El Modelo Del Gran Impacto
Ahora se cree que la Luna se formó como resultado de un impacto épico con un planeta del tamaño de Marte que competía por los mismos “bienes inmuebles” del sistema solar que la Tierra. La Tierra fue más grande y ganó, pero la Luna se formó a partir de los escombros del impacto. Justo después de su formación, la Luna estaba mucho más cerca y ejercía fuerzas mucho mayores en la Tierra. Las complejas interacciones gravitacionales han provocado que la distancia entre la Tierra y la Luna aumente, y todavía está aumentando hoy. La Luna es, por lo tanto, una parte integral de la evolución de la Tierra, y lleva un registro único de esa evolución.
Nueva Evidencia de las Rocas Lunares del Apollo
El escrutinio minucioso de las rocas y los suelos de la Luna traídos por las misiones Apolo demostró que las tres teorías anteriores a 1969 simplemente estaban equivocadas. Tres nuevas pistas de las rocas de Apolo imponen severas restricciones a las ideas sobre cómo surgió la Luna.
Primero, resulta que la Luna difiere dramáticamente de la Tierra en que no tiene un núcleo de metal de hierro grande y denso. El núcleo de la Tierra contiene casi un tercio de su masa, pero el pequeño núcleo de la Luna es menos del tres por ciento de su masa. Esta no es una diferencia trivial, ya que la densidad promedio de la Luna es solo alrededor de dos tercios de la de la Tierra.
En segundo lugar, las rocas lunares casi no contienen rastros de los elementos más volátiles, en particular nitrógeno, carbono, azufre e hidrógeno, que son tan comunes en la superficie de la Tierra. A diferencia de la Tierra, que está cubierta de agua líquida y cuyos suelos contienen abundantes minerales ricos en agua, como arcillas y micas, no se han encontrado minerales que contengan agua de ningún tipo en las rocas de traídas desde la Luna por las misiones Apollo. Algo debe haber “calentado” u “horneado” la Luna para eliminar la mayoría de esos volátiles, porque la Luna ahora es un lugar extremadamente seco.
El tercer hallazgo clave de las misiones Apollo se basa en el elemento oxígeno, o, más específicamente, en la distribución de sus isótopos. El hallazgo clave es que la composición de isótopos de oxígeno de la Luna es indistinguible de la de la Tierra. Entonces, los dos cuerpos parecen haberse formado a partir de las mismas cosas.
Esta evidencia demostró que la teoría de la fisión, la teoría de la captura y la teoría de la acrecreación estaban todas equivocadas. No pasó mucho tiempo para que surgiera una nueva idea.
El Modelo del Gran Impacto
El modelo del «Gran Impacto» surgió a mediados de la década de 1970 en respuesta a la necesidad urgente de algo nuevo. Lo que comenzó como una serie de hipótesis relacionadas, pero poco limitadas, se fusionaron con la sabiduría convencional en una conferencia crucial de 1984 en Hawai, donde los expertos en formación planetaria se reunieron para sopesar todas sus opciones. En un entorno tan embriagador, prevalece la navaja de afeitar de Ockham, que es la demanda de que la solución más simple a un problema consistente con los hechos sea la correcta. El modelo del Gran Impacto se ajustaba perfectamente.
Más de 4.500 millones de años, los planetas se acababan de formar a partir de todos esos planetesimales competidores más pequeños. A medida que la Tierra creció cerca de su diámetro actual de más de 12,700 kilómetros, se tragó casi todos los cuerpos restantes en una sucesión de enormes impactos. Esas penúltimas colisiones con objetos de muchos cientos de kilómetros de diámetro habrían sido espectaculares, pero tuvieron poco efecto en la Tierra, que era el protoplaneta mucho más masivo.
