¿Cuándo se Formó la Luna? Un Viaje a Través de las Teorías y Descubrimientos
La Luna ocupa un lugar destacado en el imaginario colectivo desde tiempos inmemoriales. Las culturas antiguas veían en el satélite la encarnación de diferentes deidades, mientras que los ciclos lunares se asociaban con períodos de creación, destrucción y fertilidad, sentando las bases de futuros calendarios que vienen distribuyendo el tiempo desde épocas remotas.
Sin embargo, el satélite terrestre es algo más que un referente de mitos y leyendas. Gracias a las expediciones lunares, la comunidad científica ha podido descubrir un rico mundo geológico cuya composición es similar a la de nuestro planeta, un hecho que dio lugar al planteamiento de una hipótesis comúnmente aceptada conocida como la "teoría del gran impacto".
La Teoría del Gran Impacto
Según esta teoría, el satélite se originó hace unos 4.600 millones de años, al poco que formarse la Tierra, debido a la colisión de nuestro planeta con un objeto del tamaño de Marte denominado Tea. Esta colisión proyectó al espacio enormes cantidades de detritos que empezaron a orbitar alrededor de nuestro planeta, concentrándose posteriormente en una masa fundida que, a lo largo de millones de años, acabó solidificándose hasta formar el satélite que conocemos hoy.
El gran tamaño, la baja densidad y otras características geológicas de la Luna sugieren que nuestro satélite nació de una explosión de detritos producida a raíz de la colisión de un protoplaneta del tamaño de Marte, llamado Tea, contra la Tierra. La colisión de nuestro planeta con un objeto del tamaño de Marte denominado Tea habría dado lugar a grandes restos que orbitaron nuestro planeta.
En aquella era, la protoTierra estaba envuelta por una capa de silicato fundido, lo cual podría haber desatado una eyección de material que una vez en órbita, podría haberse solidificado hasta formar un cuerpo celeste de estructura geológica similar a la de nuestro planeta.
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¿Cómo se acumuló todo ese material ígneo hasta formar la Luna? En este caso, el fenómeno es conocido como ‘coalescencia’, esto es, la fusión de los detritos puestos en órbita por la explosión, que van uniéndose hasta formar un cuerpo planetario.
“La acreción [que desembocó en la formación de la Luna] se produjo de un modo similar a la formación ‘primaria’ de los planetas y lunas a partir de los planetesimales, pero en este caso en un proceso que podríamos catalogar de secundario, pues la Luna se enriqueció con los materiales desprendidos por nuestro planeta”, afirma Jesús Martínez Frías, investigador científico del Instituto de Geociencias (IGEO) (CSIC-UCM) y profesor honorífico de la UC3M, no involucrado en el estudio.
“Siguiendo el nuevo modelo -aclara Natsuki- el disco de detritos habría acabado solidificándose, dando lugar a un número indeterminado de pequeños objetos (de unos 10 kilómetros de diámetro), que habrían ido acumulándose por acreción hasta formar nuestro satélite.
El Problema de la Composición Lunar
Sin embargo, de ser cierto, el impacto de este cuerpo celeste contra una Tierra relativamente sólida habría creado una luna compuesta en su mayor parte del material del que estaba formado Tea, y no la Tierra. Las teorías prevalecientes hasta ahora podrían explicar bastante bien algunos aspectos de las propiedades lunares. Pero el misterio pendiente ha sido dar respuesta a por qué la composición de la Luna es tan similar a la de la Tierra.
Algo que cuadra, por un lado, con la idea de que la Luna es un pedazo de la Tierra procedente del impacto de Tea. Las muestras lunares estudiadas en los laboratorios muestran firmas de isótopos (átomos inestables) muy similares a las rocas de la Tierra, a diferencia de las rocas de Marte. Así que asumimos que la mayor parte de la masa de la Luna (o su superficie) es terrestre.
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¿Por qué hay tan poquitos rastros de Tea? Incluso asumiendo que Tea retorció su órbita y se mezcló sólo un poco con material de la Tierra, no sería esperable ver similitudes tan fuertes entre la Luna y nuestro planeta.
