Origen de la luna

El origen de la Luna por lo general se explica por un Marte -sized cuerpo golpeando la Tierra , lo que hace un anillo de escombros que finalmente recoge en un único satélite natural , la Luna , pero hay una serie de variaciones sobre esta hipótesis gigante de impacto , así como explicaciones alternativas, y la investigación continúa sobre cómo llegó a existir la Luna. [1] [2] Otros escenarios propuestos incluyen cuerpo capturado, fisión, formados juntos (teoría de la condensación, Synestia ), colisiones planetesimales (formadas a partir de cuerpos similares a asteroides) y teorías de colisiones. [3]

El lado lejano de la Luna lleno de cráteres

La hipótesis estándar del impacto gigante sugiere que un cuerpo del tamaño de Marte, llamado Theia , impactó la proto-Tierra, creando un gran anillo de escombros alrededor de la Tierra, que luego se acumuló para formar la Luna. Esta colisión también resultó en el eje inclinado 23,5 ° de la Tierra, lo que provocó las estaciones . [1] Las proporciones isotópicas de oxígeno de la Luna parecen ser esencialmente idénticas a las de la Tierra. [4] Las proporciones isotópicas de oxígeno, que pueden medirse con mucha precisión, producen una firma única y distinta para cada cuerpo del Sistema Solar . [5] Si Theia hubiera sido un protoplaneta separado , probablemente habría tenido una firma isotópica de oxígeno diferente a la de la proto-Tierra, al igual que el material mezclado expulsado. [6] Además, la proporción de isótopos de titanio de la Luna ( 50 Ti / 47 Ti ) parece tan cercana a la de la Tierra (dentro de 4 partes por millón) que poco o nada de la masa del cuerpo en colisión probablemente podría haber sido parte de la Luna. [7]

"Uno de los desafíos a la antigua teoría de la colisión es que un cuerpo impactante del tamaño de Marte, cuya composición probablemente habría diferido sustancialmente de la de la Tierra, probablemente habría dejado la Tierra y la Luna con diferentes composiciones químicas, que son no."

—NASA [1]

Muestra lunar 61016, más conocida como " Big Muley "

Se han establecido algunas teorías que presumen que la proto-Tierra no tuvo grandes lunas al principio de la formación del Sistema Solar, hace 4.425 mil millones de años, siendo la Tierra básicamente roca y lava. Theia , un protoplaneta temprano del tamaño de Marte, golpeó la Tierra de tal manera que expulsó una cantidad considerable de material lejos de la Tierra. Una parte de estas eyecciones escapó al espacio, pero el resto se consolidó en un solo cuerpo esférico en órbita alrededor de la Tierra, creando la Luna.

La hipótesis requiere una colisión entre una proto-Tierra de aproximadamente el 90% del diámetro de la Tierra actual y otro cuerpo del diámetro de Marte (la mitad del diámetro terrestre y una décima parte de su masa). A esta última a veces se la ha denominado Theia , el nombre de la madre de Selene , la diosa de la Luna en la mitología griega . Esta relación de tamaño es necesaria para que el sistema resultante tenga un momento angular suficiente para coincidir con la configuración orbital actual. Tal impacto habría puesto suficiente material en órbita alrededor de la Tierra para que eventualmente se hubiera acumulado para formar la Luna.

Las simulaciones por computadora muestran la necesidad de un golpe indirecto, lo que hace que una parte del colisionador forme un brazo largo de material que luego se desprende. La forma asimétrica de la Tierra después de la colisión hace que este material se asiente en una órbita alrededor de la masa principal. La energía involucrada en esta colisión es impresionante: posiblemente billones de toneladas de material se habrían vaporizado y derretido. En algunas partes de la Tierra, la temperatura se habría elevado a 10.000 ° C (18.000 ° F).

El núcleo de hierro relativamente pequeño de la Luna (en comparación con otros planetas rocosos y lunas del Sistema Solar) se explica porque el núcleo de Theia se fusiona principalmente con el de la Tierra. La falta de volátiles en las muestras lunares también se explica en parte por la energía de la colisión. La energía liberada durante la reacreción de material en órbita alrededor de la Tierra habría sido suficiente para derretir una gran parte de la Luna, lo que habría llevado a la generación de un océano de magma .

La Luna recién formada orbitaba aproximadamente a una décima parte de la distancia que lo hace hoy, y gira en espiral hacia afuera debido a la fricción de las mareas que transfiere el momento angular de las rotaciones de ambos cuerpos al movimiento orbital de la Luna. A lo largo del camino, la rotación de la Luna se unió a la Tierra, de modo que un lado de la Luna mira continuamente hacia la Tierra. Además, la Luna habría chocado e incorporado cualquier pequeño satélite preexistente de la Tierra, que habría compartido la composición de la Tierra, incluidas las abundancias isotópicas. Desde entonces, la geología de la Luna ha sido más independiente de la Tierra.

