La Luna se formó por el impacto contra la Tierra de un planeta unas 5 veces más grande que Marte

Algunas imágenes extraídas del vídeo que abre esta entrada (C) Southwest Research Institute.

La teoría de formación de la Luna por impacto de un planeta del tamaño de Marte contra la Tierra no explica bien las observaciones. Para obtener un acuerdo excelente hay que suponer que el planeta que impacta tiene una masa entre 4 y 5 veces la de Marte, como muestra el nuevo modelo desarrollado por Robin Canup en el Southwest Research Institute (SwRI) y financiado por el NASA Lunar Science Institute. Este vídeo muestra el resultado de sus simulaciones por ordenador mediante la técnica SPH (Smooth Particle Hydrodynamics) del impacto oblicuo a baja velocidad (v_∞ = 4 km/s) de un planeta con una masa de 0,45 M_⊕ (masas de la Tierra) contra la Tierra primitiva (con masa 1,04 M_⊕),  capaz de producir un disco de materia con suficiente masa (unas 3 M_L) y  momento angular como para formar la Luna (de masa M_L=0,012 M_⊕). La escala de colores indica la temperatura de las 300.000 partículas utilizadas, desde el azul al rojo se pasa de 2500 a 6440 K, el tiempo se mide en horas (se ha simulado un solo día) y las distancias en miles de kilómetros. Tras el impacto inicial, los planetas vuelven a chocar de nuevo, se fusionan y giran rápidamente. Sus núcleos de hierro emigran hacia el centro, mientras que la estructura fusionada desarrolla una especie de barra con brazos en espiral. Los brazos acaban dispersándose para formar un disco que contiene aproximadamente 3 masas lunares cuya composición difiere de la del planeta en menos del 1% (lo que explica la semejanza entre la composición de la Tierra y la Luna). . El artículo técnico es Robin M. Canup, «Forming a Moon with an Earth-Like Composition via a Giant Impact,» Science Express, Published Online October 17 2012 [vídeo en SwRI]. Noticia «New model reconciles the Moon’s Earth-like composition with the giant impact theory of formation,» SwRI News, Oct. 17, 2012.

Este otro vídeo muestra la formación del disco circunterrestre que dio lugar a la Luna a partir del material del manto de la Tierra, pero en el caso del impacto de un objeto pequeño de masa 0,05 M_⊕ (cinco veces la masa de la Luna, como la mitad que la de Marte) y lento, con unos 20 km/s, suponiendo que la Tierra primitiva tiene una masa de 1,05 M_⊕ y un periodo de rotación de 2,3 horas. El círculo gris marca el radio de Roche (2,9 R_⊕). El disco de materia que resulta de la colisión tiene la misma composición que el manto terrestre en la región del impacto. La Luna se forma por acreción de la materia de este disco y se separa de la Tierra debido a las fuerzas de marea. El momento angular total del sistema se conserva, pero parte del momento angular de la Tierra se transfiere a la Luna. Las simulaciones muestran que tras el impacto la Tierra gira entre 2 y 2,5 veces más rápido que en la actualidad; la razón por la que disminuye el momento angular Tierra-Luna es la resonancia por evección entre la Luna y el Sol, como demuestra un nuevo artículo de Cuk y Stewart (Universidad de Harvard), que empieza a actuar cuando la Luna y la Tierra están separados por una distancia mayor de 7 R_E (radios de la Tierra). El artículo técnico es Matija Ćuk, Sarah T. Stewart, «Making the Moon from a Fast-Spinning Earth: A Giant Impact Followed by Resonant Despinning,» Science Express, Published Online October 17 2012.

Cambio del momento angular total del sistema Tierra-Luna debido a la separación de la Luna para diferentes parámetros de las  simulaciones, teniendo en cuenta la resonancia por evección.

Incrementar la entropía de la Tierra primitiva como posible origen de la vida

Si la vida tiene un origen termodinámico, la vida podrá ser explicada termodinámicamente. Así lo cree K. Michaelian en dos artículos en los que discute esta idea. La Tierra hace 4000 millones de años recibía una radiación solar veintitantos órdenes de magnitud superior a la actual con un pico alrededor de 260-280 nm. Las moléculas de ARN/ADN se encuentran entre las más eficientes absorbiendo esta radiación a presiones de una atmósfera. La enorme entropía sobre la Tierra en dicha época podía ser catalizada gracias a estas moléculas. En mi opinión, la idea es muy discutible, pero creo que muchos lectores de este blog estarán interesados en leer estos artículos de K. Michaelian, «Thermodynamic Origin of Life,» ArXiv, Submitted on 1 Jul 2009, y «Thermodynamic Function of Life,» ArXiv, Submitted on 30 Jun 2009. Permitidme traducir libremente los resúmenes de ambos artículos.

«Comprender la función termodinámica de la vida puede acercarnos a su origen. La producción de entropía en los sistemas alejados del equilibrio termodinámico es una medida natural de la tendencia de la Naturaleza para explorar todos los microestados alcanzables. El proceso que produce la mayor cantidad de entropía en la biosfera es la absorción y transformación de la luz del Sol. Según el autor, la vida se inició y existe hoy en día como catalizador dinámico de la absorción y transformación de la luz solar en calor, que puede ser redistribuido eficientemente por el ciclo del agua, los huracanes, las corrientes oceánicas y las corrientes de viento. Las moléculas de ARN y ADN se encuentran entre las moléculas más eficientes conocidas para absorber la luz ultravioleta que podría haber penetrado en la densa atmósfera primigenia, y además son muy rápidas a la hora de transformar esta luz en forma de calor que puede ser rápidamente absorbido por el agua líquida. Según el autor, el origen y la evolución de la vida estaría mediado por el imperativo termodinámico de incrementar la producción de entropía en la Tierra.»

«Aunque la teoría de la evolución de Darwin nos muestra la vida como un proceso de competencia por la supervivencia en un ambiente hostil, desde un punto de vista termodinámico, la vida es un proceso dinámico, fuera del equilibrio, que coevoluciona con su entorno abiótico. La componente viva de la biosfera con mayor masa son las plantas y las cianobacterias que se encargan de transpirar enormes cantidades de agua. Este proceso es clave en el ciclo del agua en la Tierra y la distingue de otros planetas vecinos, como Venus y Marte. El ciclo del agua, incluyendo la absorción de radiación solar en la biosfera, es con mucho el mayor proceso de producción de entropía en la Tierra. La función de la vida, desde esta perspectiva, es fundamentalmente termodinámica, actuando como un catalizador dinámico para la producción de energía. El papel de la vida animal, desde este punto de vista, es meramente servir a las plantas y a las cianobacterias para realizar su función termodinámica, ayudándolas a crecer y a dispersarse en áres inicialmente inhóspitas.»

Curiosas las ideas de Michaelian.

Por cierto, en Menéame podéis encontrar «Los rayos pudieron haber “cocinado la comida” para la vida primitiva (ING)» (traducido al español aquí) y entre los comentarios una recomendación de lectura «La cuestión del origen de la vida en la Tierra.»