El 13 de diciembre de 1972, el astronauta del Apolo 17 Garisson Schmitt se acercó a una roca en el Mar de la Tranquilidad en la Luna. "Esta roca tiene su propio pequeño sendero que conduce directamente a la colina", informó a su comandante, Eugene Cernan, señalando dónde estaba la roca antes de rodar colina abajo. Cernan tomó algunas muestras.
"Imagínese cómo habría sido si se hubiera parado allí antes de que rodara esta roca", dijo Cernan pensativo. "Probablemente no lo haría mejor", respondió Schmitt.
Los astronautas tallaron piezas de la luna en la roca. Luego, con un rastrillo, Schmitt raspó la superficie polvorienta y levantó un guijarro que más tarde se llamaría troctolita 76536.
Se suponía que esa roca y sus hermanos cantos rodados iban a contar la historia de cómo llegó a existir nuestra luna. En esta historia de la creación, registrada en innumerables libros de texto y piezas de museos de ciencia durante los últimos cuarenta años, la Luna se derritió a partir de una colisión catastrófica entre una tierra germinal y un mundo sólido del tamaño de Marte. El otro mundo se llamó Teia, en honor a la diosa griega que dio a luz a Selene, la luna. Theia se estrelló contra la Tierra con tanta fuerza que ambos mundos se derritieron. Las corrientes de material fundido arrojadas por Theia luego se enfriaron y solidificaron, formando el compañero plateado que todos conocemos bien.
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Pero las medidas modernas de troctolita 76536 y otras rocas de la Luna y Marte han cuestionado esta teoría. Durante los últimos cinco años, múltiples estudios han descubierto un problema: la hipótesis canónica de colisión gigante se basa en suposiciones que no coinciden con la evidencia. Si Theia golpeó la Tierra y luego formó la Luna, la Luna debe estar hecha del material de Theia. Pero la Luna no es como Theia, o Marte, para el caso. Para los mismos átomos, se ve casi igual que la Tierra.
Ante esta inconsistencia, los exploradores lunares buscaron nuevas ideas para entender cómo llegó a existir la luna. La solución más obvia puede ser la más simple, pero da lugar a otros problemas para comprender el joven sistema solar: quizás Theia formó la Luna, pero Theia también consistía en una sustancia que es casi idéntica a la Tierra. Alternativamente, el proceso de colisión mezcló todo, homogeneizando las piezas individuales y los líquidos en la torta, que luego se cortó en porciones. En este caso, la colisión tenía que ser extremadamente poderosa, o tenía que haber varias de ellas. La tercera explicación cuestiona nuestra comprensión de los planetas. Puede ser que la Tierra y la Luna que tenemos hoy hayan pasado por extrañas metamorfosis y salvajes danzas orbitales que hayan cambiado radicalmente su rotación y futuro.
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Malas noticias para Teia
Para comprender lo que pudo haber sucedido en el día más importante para la Tierra, debe comenzar por comprender la juventud del sistema solar. Hace cuatro mil quinientos millones de años, el Sol estaba rodeado por una nube caliente de escombros en forma de rosquilla. Los elementos estelares giraban alrededor de nuestro sol recién nacido, enfriándose y, a lo largo de los años, fusionándose en un proceso que no entendemos completamente. Primero en grupos, luego en planetesimales, luego en planetas. Estos sólidos eran rígidos y a menudo chocaban, se evaporaban y reaparecían. Fue en este billar estelar increíblemente duro donde se forjaron la Tierra y la Luna.
Para obtener la luna que tenemos hoy, con su tamaño, rotación y la velocidad a la que se aleja de la Tierra, nuestros mejores modelos de computadora dicen que cualquier cosa con la que la Tierra choque, debe ser algo del tamaño de Marte. Cualquier cosa más o menos ya produciría un sistema con un momento angular mucho mayor del que observamos. Un proyectil más grande también arrojaría demasiado hierro a la órbita de la Tierra y produciría una luna mucho más rica en hierro de lo que observamos.
Los primeros estudios geoquímicos de troctolita 76536 y otras rocas apoyaron esta historia. Demostraron que las rocas lunares deben haber nacido en un océano lunar de magma, que podría, a su vez, surgir de una colisión gigante. La troctolita flotaba en el mar fundido como un iceberg en la Antártida. Basándose en estas limitaciones físicas, los científicos decidieron que la Luna estaba hecha de los restos de Theia. Pero hay un problema.
Volvamos al joven sistema solar. A medida que los mundos sólidos chocaban y se evaporaban, su contenido se mezclaba y finalmente se asentaba en regiones separadas. Más cerca del Sol, donde estaba más caliente, los elementos más ligeros tenían más probabilidades de calentarse y escapar, dejando un exceso de isótopos pesados (variaciones de elementos con neutrones adicionales). Más lejos del Sol, las rocas pudieron contener más agua y quedaron isótopos más ligeros. Por lo tanto, un científico puede examinar una mezcla de isótopos para determinar en qué parte del sistema solar apareció, así como un acento delata la patria de una persona.