Un estudio de 2012 sobre el agotamiento de los isótopos de zinc en la Luna apoyó el origen del impacto gigante de la Tierra y la Luna. [8]

En 2013, se publicó un estudio que indicó que el agua en el magma lunar es indistinguible de la de las condritas carbonáceas y casi la misma que la de la Tierra en composición isotópica . [9] [10]

La hipótesis del impacto gigante fue nuevamente cuestionada en septiembre de 2013, con una sensación cada vez mayor de que los orígenes lunares son más complicados. [ vago ] [11]

Aunque la hipótesis del impacto gigante explica muchos aspectos del sistema Tierra-Luna, todavía quedan algunos problemas sin resolver, como que los elementos volátiles de la Luna no se agotan tanto como se esperaba de un impacto tan energético. [12]

Otro problema son las comparaciones de isótopos terrestres y lunares. En 2001, se publicó la medición más precisa hasta ahora de las firmas isotópicas de las rocas lunares . [4] Sorprendentemente, las muestras lunares del Apolo tenían una firma isotópica idéntica a las rocas terrestres, pero diferente de otros cuerpos del Sistema Solar. Debido a que se pensaba que la mayor parte del material que entró en órbita para formar la Luna provenía de Theia, esta observación fue inesperada. En 2007, investigadores de Caltech demostraron que la probabilidad de que Theia tenga una firma isotópica idéntica a la de la Tierra es muy pequeña (menos del 1 por ciento de probabilidad). [13] Publicado en 2012, un análisis de isótopos de titanio en muestras lunares del Apolo mostró que la Luna tiene la misma composición que la Tierra, [14] que entra en conflicto con la formación de la Luna lejos de la órbita terrestre.

Fusión de dos planetas

Para ayudar a resolver estos problemas, una nueva teoría publicada en 2012 postula que dos cuerpos, cada uno cinco veces el tamaño de Marte, chocaron y luego volvieron a chocar, formando un gran disco de escombros mixtos que finalmente formaron la Tierra y la Luna. [1] El artículo se tituló “Formar una luna con una composición similar a la de la Tierra a través de un impacto gigante”, por R. M. Canup. [1]

Impactos múltiples

En 2004, el astrofísico Nikolai Gorkavyi propuso un modelo novedoso (modelo de múltiples impactos de asteroides grandes). [15] [16] En 2013, el modelo fue apoyado por un grupo de astrónomos rusos [17] y más tarde, en 2017, por investigadores planetarios del Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot, Israel. [18] En términos generales, la idea principal del modelo sugiere que la Luna se formó como resultado de una violenta lluvia de grandes asteroides (1–100 km) que golpeó repetidamente a la incipiente Tierra durante millones de años. Una serie de impactos más pequeños, que probablemente fueron más comunes en el Sistema Solar temprano, podrían hacer estallar suficientes rocas y tierra de la Tierra en órbita para formar un disco de protosatélites que luego se forma en una pequeña luna. [16] [18] A medida que los impactos repetidos crearon más bolas de escombros, las pequeñas lunares podrían fusionarse con el tiempo en una gran luna. [16] [18]

Hipótesis de la sinestia

En 2018, investigadores de Harvard y UC Davis desarrollaron modelos informáticos que demostraban que un posible resultado de una colisión planetaria es que crea una sinestia , una masa de roca y metal vaporizados que forma un disco bicóncavo que se extiende más allá de la órbita lunar. La sinestia eventualmente se encogerá y enfriará para acrecentar el satélite y reformar el planeta impactado. [19]

Antiguos satélites

Otra posibilidad es que antes del impacto gigante, la Tierra tuviera uno o más satélites normales que compartieran su composición. Después del impacto, la Luna se formó más cerca de la Tierra que estos satélites, y luego giró en espiral hacia afuera, chocando con ellos. (Si la Luna fuera más masiva que los otros satélites, su efecto de marea en la Tierra habría sido mayor, haciéndola girar hacia afuera más rápido). Esto llevó a que la Luna se cubriera con material con la misma composición que los satélites y, por lo tanto, también la Tierra. . [ cita requerida ]

Luna - Oceanus Procellarum ("Océano de tormentas")
Antiguos valles del rift - contexto.
Antiguos valles del rift - primer plano (concepto del artista).

Densidad [20]
CuerpoDensidad
g / cm 3
Mercurio5.4
Venus5.2
tierra5.5
Luna3.3

Capturar

Esta hipótesis establece que la Luna fue capturada por la Tierra. [21] Este modelo fue popular hasta la década de 1980, y algunos puntos a su favor son el tamaño de la Luna, la órbita y el bloqueo de las mareas. [21]

Un problema es comprender el mecanismo de captura. [21] Un encuentro cercano de dos cuerpos planetarios generalmente resulta en una colisión o trayectorias alteradas. Para que esta hipótesis funcionara, podría haber existido una gran atmósfera alrededor de la Tierra primitiva, que ralentizaría el movimiento de la Luna mediante aerofrenado antes de que pudiera escapar. Esa hipótesis también puede explicar las órbitas de los satélites irregulares de Júpiter y Saturno . [22]