La Hipótesis del Impacto Múltiple
Una vieja hipótesis afirma que el origen de la Luna habrían sido unas decenas de pequeños impactos contra la Tierra primitiva durante unos cien millones de años. Un artículo en Nature Geoscience rescata la vieja hipótesis y muestra que evita este ajuste fino. Parece una hipótesis más complicada para explicar el origen de la Luna. Pero las simulaciones por ordenador indican que es un escenario más razonable.
Tras cada impacto se forma un disco de escombros que acreta dando lugar a un cuerpo pequeño, una subluna. Una vez formada se aleja de la Tierra durante unos cuantos siglos. La primera subluna se alejaría más lentamente que las demás, con lo que las otras acabarían colisionando con ella. En dicho proceso se incrementa su masa y se facilita que se repita más veces.
En la hipótesis del impacto múltiple, muchos cuerpos de pequeño y mediano tamaño, entre 1% y el 10% de la masa de la Tierra, habrían chocado con la prototierra. Estos cuerpos dan lugar a un disco de escombros que en su mayor parte está en el interior del límite de Roche.
La parte externa al límite de Roche acreta de forma muy eficiente formando un cuerpo pequeño (moonlet) que migra alejándose por las fuerzas de marea gravitacionales. Conforme se aleja su velocidad de alejamiento se reduce hasta quedar atrapado en un pozo de potencial gravitacional de la Tierra.
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Para estudiar el disco de escombros se han realizado 864 simulaciones con diferentes parámetros iniciales, de las cuales 750 conducen a uno compatible con la hipótesis. Se han realizado 1000 simulaciones de Montecarlo para secuencias de 10, 20 y 30 impactos, cada una con diferentes parámetros.
En casi la mitad de las simulaciones se acaba formando un satélite de masa y composición isotópica similar a la Luna. En la hipótesis del gran impacto solo entre el 1% y el 2% (según los diferentes estudios) logra alcanzar esta semejanza.
En cuanto al número de impactos, las simulaciones prefieren un número alrededor de 20, pero todavía es muy pronto para estimarlo con precisión. Por supuesto, toda hipótesis debe ser refrendado por estudios independientes.
La Edad de la Luna Revelada por los Cristales Lunares
La Luna es unos 40 millones de años más antigua de lo que creíamos, según el último estudio de las muestras traídas a comienzos de la década de 1970 por las misiones Apollo. El análisis ha cambiado la cronología, pero no nuestra idea de cómo ocurrió el evento que formó la Luna. El impacto hizo que se liberaran numerosos fragmentos de roca a la órbita terrestre.
El mayor de ellos se convertiría en la Luna, tal y como explican los expertos. Fue al solidificarse esta lava que se formaron los cristales analizados por el equipo de expertos.
Hace más de 4.000 millones de años, cuando el sistema solar aún era joven y la Tierra aún estaba creciendo, un objeto gigante del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra. El trozo más grande que se desprendió de la Tierra primitiva formó nuestra luna. Pero exactamente cuándo sucedió esto sigue siendo un misterio.
"Estos cristales son los sólidos más antiguos conocidos que se formaron después del impacto gigante. Y como sabemos, la edad de estos cristales sirve como ancla para la cronología lunar", indica Philipp Heck, conservador de meteoritos del Museo Field, profesor de la Universidad de Chicago y autor principal del estudio, publicado en Geochemical Perspectives Letters.
La muestra de polvo lunar utilizada en el estudio fue traída por los astronautas del Apolo 17 en la última misión tripulada a la Luna en 1972. Este polvo contiene pequeños cristales que se formaron hace miles de millones de años. Estos cristales son una señal reveladora de cuándo se debió formar la luna.