Estas diferencias son tan pronunciadas que se utilizan para clasificar planetas y tipos de meteoritos. Marte es tan diferente de la Tierra, por ejemplo, que sus meteoritos pueden identificarse simplemente midiendo la proporción de tres isótopos de oxígeno diferentes.
En 2001, utilizando técnicas avanzadas de espectrometría de masas, los científicos suizos volvieron a examinar la troctolita 76536 y otras muestras lunares. Resultó que sus isótopos de oxígeno son indistinguibles de los de la Tierra. Desde entonces, los geoquímicos han estudiado titanio, tungsteno, cromo, rubidio, potasio y otros metales no tan comunes en la Tierra, y todos se veían prácticamente iguales.
Estas son malas noticias para Teia. Si Marte es tan diferente de la Tierra, Theia, y por lo tanto la Luna, también debe ser diferente. Si son iguales, significa que la luna debería haberse formado a partir de piezas fundidas de la Tierra. Resulta que las rocas recolectadas por Apolo contradecirán directamente lo que insiste la física.
"El modelo canónico está en grave crisis", dice Sarah Stewart, científica planetaria de la Universidad de California, Davis. "Ella no ha sido completamente asesinada todavía, pero su estado actual es que no está trabajando".
Luna de vapor
Stewart ha tratado de repensar las limitaciones físicas de este problema, la necesidad de un cuerpo de impacto de tamaño específico que se mueva a una velocidad específica, en el contexto de nueva evidencia geoquímica. En 2012, ella y Matiya Zhuk, ahora en el Instituto SETI, propusieron un nuevo modelo físico para la formación de la luna. Afirmaron que la joven Tierra era un derviche giratorio, cuyo día duró de dos a tres horas, cuando fue atacada por Theia. La colisión produjo un disco alrededor de la Tierra, como el anillo de Saturno, pero que solo duró 24 horas. Finalmente, el disco se enfrió y solidificó para formar la luna.
Las supercomputadoras no son lo suficientemente poderosas para simular completamente este proceso, pero han demostrado que un proyectil que se estrella contra un mundo que gira tan rápido puede cortar suficiente Tierra, destruir completamente a Theia y raspar suficiente piel de ambos para crear una Luna y una Tierra con las mismas proporciones isotópicas. Como un alfarero en un torno de alfarero.
Sin embargo, para que la explicación de la Tierra que gira rápidamente sea correcta, debe haber algo más que ralentice la velocidad de rotación del planeta hasta su estado actual. En su artículo de 2012, Stewart y Chuck argumentaron que para ciertas interacciones orbital-resonantes, la Tierra debería haber transferido el momento angular al sol. Más tarde, Jack Wisdom del Instituto de Tecnología de Massachusetts propuso varios escenarios alternativos para extraer el momento angular del sistema Tierra-Luna.
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Sin embargo, ninguna de las explicaciones fue satisfactoria. Los modelos de 2012 nunca han podido explicar la órbita de la Luna o su química, dice Stewart. Y así, el año pasado, Simon Locke, un graduado de Harvard y estudiante de Stuart en ese momento, presentó un modelo actualizado que sugería una estructura planetaria nunca antes vista.
En su opinión, cada trozo de Tierra y Teia se evaporó y formó una nube hinchada e hinchada en forma de una rosquilla gruesa. La nube giró tan rápido que alcanzó un punto llamado límite de co-rotación. En este borde exterior de la nube, la roca evaporada dio vueltas tan rápidamente que la nube adquirió una nueva estructura, con un disco grueso rodeando la región interior. Es importante destacar que el disco no se separó de la región central de la misma manera que los anillos de Saturno.
Las condiciones en esta estructura son indescriptiblemente infernales; no hay superficie, sino nubes de roca fundida, y cada área de la nube forma gotas de lluvia de roca fundida. Las lunas crecieron dentro de este vapor, dice Locke, antes de que el vapor finalmente se enfriara y dejara atrás el sistema Tierra-Luna.
Dadas las características inusuales de la estructura, Locke y Stewart sintieron que merecía un nuevo nombre. Probaron varias versiones antes de llegar a "sinistía", que usa el prefijo griego "pecado" que significa "juntos", y la diosa Hestia, que representa el hogar, el hogar y la arquitectura. Esta palabra significa "estructura vinculada", dice Stewart.
“Estos cuerpos no son lo que piensas. Y no se ven como pensabas que se verían.
En mayo, Locke y Stewart publicaron un artículo sobre la física de la sinestesia; su trabajo sobre la sinestesia lunar aún está pendiente. Lo presentaron en una conferencia planetaria y dijeron que sus colegas estaban interesados, pero apenas estaban de acuerdo con la idea. Quizás porque la sinergia sigue siendo solo una idea; a diferencia de los planetas anillados, que son muchos en el sistema solar, y los discos protoplanetarios, que son muchos en el universo, nadie ha visto nunca uno solo.
Pero es una forma divertida de explicar las peculiaridades de nuestra Luna cuando nuestros modelos no parecen funcionar.
