La luna nació en la colisión de un cuerpo del tamaño de Marte y la Tierra primitiva, pero más allá de eso, mucho sobre el mundo que vemos en nuestros cielos todas las noches sigue siendo un misterio. Después de 61 misiones, incluidas seis visitas de astronautas que recolectaron muestras de rocas lunares, quedan muchas preguntas, incluida la cantidad de luna que se obtiene de las sobras de ese planeta perdido y cuánto fue robado de la Tierra. Responder estas preguntas podría ofrecer nuevas ideas sobre la evolución de ambos cuerpos celestes.
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Ahora, los científicos en Francia e Israel han encontrado evidencia de que el cuerpo más pequeño que se estrelló contra la proto-Tierra probablemente estaba hecho de cosas similares a nuestro mundo natal. Además, según sus modelos de computadora, la composición actual del material lunar se explica mejor si lo que golpeó a la Tierra primitiva se formó cerca. Dos estudios adicionales sugieren que ambos cuerpos construyeron una capa de material adicional a medida que los protoplanetas más pequeños continuaron bombardeando el sistema joven, pero la Tierra recogió mucho más de este recubrimiento posterior.
Según la "hipótesis del impacto gigante", la luna se formó hace unos 4.500 millones de años, cuando un objeto similar a un planeta, aproximadamente una décima parte de la masa actual de la Tierra, se estrelló contra nuestro planeta. Las simulaciones y los estudios recientes de rocas lunares sugieren que la luna debería estar hecha principalmente de los restos del impactador, apodado Theia. Esto explicaría por qué la luna parece estar hecha de material que se parece mucho al manto de la Tierra, como se ve en muestras de rocas y mapas minerales.
El problema es que los planetas tienden a tener composiciones distintas. Marte, Mercurio y grandes asteroides como Vesta tienen proporciones algo diferentes de varios elementos. Si Theia se formó en otro lugar del sistema solar, su composición debería haber sido bastante diferente de la de la Tierra, y la composición general de la luna no debería ser tan similar al manto de la Tierra.
Para tratar de resolver el enigma, Alessandra Mastrobuono-Battisti y Hagai Perets, del Instituto de Tecnología de Israel, analizaron datos de simulaciones de 40 sistemas solares artificiales, aplicando más potencia informática que la utilizada en trabajos anteriores. El modelo hizo crecer los planetas conocidos y un número hipotético de planetesimales y luego los soltó en un juego de billar cósmico.
Las simulaciones suponen que los planetas nacidos más lejos del sol tienden a tener una mayor abundancia relativa de isótopos de oxígeno, según la mezcla química observada en la Tierra, la Luna y Marte. Eso significa que los planetesimales que se generaron cerca de la Tierra deberían tener trazas químicas similares. "Si viven en el mismo vecindario, estarán hechos de aproximadamente el mismo material", dice Perets.
El equipo descubrió que la mayor parte del tiempo, del 20 al 40 por ciento, los grandes impactos involucraban colisiones entre cuerpos que se formaban a distancias similares del sol y que, por lo tanto, tenían una composición similar. Descrito esta semana en Nature, el trabajo respalda la idea intuitiva de que es menos probable que algo navegue y te golpee desde lejos, y explica en gran medida la composición masiva de la luna.
Hasta ahora todo bien, pero eso no explica todo. Todavía hay un rompecabezas persistente vinculado a la abundancia del elemento tungsteno. Este elemento siderófilo, o amante del hierro, debería hundirse hacia los núcleos de los planetas con el tiempo, haciendo que su abundancia sea mucho más variable en diferentes cuerpos, incluso si se formaron juntos. Esto se debe a que los cuerpos de diferentes tamaños formarán núcleos a diferentes velocidades. Si bien habría una pequeña mezcla del impacto, la mayor parte del material del manto rico en tungsteno de Theia habría sido lanzado a la órbita e incorporado a la luna, por lo que la cantidad de tungsteno en la Tierra y la luna debería ser muy diferente.
En dos estudios independientes que también aparecen en Nature, Thomas Kruijer en la Universidad de Münster en Alemania y Mathieu Touboul en la Universidad de Lyon en Francia examinaron la proporción de dos isótopos de tungsteno (tungsteno-184 y tungsteno-182) en rocas lunares y en la Tierra como un todo. Las rocas lunares tienen un poco más de tungsteno-182 que la Tierra, informan los equipos.
Esto es intrigante, porque ese isótopo particular de tungsteno proviene de la desintegración radiactiva de un isótopo del elemento hafnio. Su vida media es corta, solo unos 9 millones de años. Entonces, mientras el tungsteno amante del hierro tiende a hundirse hacia el núcleo, el isótopo de hafnio se mantiene más cerca de la superficie y, con el tiempo, se convierte en tungsteno-182. Eso deja un exceso de tungsteno-182 en el manto de un planeta frente a la cantidad de tungsteno-184 y otros isótopos naturales.
La diferencia entre la Tierra y la luna es relativamente pequeña: los dos estudios lo encuentran en el nivel de 20 a 27 partes por millón. Pero incluso ese pequeño cambio requeriría una gran cantidad de ajustes químicos, dice Kruijer, lo que hace que sea poco probable que sea solo una casualidad. "Variando el tungsteno en solo un porcentaje más o menos tiene un efecto dramático", dice. "La única solución es si el manto de la proto-Tierra tenía un contenido de tungsteno-182 similar al de Theia, y el núcleo del impactador se fusionó directamente con el de la Tierra".
Sin embargo, eso no es probable. Si bien gran parte del núcleo de Theia, siendo más pesado que su manto, permanecerá como parte de la Tierra, el manto se mezclará con el de la Tierra a medida que se arroja a la órbita. Más mezcla ocurre a medida que la luna aumenta. La proporción del material del núcleo y el manto de Theia que se convierte en la luna es una posibilidad aleatoria, pero tenía que haber al menos algo de material del núcleo, dice Kruijer. El equipo de Touboul llegó a una conclusión similar: si las diferencias en la abundancia de tungsteno se debieran a una mezcla aleatoria, ya que las entrañas de Theia estaban chapoteando con las de la Tierra, el planeta y la luna deberían ser aún más diferentes de lo que son.
La solución más simple, dicen los autores, parece ser la hipótesis del "enchapado tardío", que sugiere que la Tierra y la proto-luna comenzaron con proporciones de isótopos de tungsteno similares. La Tierra, al ser más grande y más masiva, continuaría atrayendo más planetesimales después del impacto, agregando nuevo material al manto. La chapa de esos planetesimales habría tenido más tungsteno-184 en relación con el tungsteno-182, mientras que la luna habría mantenido la proporción que data del impacto.
"Esto parece datos sólidos", dice Fréderic Moynier, cosmoquímico y astrofísico del Institut de Physique du Globe de Paris, por correo electrónico. "Se ajusta a la teoría actual de la chapa tardía, que se basa simplemente en la abundancia elemental de los elementos siderófilos (entre ellos el tungsteno): simplemente hay demasiados elementos siderófilos en el manto actual de la Tierra (todos deberían estar en el núcleo) y por lo tanto deben haber sido traídos a la Tierra después de la formación del núcleo a través de impactos de meteoritos ".
Queda un misterio: para que la proto-luna coincida con la proporción de tungsteno de la Tierra, Theia y la Tierra deben haber comenzado con abundancias de tungsteno muy similares. Resolver ese rompecabezas será el trabajo de futuros estudios planetarios, pero al menos por ahora, la historia del origen lunar está comenzando a verse un poco más clara.