Cuando el objeto del tamaño de Marte chocó contra la Tierra y formó la Luna, la energía del impacto derritió la roca que eventualmente se convirtió en la superficie de la Luna. "Cuando la superficie se fundía de esta manera, los cristales de circón no podían formarse ni sobrevivir. Por lo tanto, cualquier cristal en la superficie de la luna debe haberse formado después de que este océano de magma lunar se enfrió", dice Heck. "De lo contrario, se habrían derretido y sus firmas químicas se habrían borrado".
Dado que los cristales deben haberse formado después de que el océano de magma se enfrió, determinar la edad de los cristales de circón revelaría la edad mínima posible de la luna. Un estudio anterior del coautor Bidong Zhang sugirió esta edad, pero este estudio más reciente marca el primer uso de un método analítico llamado tomografía con sonda atómica que "determina" la edad de este cristal lunar más antiguo conocido.
"En la tomografía con sonda atómica, comenzamos afilando un trozo de muestra lunar hasta darle una punta muy afilada, utilizando un microscopio de haz de iones enfocado, casi como un sacapuntas muy elegante", dice la coautora Jennika Greer, de la Universidad de Glasgow. "Luego, utilizamos láseres ultravioleta para evaporar átomos de la superficie de esa punta. Los átomos viajan a través de un espectrómetro de masas, y la rapidez con la que se mueven nos dice qué tan pesados son, lo que a su vez nos dice de qué están hechos".
Este análisis átomo por átomo, realizado con instrumentos de la Universidad Northwestern, ha mostrado cuántos átomos dentro de los cristales de circón habían sufrido desintegración radiactiva. Medir la proporción de uranio y plomo para determinar su antigüedad
Cuando un átomo tiene una configuración inestable de protones y neutrones en su núcleo, sufre desintegración, perdiendo algunos de estos protones y neutrones y transformándose en otros elementos. Por ejemplo, el uranio se descompone en plomo.
Los científicos han establecido cuánto tiempo tarda en ocurrir este proceso y, al observar la proporción de diferentes átomos de uranio y plomo (llamados isótopos) presentes en una muestra, pueden saber cuántos años tiene.
"La datación radiométrica funciona un poco como un reloj de arena", dice Heck. "En un reloj de arena, la arena fluye de un bulbo de vidrio a otro, y el paso del tiempo se indica por la acumulación de arena en el bulbo inferior. La datación radiométrica funciona de manera similar contando el número de átomos padres y el número de átomos hijos que han transformado. "El paso del tiempo se puede calcular porque se conoce la tasa de transformación".
La proporción de isótopos de plomo que encontraron los investigadores indicó que la muestra tenía aproximadamente 4.460 millones de años. Por lo tanto, la luna tiene que tener al menos esa edad.
"Es sorprendente poder tener pruebas de que la roca que estás sosteniendo es la parte más antigua de la luna que hemos encontrado hasta ahora. Es un punto de anclaje para tantas preguntas sobre la Tierra. Cuando sabes qué edad tiene algo, podemos comprender mejor lo que le ha sucedido a lo largo de su historia", afirma Greer.
Es importante saber cuándo se formó la Luna, dice Heck, porque "la Luna es un socio importante en nuestro sistema planetario: estabiliza el eje de rotación de la Tierra, es la razón por la que el día tiene 24 horas y es la razón por la que tenemos mareas. Sin la Luna, la vida en la Tierra sería diferente. Es una parte de nuestro sistema natural que queremos comprender mejor, y nuestro estudio proporciona una pequeña pieza del rompecabezas en ese panorama completo".
Características Geológicas de la Luna
La superficie de la Luna está dominada por cráteres (impactos de cometas y asteroides) y mares volcánicos. En contraste con la Tierra dominada por la tectónica de placas, la Luna está compuesta por una sola placa litosférica global.
La geología de la luna comienza a descifrarse y entenderse con el inicio de la era espacial afines de la década de 1950. Para este tiempo comienza la exploración de los planetas por sobrevuelos de naves espaciales, orbitadores y módulos de aterrizaje de los Estados Unidos y la Unión Soviética.
Durante el Programa de Exploración Lunar Apolo de la NASA, se enviaron seis expediciones científicas a la Luna y los exploradores humanos realizaron viajes de campo a diferentes sitios elegidos en función de sus características geológicas e importancia científica.
