El problema de la formación de la Luna y su geoquímica

Dibujo20131010 planetesimal plowing into the young Earth neatly explains the dynamics of Earth-moon system but not its geochemistry

La teoría estándar para la formación de la Luna es el impacto de un cuerpo de tamaño similar a Marte contra la Tierra primitiva. Pero hay un problema, las simulaciones por ordenador de este impacto o bien explican la dinámica temprana del momento angular del sistema Tierra-Luna, o bien son capaces de explicar la semejanza entre la composición geoquímica de la Tierra y su satélite, pero no ambas cosas. Conocemos la geoquímica lunar gracias al programa espacial Apolo que trajo 382 kilogramos de rocas lunares hasta la Tierra. El año pasado se publicaron dos modelos que proponían el impacto de un objeto de tamaño similar a la Luna, mucho menor que Marte, para tratar de resolver este “pequeño” problema, explicando de forma correcta la composición geoquímica, pero el sistema Tierra-Luna resultante tenía demasiado momento angular y el mecanismo propuesto para reducirlo no satisface a todos los expertos. Hay cosas que creemos que sabemos que sabemos, pero a veces no sabemos que no sabemos. Nos lo cuenta Daniel Clery, “Impact Theory Gets Whacked,” Science 342: 183-185, 11 Oct 2013.

Dibujo20131010 standard giant impact - three models - science mag org

La hipótesis de la formación de la Luna tras un gran impacto fue propuesta por William Hartmann y Donald Davis en 1975. El escenario parecía extraño al principio, pero luego se transformó en el más plausible al explicar tres hallazgos clave de la misión Apollo: la edad de la Luna, la evidencia de que era muy caliente en su juventud y su semejanza química con la Tierra. Pero las primeras simulaciones por ordenador se encontraron con el problema de la geoquímica de la Luna.

En 1986, simulaciones en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México predijeron que tras el impacto la Luna debería estar constituida de forma exclusiva con material del cuerpo impactador si el sistema Tierra-Luna no podía tener demasiado momento angular. Simulaciones en 2004 de Robin Canup (Instituto de Investigación del Suroeste en Boulder, Colorado) lo confirmaron prediciendo que la Luna debería contener más de 80% de material del impactador.

En 2007 se propuso que tras el impacto se destruyeron tanto la TIerra como el impactador, se mezcló su composición y se formaron la Tierra y la Luna a partir del mismo disco de escombros alrededor del joven Sol. Pero se sabe que el disco que formó la Tierra tiene una composición similar al que formó Marte y los cuerpos del cinturón de asteroides. Además, algunos cálculos indican que el proceso de mezcla turbulenta de los materiales de la primitiva Tierra y del impactador necesaria para obtener una composición uniforme acabaría destruyendo el propio disco.

El año pasado se trató de resolver este problema suponiendo que el cuerpo del impactador era más pequeño que Marte (su masa sería unas 1/200 veces la masa de la Tierra), que se movía muy rápido cuando colisionó con la proto-Tierra y que ésta rotaba muy rápidamente. Matija Ćuk y Sarah Stewart de la Universidad de Harvard lograron obtener con sus simulaciones por ordenador una Luna del tamaño correcto compuesta casi en exclusiva de material del manto terrestre, pero por desgracia el sistema Tierra-Luna final tenía el doble del momento angular que tiene hoy en día. Ćuk y Stewart propusieron un mecanismo para reducir este momento angular mediante una resonancia Tierra-Luna-Sol. El ritmo de la precesión del perigeo de la Luna, el punto de su órbita más cercano a la Tierra, se ralentizó por una resonancia de evección. En este proceso hay una transferencia de momento angular de la Luna al Sol y si su duración es suficiente acabaría reduciendo el momento angular del sistema Tierra-Luna hasta el valor actual.

Sin embargo, cálculos recientes parecen indicar que la resonancia de evección no es suficiente para reducir a la mitad el momento angular. Jack Wisdom, del Instituto Técnico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, ha calculado que la resonancia de evección provoca que la órbita de la Luna se vuelva más alargada y aparezcan fuerzas de marea que calientan el material de la Luna, cambiando sus características físicas y adelantando la parada de la resonancia antes de que el momento angular Tierra-Luna tenga el valor actual.

No hay ninguna solución al problema de la formación de la Luna que satisfaga a todos y las soluciones propuestas son “poco naturales” requiriendo un ajuste de parámetros que desagrada a algunos expertos. Lo curioso es que la solución del enigma podría estar en Marte y en Venus. Según modelos de formación planetaria, un planeta tan pequeño como Marte, con una masa de sólo un 10% de la Tierra, no debería haberse formado en el lugar donde ahora se encuentra. Si Marte se hubiera formado en un lugar más interno del sistema solar y más tarde se trasladó de alguna forma hasta su posición actual, entonces la idea de que las proporciones de isótopos en el interior del sistema solar cambian progresivamente con la distancia del sol podría ser desechada y sería mucho más fácil explicar el porqué la proto-Tierra y su impactador tenían composiciones geoquímicas similares. Un estudio geoquímico de Venus sería de gran valor para los expertos. Si Venus tuviera proporciones de isótopos similares a la Tierra entonces sería mucho más probable que el impactador también los hubiera tenido.

En resumen, el problema de la formación de la Luna nos lleva al problema de la formación del Sistema Solar y a la composición geoquímica primitiva de Venus, Marte y el cinturón de asteroides. Los próximos años prometen ser apasionantes.

3 pensamientos en “El problema de la formación de la Luna y su geoquímica

  1. Pues tomar muestras de rocas marcianas es “relativamente” sencillo, pero traerlas de Venus…

  2. Realizar esas comparaciones resulta muy dificil por el momento, habria que esperar a que la tecnología haga lo suyo para poder comprobar esto.

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