Astronomía forense: reconstruyendo a Theia, la creadora de la Luna
Uno de los resultados científicos más importantes del programa Apolo fue la teoría actual del origen de la Luna. Como todo el mundo sabe (¿quién no ha visto un vídeo como este?), esta teoría propone que nuestro satélite se formó mediante el impacto de un cuerpo del tamaño de Marte unos diez millones después de la formación del Sistema Solar. El protoplaneta, bautizado apropiadamente como Theia -en la mitología griega la madre de la diosa Selene-, chocó a poca velocidad (4 km/s) y de forma rasante con la proto-Tierra, de tal forma que el disco de material generado se creó principalmente a partir de Theia. Con el tiempo este material se condensaría para formar la Luna que vemos en nuestros cielos.
Esta teoría canónica de la formación de la Luna, conocida como el Gran Impacto permite explicar el momento angular del sistema Tierra-Luna y, especialmente, la diferencia en tamaño y composición entre la Luna y la Tierra. Y es que cuando el impacto se produjo ambos cuerpos estaban ya fuertemente diferenciados y poseían un núcleo de hierro-níquel, de ahí que una de las predicciones de esta teoría sea que la Luna tenga una menor cantidad de hierro, algo que se pudo comprobar a partir de las muestras que trajeron las misiones lunares de los años sesenta y setenta. Y colorín colorado, aquí se acaba el cuento de la formación de la Luna, ¿no? Pues no, no tan rápido, porque la teoría del Gran Impacto tiene varias lagunas.
La principal tiene que ver con la composición isotópica de nuestro satélite. Porque si bien es cierto que la Luna posee menos hierro, también lo es el que debería tener una composición sustancialmente diferente a la terrestre (todos los cuerpos del sistema solar tienen una composición ligeramente distinta reflejo de su historia única). Sin embargo, los análisis de las muestras del Apolo demuestran que la proporción de isótopos de oxígeno, zirconio, cromo, tungsteno y titanio en las rocas lunares es muy similar a las rocas de la Tierra. O sea, que ambos astros son ‘gemelos isotópicos’. Y eso para un astrogeólogo es lo mismo que decir que comparten un origen común. Entonces, ¿cómo reconciliar estos datos con la teoría del Gran Impacto? Una forma de salir del atolladero es el modelo del ‘atropello y fuga’ (hit and run), propuesta en 2012. De acuerdo con esta versión del Gran Impacto una Theia mucho más grande (con el 20 % de la masa de la Tierra en vez del 10 %) chocó con la proto-Tierra a gran velocidad de tal forma que la mayor parte de la masa de Theia se perdió en órbita solar en vez de fusionarse con nuestro planeta. De este modo, el material a partir del cual se formó la Luna provino principalmente del manto terrestre, explicando así la similitud en la composición de los dos mundos. Naturalmente, ahora tenemos que explicar cómo es posible que el disco protoplanetario albergase suficiente material para formar otro planeta del tamaño de esta ‘súper-Theia’.
Otra variante del Gran Impacto también fue propuesta en 2012 y se denomina modelo de impacto-fisión o modelo de elevado momento angular. En este caso, en vez de una Theia de gran tamaño tendríamos una más pequeña, de entre el 2,6 % y el 10 % de la masa de la Tierra. Esta mini-Theia chocaría con una Tierra con un periodo de rotación extremadamente corto, de tan sólo 2,3 horas, que se reduciría a 2,7 horas tras el impacto. Este día ultra-breve está en el límite de lo físicamente posible, ya que si la proto-Tierra hubiese girado más rápido habría comenzado a desintegrarse. Pero gracias a esta elevada velocidad de rotación, Theia no tendría que ser excepcionalmente grande y el material expulsado habría procedido en su mayoría del manto terrestre, lo que permitiría explicar las semejanzas isotópicas. El inconveniente de este modelo radica en cómo conciliar un periodo de rotación de tan sólo tres horas cuando al estudiar la dinámica del sistema Tierra-Luna sabemos que originalmente la Tierra tenía un día que rondaba las cinco horas de duración. Los partidarios de esta teoría proponen que la Tierra se frenaría posteriormente no sólo mediante el efecto de las fuerzas de marea, sino también debido a una resonancia gravitatoria entre la Luna y el Sol (posible, pero compleja).
Por último, existe un modelo de alto momento angular aún más radical que va más allá y predice un impacto entre dos embriones protoplanetarios de tamaño similar. De esta forma Theia y la proto-Tierra habrían sido muy similares en tamaño y, por tanto, el choque entre ambos habría dado a luz un planeta -la Tierra- y un satélite -la Luna- de idéntica composición. Por motivos obvios, este modelo se conoce como modelo de fusión. Al igual que el modelo de fisión, este modelo habría generado una Tierra con un periodo de rotación muy elevado (de ahí que comparta la denominación de modelo de elevado momento angular).
Ahora bien, ¿dónde se formó Theia? Nadie lo sabe. El modelo de Gran Impacto clásico supone que Theia se encontraba en el punto de Lagrange L5 o L4 del sistema Tierra-Sol antes de acercarse a la Tierra y colisionar con esta. La similitud isotópica entre la Luna y la Tierra admite casi cualquier rango de composiciones primigenias para Theia, así que podría haber tenido una composición similar a la de Venus, la Tierra o Marte. O, dicho con otras palabras, pudo formarse en cualquier punto del sistema solar interior. Vamos, que seguimos igual.
No obstante, tenemos un as en la manga y es que si tenemos en cuenta la diferente proporción de monóxido de hierro (FeO) que presenta la Luna y la Tierra podemos acotar las regiones de formación más probables. Si suponemos que Theia presentaba menos de un 30 % de monóxido de hierro (lo más lógico, ya que valores más altos son extremos en el sistema solar), en este caso se favorecen composiciones similares a la terrestre que, de paso, son incompatibles con la teoría del Gran Impacto original. Es decir, parece que la Luna se formó por el impacto de un protoplaneta más grande o más pequeño que Marte contra una Tierra que rotaba muy rápidamente. Para explicar este modelo Theia tuvo que formarse en la región del disco protoplanetario comprendida entre Venus y la Tierra, pero no más lejos. Esto implica que la composición original del disco más allá de la órbita de la Tierra era diferente a la que se podía encontrar en la órbita de Marte. Nadie sabe si esta hipótesis es cierta, pero si lo es Venus también debería presentar una composición isotópica muy parecida a la de la Tierra. ¿Y es ese el caso? Pues no tenemos ni idea. Así que ahora ya tenemos un motivo más para estudiar en detalle las rocas de Venus.
Comentarios
Publicar un comentario