El día en que la Tierra se consiguió una Luna

La Luna no siempre ha estado con nosotros. Parece difícil de creer, pero hubo un tiempo en que nuestro satélite no formaba parte del maravilloso espectáculo de la noche terrestre. Aunque, para nuestro consuelo, he de decir que nosotros tampoco estábamos ahí para poder contemplarlo.

Sabemos desde finales de los años setenta que la Luna no se construyó al mismo tiempo que la Tierra. Selene es más joven, tiene entre 30 y 200 millones de años menos que el resto de material similar que conocemos en el sistema solar. Esto es parte de la valiosa información extraída del análisis de la colección de rocas lunares traídas a nuestro planeta fundamentalmente por las misiones Apolo.

Hace 4.500 millones de años que se formó nuestro planeta. Lo hizo a partir del material del disco de rocas y gas que se construyó como consecuencia de la formación del Sol. El análisis de la composición química de las rocas lunares permitió datar la formación de nuestro satélite como posterior. Pero, todavía no tenemos del todo claro cómo ha llegado hasta ahí y esto a pesar de ser el objeto astronómico que tenemos más cerca y de haber sido el objeto de numerosas misiones de exploración incluidas las únicas tripuladas a otro cuerpo celeste.

Gracias a las misiones Apolo, sabemos desde finales de los 70 que la Luna es más joven la Tierra, tiene entre 30 y 200 millones de años menos

La teoría aceptada actualmente acerca del origen de la Luna involucra una colisión, literalmente, planetaria. Cuando la Tierra era joven fue golpeada por un planeta del tamaño de Marte al que incluso le hemos puesto nombre: “Theia”. El impacto provocó la formación de un disco de escombros a partir del cual se puede formar una luna pesada, con un pequeño núcleo de hierro y con las restricciones de momento angular (distancias y velocidades de rotación) que tiene el sistema Tierra-Luna que conocemos.

Pero, aunque en este modelo encajan casi todas las piezas de información disponible, hay algunos detalles que no lo hacen y es ahí donde reside el problema de la formación de nuestro satélite en estos modelos de colisión. El dilema lo continúa planteando fundamentalmente la composición química que se obtiene de las rocas lunares. En la mayor parte de los parámetros de impacto que ajustan con el resto de medidas, el resultado es que la Luna estaría compuesta fundamentalmente por material de Theia, el planeta que nos golpeó.

La composición química del manto lunar, en muchos isótopos, es idéntica a la de la Tierra y es muy poco probable, y esta es la clave, que el planeta responsable de la colisión cósmica tuviese la misma que la proto-tierra, ya que no hay dos cuerpos iguales en el sistema solar a no ser que se formen en el mismo lugar. Para resolver este problema se han explorado diferentes versiones del modelo de impacto. Por ejemplo, usando parámetros extremos como altas velocidades de colisión o versiones alternativas con impactos múltiples que formarían lunas intermedias más pequeñas que después se combinarían hasta construir la que tenemos. El caso es que cuando se ajusta un observable se estropea otro. El resultado es que, aunque parece mentira, no tenemos del todo claro cómo se formó el objeto astronómico más cercano a nosotros.

De ahí la proeza de los modelos que han aparecido recientemente y explican la formación nuestro satélite en solo unas horas. La clave está en que se han realizado simulaciones por ordenador con una resolución hasta 1.000 veces superior a la estándar hasta la fecha y utilizando una técnica conocida como “Smoothed particle hydrodynamics” (SPH). Los modelos, que mueven cientos de millones de partículas y tratan de simular pedazos de luna del tamaño de 14 kilómetros, permiten probar diferentes ángulos de choque, velocidades, giros del planeta y tamaños. El aumento de la potencia de cálculo de los grandes ordenadores permite distinguir comportamientos que no se habían visto en simulaciones anteriores o que se confundían con problemas numéricos de los modelos.

El origen de la Luna involucra una colisión planetaria. Cuando la Tierra era joven fue golpeada por un planeta del tamaño de Marte al que incluso le hemos puesto nombre: ‘Theia’

El resultado es que el impacto gigante de Theia con la Tierra, en lugar de formar un disco de escombros, coloca un satélite de masa y contenido en hierro similar al nuestro en una órbita amplia y estable. Y la composición química en este caso no es un problema, ya que se forman satélites con interiores más fríos, pero con superficies fundidas hechas mayoritariamente de material de la proto-tierra. Así explica por qué el manto lunar es muy similar al de la Tierra, tiene una capa superficial tan delgada y abre además la puerta a nuevos modelos que permitan entender por qué el eje de rotación de la Luna está un poco inclinado.

En este caso, modelos mejorados y una mayor potencia de cálculo permiten entender y simplificar un momento crucial en la evolución de la Tierra: la del gigantesco impacto que dio lugar a la formación de la Luna. Pero comprender la composición de la Luna no es sencillo, en parte porque todo nuestro conocimiento se basa en una pequeña colección de rocas procedentes de una diminuta zona cercana al ecuador de la Luna y una muestra en su cara oculta. Las misiones Artemis que explorarán otras regiones e incluirán muestras extraídas de las profundidades de la Luna, quizás nos cuenten, muy pronto, una historia diferente.

Vacío Cósmico es una sección en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista científico sino también filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” hace referencia al hecho de que el universo es y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, a pesar de que en nuestro entorno, paradójicamente, hay quintillones de átomos por metro cúbico, lo que invita a una reflexión sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección la integran Pablo G. Pérez González, investigador del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología.

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