provoca
cuestionarse cómo se formó nuestra luna o cómo se puso en órbita alrededor de
la Tierra tanto material. Y aunque se ha investigado mucho sobre este hecho, el
origen y la formación de la Luna siguen siendo objeto de debate y constituyen
una de las cuestiones científicas clave a resolver.
Además, hay grandes preguntas sobre
las implicaciones específicas de este sistema Tierra-Luna con respecto a su
singularidad, como, por ejemplo, ¿por qué la Tierra es el único planeta
terrestre con una gran luna? y ¿cuáles son las influencias gravitatorias que
ejerce sobre la evolución de la vida y en la estabilidad del clima terrestre? La
presencia de la Luna es de vital importancia para la vida tal y como la
conocemos: Controla la duración del día y las mareas oceánicas, que afectan a
los ciclos biológicos del planeta. La Luna también contribuye al clima de la
Tierra al estabilizar su eje de rotación, ofreciendo un entorno ideal para que
la vida se desarrolle y evolucione.
Entendiendo su importancia y
participando activamente en la dinámica de nuestro planeta durante casi toda su
historia, es importante preguntarse entonces, ¿cuál es el modelo actual que
explica la formación de este gran satélite de la Tierra?
Figura1. Relación a escala de la Tierra y la Luna con imágenes reales. NASA
Qué sucedió
Existen varios modelos de formación para explicar la existencia de nuestra luna, basados en estas tres ideas generales:
1. La teoría de la fisión: la Luna fue una vez parte de la Tierra, pero de alguna manera se separó de ella al principio de su historia.
2. La teoría de la hermandad o co-acreción: la Luna se formó junto a la Tierra (pero independientemente de ella), como creemos que se formaron muchas lunas de los planetas exteriores.
3. La teoría de la captura: la Luna se formó en otro lugar del sistema solar y fue capturada por la Tierra.
Algunos de ellos han funcionado para explicar la existencia de otros satélites que orbitan planetas en el sistema solar, pero que en el caso de la Luna no llegaron a encajar del todo. Estos modelos de captura, co-acreción y fisión se han estudiado con gran detalle, pero ninguno satisface las restricciones dinámicas y químicas de forma directa.
Quizá la hipótesis más fácil de rechazar sea la teoría de la captura. Su principal inconveniente es que es difícil de conciliar la forma en que la Tierra primitiva podría haber capturado una luna tan grande de otro lugar. La hipótesis de la fisión, que afirma que la Luna se separó de la Tierra, se sugirió a finales del siglo XIX. Los cálculos modernos han demostrado que este tipo de fisión o división espontánea es bastante improbable.
Figura 2. Representación
artística de una colisión entre dos cuerpos planetarios. NASA/JPL-Caltech
Figura 3. El modelo
demuestra la viabilidad de la formación de la Luna por una colisión oblicua de
un objeto del tamaño de Marte con la proto-Tierra (a). El impacto gigante
expulsó material de la corteza y del manto (b-e), que posteriormente se
acrecentó en la Luna (f, flecha blanca).
©
Alastair Cameron, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and Sky
Publishing.
Por qué sucedió
El impacto que lo cambió todo
Una vez llegaron las misiones Apolo, y con ellas las primeras muestras lunares, se delató la conexión entre la composición de ambos cuerpos, lo que promovió a definir una nueva teoría para explicar la formación de la Luna hace aproximadamente 4500 millones de años.
Actualmente a teoría preferida para la formación de la Luna es el modelo de impacto gigante, en el que una colisión entre la Tierra y un embrión planetario del tamaño de Marte o mayor (Theia o Teia) expulsaría una gran cantidad de material a la órbita de la Tierra, liberando casi la energía suficiente para fragmentar el planeta. Según las simulaciones por ordenador, tras el impacto, una parte del material que se queda en órbita acaba cayendo de nuevo a la Tierra, pero el material de la parte exterior del disco se desplaza hacia el exterior y permanece en órbita. Este anillo de material en torno a la Tierra finalmente se enfriaría y condensaría conformando la Luna.
Cabe indicar que la mayor parte de este material procedería de los mantos de la Tierra y del cuerpo que impactara, y no de sus núcleos metálicos, lo que explicaría la diferencia de densidades de ambos cuerpos. También, la mayoría de los elementos volátiles se habrían perdido durante la fase de alta temperatura que siguió al impacto, lo que explica la falta de estos materiales en la Luna.
Y aunque la hipótesis del impacto es capaz de explicar el origen de la Luna es un área de investigación que aún continua. Los modelos numéricos son cada vez más sofisticados y demuestran que un impacto gigante puede expulsar suficiente masa a la órbita de la Tierra, y que este se acreciona muy rápidamente para formar la Luna, lo que es coherente con las propiedades orbitales y de composición observadas.
Cómo lo sabemos
Pruebas de las misiones Apolo y meteoritos lunares
Las misiones Apolo trajeron más de un tercio de tonelada de roca y suelo de la Luna. Su estudio fue clave para el entendimiento de la formación de este objeto compañero de la Tierra. Cuando las rocas del Apolo regresaron, mostraron que la Tierra y la Luna tienen algunas similitudes químicas e isotópicas notables, lo que sugirió que tuvieron una historia vinculada común, descartando algunas de las teorías anteriores.
Por ejemplo, si la Luna se hubiera creado en otro lugar y hubiera sido capturada por la gravedad de la Tierra, se esperaría que su composición fuera muy diferente a la de la Tierra. Sin embargo, si la Luna se creó al mismo tiempo, o se desprendió de la Tierra, entonces esperaríamos que el tipo y la proporción de minerales en la Luna fueran los mismos que en la Tierra. Pero son ligeramente diferentes. Los minerales de la Luna contienen menos agua que las rocas terrestres y la Luna es rica en material que se forma rápidamente a alta temperatura.
Pero no sólo las muestras de las Apolo son importantes, el estudio de los meteoritos lunares también ha supuesto una gran fuente de datos para estudiar los orígenes de la Luna. Además, los meteoritos pueden proceder de sitios más dispares, diferentes de las muestras recogidas por los astronautas décadas atrás.
Figura 4. Ejemplo del meteorito lunar Dar al Gani 400
Figura
5. El geólogo-astronauta Harrison Schmitt, piloto del módulo lunar del Apolo
17, utiliza una pala de muestreo ajustable para recoger muestras lunares. NASA.
Figura 6. Las muestras individuales se almacenaron en pequeñas bolsas de muestras. Estas bolsas tenían números de identificación únicos, de modo que cada muestra podía ser comparada con su lugar de recogida después de que las muestras fueran devueltas a la Tierra. Fotografía de la misión Apolo 16. NASA
