El origen de la Luna generalmente se explica por un cuerpo del tamaño de Marte que golpeó la Tierra , creando un anillo de escombros que eventualmente se acumuló en un solo satélite natural , la Luna , pero también hay una serie de variaciones sobre esta hipótesis del impacto gigante . como explicaciones alternativas, y continúa la investigación sobre cómo se formó la Luna. [1] [2] Otros escenarios propuestos incluyen cuerpos capturados, fisión, formados juntos (teoría de condensación, sinestia ), colisiones planetesimales (formadas a partir de cuerpos similares a asteroides) y teorías de colisiones. [3]
La hipótesis estándar del impacto gigante sugiere que un cuerpo del tamaño de Marte, llamado Theia , impactó la protoTierra, creando un gran anillo de escombros alrededor de la Tierra, que luego se acrecentó para formar la Luna. Esta colisión también provocó que el eje de la Tierra se inclinara 23,5°, provocando así las estaciones . [1] [ cita irrelevante ] 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 protoTierra, al igual que el material mixto 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 poca o ninguna masa del cuerpo en colisión podría haber sido parte de la Luna. [7]
"Uno de los desafíos a la antigua teoría de la colisión es que un cuerpo del tamaño de Marte impactando, cuya composición probablemente habría diferido sustancialmente de la de la Tierra, probablemente habría dejado a la Tierra y a la Luna con composiciones químicas diferentes, que son no."
—NASA [1]
Se han planteado algunas teorías que suponen que la protoTierra no tuvo grandes lunas al principio de la formación del Sistema Solar, hace 4.425 millones de años, siendo la Tierra básicamente roca y lava. Theia , uno de los primeros protoplanetas del tamaño de Marte, chocó contra la Tierra de tal manera que expulsó una cantidad considerable de material de la Tierra. Una proporción de estas eyecciones escaparon 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 protoTierra 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 veces se ha hecho referencia a esta última como 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 suficiente momento angular para coincidir con la configuración orbital actual. Tal impacto habría puesto suficiente material en órbita alrededor de la Tierra como para eventualmente acumularse y formar la Luna.
Las simulaciones por computadora muestran la necesidad de un golpe indirecto, lo que hace que una parte del colisionador forme un largo brazo de material que luego se corta. La forma asimétrica de la Tierra tras 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 se habrían vaporizado y fundido billones de toneladas de material. En algunas partes de la Tierra, la temperatura habría aumentado 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, dando lugar 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 giraba en espiral hacia afuera debido a la fricción de las mareas que transfirió el momento angular de las rotaciones de ambos cuerpos al movimiento orbital de la Luna. En el camino, la rotación de la Luna quedó fijada en forma de marea 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 encontró evidencia de agotamiento de volátiles consistente con el origen del impacto gigante de la Tierra y la Luna. [8] En 2013, se publicó un estudio que indicaba que el agua en el magma lunar es indistinguible de la de las condritas carbonosas y casi igual a la de la Tierra en composición isotópica . [9] [10] [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 agoten tanto como se esperaba debido a un impacto tan energético. [12]
Otro tema son las comparaciones de isótopos lunares y terrestres. En 2001 se publicó la medición más precisa hasta el momento de las firmas isotópicas de las rocas lunares . [4] Sorprendentemente, las muestras lunares del Apolo llevaban una firma isotópica idéntica a las rocas de la Tierra, 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] lo que entra en conflicto con la formación de la Luna lejos de la órbita de la Tierra.