La teoría de la captura del donante común explica las similitudes isotópicas entre la corteza terrestre y la luna. Se ha sugerido a Mercurio como donante porque las muestras de la Tierra y la Luna caen exactamente en la misma línea de fraccionamiento que las condritas de enstatita que se cree que se originaron en Mercurio o en la región de Mercurio. Los isótopos de silicio sensibles a la presión [23] coinciden con otros isótopos al confirmar que los minerales en la superficie de la luna y la tierra se originaron a gran presión, presumiblemente del interior de otro planeta. Mercurio, habiendo sido despojado de gran parte de su manto rocoso, es un candidato obvio como donante. [24] [25] Bajo el escenario del origen de la luna cerca del centro del sistema solar, Venus es un trampolín lógico en el camino del origen de nuestro satélite y su destino. [26] [27]

Tierra y Luna a escala, 500 km por píxel

Fisión

Esta es la hipótesis ahora desacreditada de que una Tierra antigua que giraba rápidamente expulsó una parte de su masa. [21] Esto fue propuesto por George Darwin (hijo del famoso biólogo Charles Darwin ) en 1879 [28] y conservó cierta popularidad hasta Apolo. [21] El geólogo austríaco Otto Ampherer en 1925 también sugirió la aparición de la Luna como causa de la deriva continental . [29]

Se propuso que el Océano Pacífico representara la cicatriz de este evento. [21] Hoy se sabe que la corteza oceánica que forma esta cuenca oceánica es relativamente joven, de unos 200 millones de años o menos, mientras que la Luna es mucho más antigua. La Luna no consta de corteza oceánica sino de material del manto, que se originó dentro de la proto-Tierra en el Precámbrico. [7]

Concentraciones de torio en la Luna, cartografiadas por Lunar Prospector

Acreción

La hipótesis de la acreción sugiere que la Tierra y la Luna se formaron juntas como un sistema doble a partir del disco de acreción primordial del Sistema Solar [30] o incluso un agujero negro . [31] El problema con esta hipótesis es que no explica el momento angular del sistema Tierra-Luna o por qué la Luna tiene un núcleo de hierro relativamente pequeño en comparación con la Tierra (el 25% de su radio en comparación con el 50% de la Tierra ). [30]

Explosión nuclear

Los científicos holandeses Rob de Meijer y Wim van Westrenen sugirieron en 2010 que la Luna podría haberse formado a partir de una explosión nuclear causada por la fuerza centrífuga de una proto-Tierra anterior que giraba. La fuerza centrífuga habría concentrado elementos pesados ​​como el torio y el uranio en el plano ecuatorial y en el límite entre el núcleo y el manto exterior de la Tierra . Si las concentraciones de estos elementos radiactivos fueran lo suficientemente altas, esto podría haber llevado a una reacción en cadena nuclear que se volvió supercrítica, provocando una explosión nuclear que expulsó a la Luna a la órbita. [32] [33] Este reactor de fisión nuclear natural se ha observado en la Tierra a una escala mucho menor.

"> Reproducir medios
Vídeo de la evolución de la Luna de la NASA alrededor de 2012. [34]

2011

En 2011, se teorizó que existió una segunda luna hace 4.500 millones de años, y luego tuvo un impacto con la Luna, como parte del proceso de acreción en la formación de la Luna. [35]

2013

Una hipótesis, presentada solo como una posibilidad, fue que la Tierra capturó la Luna de Venus. [36]

2017

La datación de uranio-plomo de los fragmentos de circonio del Apolo 14 muestra que la edad de la Luna es de aproximadamente 4.510 millones de años. [37] [38]

2020

Un equipo de investigadores del instrumento de radiofrecuencia en miniatura (Mini-RF) de la nave espacial Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA concluyó que el subsuelo de la Luna puede ser más rico en metales, como hierro y titanio, más de lo que los científicos habían creído. [39]

En julio de 2020, los científicos informan que la Luna se formó 4.425 ± 0.025 bya, unos 85 millones de años antes de lo que se pensaba, y que albergó un océano de magma durante mucho más tiempo de lo que se pensaba anteriormente (durante ~ 200 millones de años). [40] [41] [42]

  • Geología de la Luna  - Estructura y composición de la Luna
  • Bombardeo intenso tardío  : intervalo en el que se teoriza que una cantidad desproporcionadamente grande de asteroides ha chocado con los planetas interiores.
  • Teoría lunar
  • Lunas reclamadas de la Tierra  : afirma que la Tierra puede tener otros satélites naturales
  • Orbitador de reconocimiento lunar  : nave espacial robótica de la NASA que orbita la Luna
  • MoonRise (propuesta de módulo de aterrizaje lunar)
  • Nave espacial Moon , una hipótesis no científica del origen de la Luna
  • Phaeton , otra hipótesis no científica del origen de la Luna

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  • Formación lunar Case Western Reserve University
  • The Once and Future Moon (28 de septiembre de 2012)
  • Naturaleza: rescatada la teoría del impacto de la formación de la luna