Pero no todos los impactos son iguales. En la historia de la Tierra, se destaca un solo evento. Hace unos 4.530 millones de años, cuando el sistema solar tenía quizás 30 millones de años, la Tierra no estaba sola. Dos objetos planetados, la proto-Tierra negra y un competidor un poco más pequeño del tamaño de un planeta, compitieron por el mismo anillo estrecho de “bienes inmuebles” del sistema solar. El posible planeta más pequeño, «Theia» (Llamado así por la Titán que dio a luz a la Luna), era digno de un estado planetario, probablemente más grande que Marte y aproximadamente un tercio de la masa de la Tierra.
Una regla de la astrofísica es que no hay dos planetas que puedan compartir la misma órbita. Eventualmente, colisionarán, y el planeta más grande siempre gana. Así ocurrió (Según este modelo) con la Tierra y Theia. La principal forma en que los científicos intentan comprender lo que podría haber sucedido es a través de simulaciones informáticas cada vez más vívidas. Algunos modelos son sorprendentemente exitosos y producen un sistema Tierra-Luna bastante parecido al que vemos hoy.
En una versión a menudo descrita, el impacto ocurrió como un deslizamiento lateral sólido, la gran Theia rompiendo la Tierra más grande ligeramente descentrada. Visto desde el espacio, el evento se habría desarrollado en cámara lenta. En el momento del contacto, los dos mundos parecieron al principio “besarse” suavemente. Luego, durante los siguientes cuatro o cinco minutos, Theia fue aplastada sin mucho efecto en la Tierra. Diez minutos después, Theia fue aplastada, mientras que la Tierra comenzó a deformarse. Media hora después de la colisión, Theia simplemente fue borrada, mientras que la Tierra herida ya no era una esfera simétrica. La roca supercaliente se había vaporizado, explotando en corrientes luminosas de la herida abierta y oscureciendo los mundos perturbados.
Otra solución ampliamente citada, propuesta por primera vez en la década de 1970 y refinada en las próximas dos décadas, fue desarrollada por el teórico nacido en Canadá, Alastair Cameron. En su intrigante escenario, Theia era aproximadamente el 40 por ciento de la masa de la proto-Tierra. Una vez más, teorizó que hubo un impacto descentrado, pero esta vez, Theia golpeó más o menos contra la Tierra, como una especie de “gota alargada”, y luego fue empujado hacia atrás para un segundo golpe, en el que Theia desapareció para siempre.
En cualquier caso, la catástrofe arrasó con Theia, que simplemente se vaporizó en una inmensa nube incandescente, decenas de miles de grados de temperatura, alrededor de la Tierra. Theia hizo su daño también. Una parte importante de la corteza terrestre y el manto también se vaporizaron y se expulsaron hacia afuera para mezclarse con los restos dispersos de Theia. Parte del material escapó al espacio profundo, pero la mayoría de los restos salvajes fueron retenidos en órbita por el agarre gravitacional inquebrantable de la Tierra.
De esta nube turbulenta, el metal denso de los núcleos de ambos mundos se tambaleó y se hundió para formar un nuevo núcleo más grande para la Tierra. Los materiales del manto también se mezclaron y vaporizaron, formando una nube de roca vaporizada que rodea el globo infernalmente caliente. Durante un tiempo violento de días o semanas, la Tierra experimentó una lluvia incesante de gotas de silicato de color naranja caliente, que se fusionaron con un océano de magma sin tierra y rojo brillante. Finalmente, la Tierra se apoderó de gran parte de lo que había sido Theia y, por lo tanto, emergió un planeta más masivo.
No toda Theia fue capturada. Más arriba en el espacio, la Tierra se vio rodeada por una gran acumulación de escombros de colisión rocosos, principalmente una mezcla íntima de los dos mantos planetarios. Enfriando gotas rocosas pegadas, con trozos más grandes barriendo los más pequeños. En una especie de repetición instantánea de la aglomeración gravitacional que originalmente formó los planetas, la Luna se fusionó rápidamente y pudo haber alcanzado más o menos su tamaño actual en unos pocos años.