Diez lunas
Entre los satélites naturales del sistema solar, la luna de la tierra puede ser el más asombroso debido a su soledad. Mercurio y Venus no tienen satélites naturales, en parte debido a su proximidad al sol, cuyo efecto gravitacional hace que las órbitas de los satélites sean inestables. Marte tiene fobos y Deimos diminutos, que algunos creen que son capturados por asteroides; otros hablan a favor de grandes cuerpos que caen a Marte. Los gigantes gaseosos tienen muchos satélites, tanto duros como blandos.
A diferencia de estos satélites, el satélite terrestre también destaca por su tamaño y el estrés físico que soporta. La luna constituye menos del 1% de la Tierra en masa, y la masa total de los satélites de los planetas exteriores es menos del 1/10 por ciento de la de sus padres. Más importante aún, la Luna representa el 80% del momento angular del sistema terrestre:
Luna. En otras palabras, la Luna es responsable del 80% del movimiento del sistema en su conjunto. Para los planetas exteriores, este valor es inferior al 1%.
Quizás Luna no siempre cargó con toda esta carga. La cara del satélite muestra evidencia de fuertes bombardeos; ¿Por qué, entonces, deberíamos asumir que solo un golpe moldeó la luna de la tierra? La luna puede haberse formado en el curso de muchas colisiones, según Raluka Rufu, científico planetario del Instituto de Investigación Weizman en Israel.
En un artículo publicado el invierno pasado, argumentó que el satélite de la Tierra podría no ser original. En cambio, se convirtió en una colección de miles de piezas, al menos diez, según sus cálculos. Los proyectiles volaron en diferentes ángulos y a diferentes velocidades de la Tierra y formaron discos que se fusionaron en "los escombros de las lunas", eventualmente cegando la luna que conocemos hoy.
Los científicos planetarios notaron su trabajo. Robin Canup, científico lunar del Southwest Research Institute y experto en teorías de la formación lunar, dice que vale la pena considerar la teoría. Sin embargo, se necesita más investigación. Rufu no está seguro de si los escombros se movían en la misma dirección, al igual que la luna mira constantemente en la misma dirección. Si es así, ¿cómo podrían haberse fusionado? Esto aún está por verse.
Mientras tanto, otros han recurrido a otra explicación de las similitudes entre la Tierra y la Luna, que podría tener una respuesta muy simple. Desde sinestías hasta cinturones lunares, los nuevos modelos de física, y la nueva física, pueden ser controvertidos. Quizás la Luna es similar a la Tierra solo porque Theia era similar.
Mismo
La luna no es la única cosa "terrestre" del sistema solar. Rocas como la troctolita 76536 tienen la misma proporción de isótopos de oxígeno que las rocas terrestres, así como grupos de asteroides: condritas enstatitas. Los isótopos de oxígeno de estos asteroides son similares a los de la Tierra, dice Miriam Telus, cosmoquímica que estudia los meteoritos en la Carnegie Institution de Washington. “Uno de los argumentos es que se formaron en áreas calientes del disco que podrían estar más cerca del sol”, dice. Es posible que se hayan formado cerca de la Tierra.
Algunas de estas rocas se juntaron para formar la Tierra; otros formaron Theia. Las condritas de enstatita son rocas residuales que nunca se han recolectado o crecido lo suficiente como para formar mantos, núcleos y planetas completamente formados.
En enero, Nicholas Daufas, geofísico de la Universidad de Chicago, declaró que la mayoría de las rocas que se convirtieron en la Tierra eran meteoritos de tipo enstatita. Argumentó que todo lo que se formó en una región se recolectaría de ellos. La construcción planetaria se llevó a cabo utilizando los mismos materiales mixtos que ahora encontramos en la Tierra y la Luna; se ven iguales porque son iguales. El cuerpo gigante que formó la Luna probablemente tenía una composición isotópica similar a la de la Tierra.
David Stevenson, un científico planetario del Instituto de Tecnología de California que ha estudiado los orígenes de la luna desde que se presentó la hipótesis de Theia por primera vez en 1974, dice que considera que este trabajo es la contribución más importante a la controversia durante el año pasado. Porque se centra en un problema que los geoquímicos han estado tratando de resolver durante décadas.
"Esta es una historia inteligente sobre cómo se deben ver los diversos elementos que llegan a la Tierra", dice Stevenson.
Pero no todo el mundo está de acuerdo. Sigue habiendo preguntas sobre las proporciones isotópicas de elementos como el tungsteno, señala Stewart. El tungsteno-182 se deriva del hafnio-182, por lo que la proporción de tungsteno a hafnio funciona como un reloj para determinar la edad de una roca en particular. Si una roca tiene más tungsteno-182 que otra, puede decir con seguridad que la roca rica en tungsteno se formó antes. Pero las mediciones más precisas muestran que las proporciones de tungsteno a hafnio son las mismas para la Tierra y la Luna. Dos cuerpos debían estar en condiciones especiales para que esto sucediera.
Basado en materiales de Quanta
Ilya Khel
