HISTORIA DE LA TIERRA (II): LA LUNA

El origen de la Luna es incierto, aunque existen evidencias que apoyan la hipótesis del gran impacto. La Tierra pudo no haber sido el único planeta que se formase a 150 millones kilómetros de distancia al Sol. Podría haber existido otro protoplaneta a la misma distancia del Sol, en el cuarto o quinto punto de Lagrange. Este planeta, llamado Theia (En la mitología griega, la diosa titánide Tea se casó con su hermano Hiperión y con él tuvo tres hijos, Helios, Selene y Eos: el Sol, la Luna y la aurora), se estima que sería más pequeño que la actual Tierra, probablemente del mismo tamaño y masa que Marte. Iba oscilando tras la Tierra, hasta que finalmente chocó con esta hace 4.533 Ma. La baja velocidad relativa y el choque oblicuo no fueron suficientes para destruir la Tierra, pero una parte de su corteza salió disparada al espacio. Los elementos más pesados de Theia se hundieron hacia el centro de la Tierra, mientras que el resto se mezcló y condensó con el de la Tierra. Esta órbita pudo ser la primera estable, pero el choque de ambos desestabilizó la Tierra y aumentó su masa. El impacto cambió el eje de giro de la Tierra, inclinándolo hasta los 23,5º; siendo el causante de las estaciones (el modelo ideal de los planetas tendría un eje de giro sin inclinación, paralelo al del Sol, y por tanto sin estaciones). La parte que salió despedida al espacio (la Luna), bajo la influencia de su propia gravedad se hizo más esférica y fue capturada por la gravedad de la Tierra.

 

Las mediciones de isótopos de potasio en rocas de la Tierra y la Luna indican que nuestro satélite está formado por manto de la prototierra, vaporizado tras el impacto de otro planeta. Pequeñas diferencias en la separación de los isótopos de potasio entre la Luna y la Tierra estaban ocultas debajo de los límites de detección de la tecnología analítica. Ahora diferencias isotópicas entre las rocas lunares y terrestres  proporcionan la primera evidencia experimental que puede discriminar entre los dos modelos principales para el origen de la Luna.

En un modelo, un impacto de baja energía deja a la prototierra y a la Luna envueltos en una atmósfera de sílice; en la otra, un impacto mucho más severo vaporiza el impactado y la mayoría de la prototierra, que acaba formando un disco enorme de superfluido del que cristalizará la Luna con el tiempo. El hallazgo de que las rocas lunares se enriquecen en el isótopo más pesado de potasio no favorece el modelo de la atmósfera de sílice, que predice que las rocas lunares contienen menos cantidad del isótopo pesado que las rocas terrestres, lo contrario de lo que encontraron los científicos. En su lugar, es compatible con el modelo de la atmósfera del manto, que predice que las rocas lunares contienen más presencia del isótopo pesado que las rocas terrestres. Simulando el crecimiento de los planetas rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) en el seno del disco protoplanetario que se formó junto con nuestro Sol: Se trataba de un disco de gas y polvo en el que la aglomeración de las partículas sólidas en rocas progresivamente mayores acabó dando lugar a la formación de los cuerpos del sistema solar tal y como los observamos hoy

Estas simulaciones también se utilizaron para estudiar los efectos del gran impacto final que dio lugar a la formación de la Luna. Los investigadores encontraron una relación entre el momento del impacto y la cantidad de material que se incorporó a la Tierra tras la gran colisión. Gracias a esta relación, midiendo la masa que se depositó sobre nuestro planeta tras la colisión, se puede datar el momento del nacimiento de nuestro satélite.
¿Cómo medir la masa que cayó a la Tierra tras el gran impacto? Según estudios previos, esta masa puede estimarse a partir de la abundancia en la corteza terrestre de elementos altamente siderófilos (literalmente 'amantes del hierro'), esto es, elementos que tienen alta afinidad por el hierro en estado líquido. Son metales de alta densidad, como el oro, el platino, el rodio, el paladio y el iridio, que tienden a disolverse en el hierro líquido y a formar con él enlaces metálicos.
Los elementos siderófilos existían en la nebulosa presolar, pero no estaban presentes en la corteza de la Tierra primitiva, pues se precipitaron disueltos en el hierro hacia el interior del planeta en el momento de su formación, cuando la Tierra era un cuerpo hirviente, en estado de fusión. Estos elementos debieron terminar, ligados al hierro mediante enlaces metálicos, en una capa densa del núcleo terrestre.
Sin embargo, sorprendentemente, algunas pequeñas cantidades de elementos siderófilos se vuelven a encontrar hoy en la corteza terrestre. Sabemos que tales elementos son muy abundantes en algunos asteroides y ello lleva a pensar que los siderófilos presentes hoy en la superficie de la Tierra fueron aportados mediante caídas de meteoritos y todo tipo de colisiones de otros cuerpos del sistema solar con nuestro planeta. Naturalmente, la gran colisión que formó la Luna debió suponer el aporte más significativo de tales elementos a la corteza de la Tierra.
La abundancia de tales elementos en el manto terrestre puede servir para determinar la masa aportada por la Tierra en la gran colisión y esta masa, a su vez, determina el momento de la formación de la Luna. La abundancia de los elementos siderófilos puede ser por tanto considerada como una especie de reloj geoquímico que permite medir la edad de la Luna. Midiendo la abundancia de tales elementos en el manto terrestre se puede tener, por tanto, una medida del momento de la colisión en la que nació la Luna. En otras palabras, en la abundancia de los elementos siderófilos del manto terrestre quedó escrita la edad de la Luna. Sólo necesitamos tener habilidad para saber leerla
Siguiendo este método, se descarta, con un nivel de confianza del 99,9%, que la Luna se formase en el período de 40 millones de años que siguió a la formación de nuestro planeta, lo que rechaza completamente la idea más extendida hasta la fecha de que la Luna se había formado unos 30 millones de años después de la Tierra. En su lugar, el nuevo estudio sitúa el momento de formación de la Luna en unos 95 millones de años después de la formación de la Tierra.