La física de la formación de planetas dicta dónde podría haberse formado la Luna. Cada objeto masivo tiene una esfera circundante invisible, llamada límite de Roche, dentro del cual las fuerzas gravitacionales son demasiado grandes para que se forme un satélite. El límite de la Tierra para Roche es de aproximadamente 18,000 kilómetros, o aproximadamente 10,000 kilómetros desde la superficie.
En consecuencia, los modelos de formación de la Luna ubican el nuevo satélite a una distancia de aproximadamente 24,000 kilómetros de distancia, donde podría crecer de manera ordenada barriendo la mayor parte de los fragmentos dispersos del gran golpe. Entonces, hace aproximadamente 4.530 millones de años, nació la Luna. La Tierra se encontró con un compañero, formado en parte por piezas de sí mismo.
Los científicos adoptaron rápidamente la teoría del gran golpe porque explica todas las pistas principales mejor que cualquier otro modelo. La Luna carece de un núcleo de hierro porque la mayor parte del hierro de Theia terminó dentro de la Tierra. La Luna carece de volátiles porque los volátiles de Theia fueron eliminados durante el impacto. Un lado de la Luna siempre mira a la Tierra porque el momento angular de la Tierra y Theia se unieron en un sistema giratorio.
El gran golpe también ayuda a explicar la inclinación axial anómala de la Tierra de unos 23 grados, un factor que no se maneja bien en ninguno de los escenarios anteriores. El impacto inclinó a la Tierra de costado. De hecho, la constatación de que un impacto gigante tardío formó la Luna ha llevado a especular sobre otras anomalías planetarias en nuestro sistema solar.
Quizás los eventos tardíos de grandes golpes de un tipo u otro son comunes, incluso necesarios. Tal vez eso explique por qué Venus gira de manera «incorrecta» sobre su eje y por qué perdió tanta agua. Quizás un impacto gigante tardío hizo que Urano girara de lado.
La Luna Temprana
La formación de la Luna fue un evento fundamental en la historia de la Tierra, con consecuencias de gran alcance que son completamente sorprendentes y que recién ahora se están enfocando. La Luna de hace 4.500 millones de años no era el disco romántico y plateado que vemos hoy. Hace mucho tiempo, era una influencia mucho más inminente, dominante e inimaginablemente destructiva en el entorno cercano a la superficie de la Tierra.
La Luna se formó a solo 24,000 kilómetros de la superficie de la Tierra. Hoy, por el contrario, la Luna está a aproximadamente 385,000 kilómetros de distancia. A primera vista, parece completamente inverosímil que una Luna gigante pueda alejarse de la Tierra de esa manera, pero las medidas no mienten.
Hace unos 4.500 millones de años, la Luna llenó el cielo, dominando la vista del cosmos, y orbitaba la Tierra en pocos días. Además, la Tierra giraba sobre su eje mucho más rápido que hoy: Un día duraba solo 5 horas y había más de 1,500 días por año.
Las interacciones gravitacionales entre la Tierra y la Luna causaron mareas épicas tanto en tierra como en el agua. Esas mareas “tiraron” de la Luna, haciéndola orbitar más y más rápido, y, por lo tanto, cada vez más lejos, mientras que la rotación de la Tierra se ralentizó. Estas interacciones todavía están ocurriendo hoy.
La Luna sigue siendo un recordatorio luminoso de que el cosmos es un lugar de creación y destrucción entrelazadas. Nuestro vecino cósmico más cercano ofrece un testimonio mudo: Si bien el cambio suele ser gradual y benigno, puede haber días realmente malos. Nos detesta imaginarnos volver a ese tiempo violento y frenético: Océanos de magma, lluvia de silicato incandescente y mareas épicas terrestres en un mundo que carece por completo de una atmósfera que sostenga la vida o agua refrescante.
Referencias
Roberth M. Hazen
James Trefil, Robert M. Hazen
1979 Origin of the Earth and Moon
Alfred E. Ringwood