Durante la misión Apolo 11 y los aterrizajes posteriores de Apolo, los astronautas de la NASA instalaron una red de instrumentos especiales que recogieron datos sobre temblores en la luna. Estos se consideran equivalentes a los terremotos que ocurren a la Tierra, denominados terremotos lunares.
Con las ondas sísmicas detectadas, se obtuvieron pruebas convincentes de que la Luna tiene una corteza, un manto y un núcleo como la Tierra. Y al combinar esto con las mediciones de la gravedad de la Luna en órbita, tuvieron una idea de cuán densas y gruesas son las diferentes capas de la Luna, e incluso cuáles son sólidas y cuáles están fundidas.
Entonces se cree que la Luna consistía en magma fundido en su historia más temprana y que, por diferencia de densidad de los materiales al cristalizar, formaron el núcleo, el manto y la corteza de la Luna.
Cráteres Lunares
La luna fue y es constantemente impactada por meteoritos que generan cráteres en su superficie. A diferencia de la Tierra, la Luna no tiene una atmósfera que la proteja de estos cuerpos.
Alrededor de los cráteres se han formado elevaciones rocosas, “montañas”, conformadas por el material desprendido y expulsado por el agresivo impacto de los meteoritos. Esto dio lugar a colosales bordes que con el tiempo se convirtieron en cadenas montañosas.
En la cara oculta de la Luna se encuentra el Cráter Engelgardt, el cual tiene una cumbre que es casi 2 km más alta que el Monte Everest, con una pendiente de tan solo 3°, en total tiene 10.786 metros sobre la elevación media lunar.
Mares Lunares
Los materiales con características volcánicas que se pueden observar en la superficie de la Luna son generados por de flujos de lava. Esta lava inundó algunos cráteres y crestas y luego se enfrió para formar lo que llamamos “maria”, que significa mares.
Este nombre fue propuesto por Galileo, quien pensó que estos sectores se parecían a grandes áreas lisas de agua. Estos “mares lunares” son más oscuros que el resto de la superficie porque la roca volcánica de la que están hechos está compuesta de hierro, el cual es menos reflectante que otros materiales de roca lunar.
Regolito Lunar
Este es un material que cubre casi toda la superficie de la Luna, se creó a partir del constante bombardeo de micrometeoritos en la Luna, la meteorización espacial causada por el viento solar y los rayos cósmicos en el lecho rocoso de la Luna.
Esto genera la desintegración mecánica de las rocas basálticas y anortosita de la Luna, sumado a la falta de viento y lluvia, lo ha convertido en una especie de arena no consolidada, formada por diminutas partículas afiladas y abrasivas al tacto. Está compuesto por oxígeno, silicio, hierro, calcio y magnesio.
El regolito lunar es la capa límite entre la Luna sólida y su entorno espacial.
El Movimiento de la Luna
La Luna orbitando alrededor de la Tierra tarda 27 días en dar una vuelta completa. En ese momento, mientras nuestra Luna se mueve alrededor de la Tierra, la Tierra también se mueve alrededor del Sol.
La Luna al ser reflejada por la luz del Sol la podemos observar, el Sol siempre está brillando en una mitad de la Luna y es esa mitad la que podemos ver desde la Tierra. La apariencia y la posición de la Luna va cambiando según la forma en que la Tierra y la Luna orbitan alrededor del Sol, sumado a que la Tierra gira una vez cada 24 horas alrededor del sol.
Nosotros desde la Tierra siempre vemos el mismo lado de la Luna, pero la Luna está orbitando alrededor de la Tierra y girando sobre su eje al mismo tiempo. Gira exactamente a la misma velocidad que su órbita, una revolución cada 27 días.
A esta rotación en coincidencia con su órbita se la llama «rotación síncrona» y es el resultado de las fuerzas gravitacionales entre la Tierra y la Luna. Es por estas rotaciones sincronizadas que solo vemos un lado de la Luna.
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