Las nuevas simulaciones no solo tienen interés para el estudio del nacimiento de la Luna, también demuestran que Marte se formó muy rápidamente en el sistema protosolar, y en un tiempo relativamente corto, mientras que la Tierra se formó más tarde. Tales simulaciones pueden sin duda ayudar a comprender algunas propiedades sorprendentes de nuestro sistema planetario. Por ejemplo, las grandes diferencias existentes entre la Tierra y Venus, dos planetas rocosos llamados a ser gemelos por su masa y tamaño, pueden ser debidas a los momentos y lugares precisos de su formación

Un fuerte argumento a favor de la teoría del gran impacto está basado en las abundancias de los isótopos del oxígeno medidas en las rocas lunares recogidas por las misiones Apolo, pues tales abundancias son prácticamente iguales a las medidas en la Tierra. Sin embargo, esta teoría tiene dificultades para explicar algunas diferencias halladas entre la Tierra y la Luna para las abundancias de otros elementos y compuestos químicos.

En 2001, sin embargo, se descubrió que las composiciones isotópicas de diversos elementos presentes en rocas lunares y terrestres eran casi idénticas. Así, las rocas que los astronautas de las últimas misiones Apolo trajeron a principios de los 70 tenían la misma abundancia de los tres isótopos estables de oxígeno que las rocas terrestres. Se trataba, por tanto, de un resultado extraño al no hallar huellas del planeta que chocó con la Tierra. La posibilidad de que la composición isotópica de ese planeta fuera la misma que la de la Tierra era muy pequeña.

A partir de ahí, la teoría del gran impacto se modificó, y se propusieron dos escenarios para resolver la crisis. El primero sostenía que un choque de baja energía dejó a la prototierra y a la Luna en una atmósfera de silicatos. El segundo escenario, sostenía que el impacto fue muy violento, tanto, que hizo que se vaporizaran los cuerpos al chocar.

La Luna podría haberse formado por una serie de grandes impactos, en lugar de ser resultado de una colisión gigante única, lo que explicaría porque parece estar compuesta en su mayoría por material similar al de la Tierra y no por una mezcla de restos terrestres y de otro planeta. Esos impactos habrían puesto en órbita millones de toneladas de desechos que habrían terminado juntándose y formando el satélite que gira en torno a nosotros.
Se han realizado diversas simulaciones numéricas de grandes cuerpos planetarios impactando contra la Tierra mientras estaba en periodo de formación. En dichas simulaciones, los impactos produjeron discos de desechos, muchos de los cuales estarían formados en su mayor parte por material terrestre. Después de cada impacto los discos de desechos se acumulan para formar una pequeña luna que, según sugieren los autores, habría migrado para fusionarse con una Luna en crecimiento. Según el estudio habían sido necesarios unos 20 impactos de ese tipo en los que se formaba una pequeña luna para acabar formando el satélite terrestre. Este tipo de impactos entre la Tierra y otros cuerpos celestes grandes, capaces de crear pequeñas lunas, eran "lo suficientemente corrientes" en el interior del Sistema Solar como para crear la Luna.

Así, una Luna que se hubiera formado con varios impactos implica que el satélite se creó a lo largo de varios millones de años, en lugar de en un instante geológico. Es difícil poner en órbita un gran trozo de la Tierra de una sola vez para crear la Luna. Se puede hacer, pero requiere unas condiciones específicas que son muy raras.