Para ayudar a resolver estos problemas, una 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 formó la Tierra y la Luna. [1]
Tradicionalmente se cree que la Luna se fusionó a partir de los escombros expulsados por un impacto gigante sobre la Tierra primitiva. Sin embargo, tales modelos luchan por explicar las composiciones isotópicas similares de las rocas terrestres y lunares al mismo tiempo que el momento angular del sistema, y los detalles de los posibles escenarios de impacto son objeto de acalorados debates. Por encima de un umbral de alta resolución para simulaciones, un estudio publicado en 2022 encuentra que impactos gigantes pueden colocar inmediatamente un satélite con masa y contenido de hierro similar a la Luna en órbita muy fuera del límite de Roche de la Tierra . Incluso los satélites que inicialmente pasan dentro del límite de Roche pueden sobrevivir de manera confiable y predecible, si se los desmonta parcialmente y luego se los coloca en órbitas más amplias y estables. Además, las capas exteriores de estos satélites formados directamente se funden sobre interiores más fríos y están compuestas por alrededor de un 60% de material prototerrestre. Esto podría aliviar la tensión entre la composición isotópica de la Luna, similar a la de la Tierra, y la diferente firma esperada para el impactador. La formación inmediata abre nuevas opciones para la órbita temprana y la evolución de la Luna, incluida la posibilidad de una órbita muy inclinada para explicar la inclinación lunar, y ofrece un escenario más simple de una sola etapa para el origen de la Luna. [15]
En 2004, el astrofísico ruso Nikolai Gorkavyi propuso un modelo novedoso titulado modelo de impactos múltiples de grandes asteroides, [16] [17] que encontró el apoyo de un grupo notable de astrónomos rusos en 2013 [18] y posteriormente, en 2017, de investigadores planetarios en Instituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, Israel. [19] 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 golpearon repetidamente la incipiente Tierra durante millones de años. Una serie de impactos más pequeños, que probablemente fueron más comunes en el Sistema Solar temprano, podrían poner en órbita suficientes desechos rocosos de la Tierra para formar un disco de protosatélite que luego se transformaría en una pequeña luna. [17] [19] A medida que los impactos repetidos crearon más bolas de escombros, las lunas podrían fusionarse con el tiempo en una gran luna. [17] [19]
En 2018, investigadores de Harvard y UC Davis desarrollaron modelos informáticos que demuestran 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. [20]
Esta hipótesis afirma que la Luna fue capturada por la Tierra. [22] Este modelo fue popular hasta la década de 1980, y algunos puntos a su favor son el tamaño, la órbita y el bloqueo de las mareas de la Luna. [22]
Un problema es comprender el mecanismo de captura. [22] Un encuentro cercano de dos cuerpos planetarios normalmente resulta en una colisión o en trayectorias alteradas. Para que esta hipótesis funcione, podría haber habido 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 irregulares de los satélites de Júpiter y Saturno . [23] Sin embargo, esta hipótesis no explica adecuadamente las proporciones de isótopos de oxígeno esencialmente idénticas de los dos cuerpos. [4]
Ésta es la hipótesis ahora desacreditada de que una Tierra antigua que giraba rápidamente expulsó una parte de su masa. [22] [24] Esto fue propuesto por primera vez por George Darwin (hijo del famoso biólogo Charles Darwin ) en 1879 [25] y conservó cierta popularidad hasta Apolo. [22] El geólogo austriaco Otto Ampferer también sugirió en 1925 la aparición de la Luna como causa de la deriva continental . [26]
Se propuso que el Océano Pacífico representaba la cicatriz de este evento. [22] Hoy en día 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 está formada por corteza oceánica sino por material del manto, que se originó en el interior de la protoTierra en el Precámbrico. [7]
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 [27] o incluso como un agujero negro . [28] 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 (25% de su radio en comparación con el 50% de la Tierra). ). [27]
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 protoTierra 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 exterior y el manto de la Tierra . Si las concentraciones de estos elementos radiactivos fueran lo suficientemente altas, esto podría haber dado lugar a una reacción nuclear en cadena que se volvió supercrítica, provocando una explosión nuclear que expulsaría a la Luna a su órbita. [29] [30] [31] Este reactor de fisión nuclear natural se ha observado en la Tierra a una escala mucho menor.
En 2011, se teorizó que existió una segunda luna hace 4.500 millones de años y que luego tuvo un impacto con la Luna, como parte del proceso de acreción en la formación de la Luna. [33]
Una hipótesis, presentada sólo como una posibilidad, fue que la Tierra capturó la Luna de Venus. [34]
La datación con uranio y plomo de fragmentos de circón del Apolo 14 muestra que la edad de la Luna es de unos 4.510 millones de años. [35] [36]
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. [37]
En julio de 2020, los científicos informaron que la Luna se formó 4,425 ±0,025 bya, unos 85 millones de años más tarde 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). [38] [39] [40]
El 1 de noviembre de 2023, los científicos informaron que, según simulaciones por computadora, en el interior de la Tierra podrían estar restos de un protoplaneta , llamado Theia , restos de una colisión con la Tierra en la antigüedad y que luego se convertiría en la Luna . [41] [42]
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