El origen de la Luna: un cuento de dos planetas

Hace cincuenta años Neil Armstrong, Buzz Aldrin y Mike Collins trajeron las primeras muestras de la Luna para su investigación. Varias cabezas rodaron desde entonces y nuevas hipótesis sobre su origen florecieron como hongos. 

Autora: Kathelijne Bonne / Revisión española: Silvia Zuleta Romano.

Nuestro planeta ha sufrido muchos cambios a lo largo de su historia. Pero la mayoría se manifestaron muy lentamente como la evolución de la vida o la erosión gradual de las montañas. Raramente ha sucedido algo tan repentino que haya tenido un impacto global, como el asteroide que aniquiló a los dinosaurios.

Sin embargo, hubo un evento en particular que se destacó por encima de todos los demás: la formación de la Luna. Ese proceso hizo que nuestro planeta temblara en sus cimientos y lo modificara irreversiblemente, como cuenta el profesor Dr. Robert Hazen en su libro 'La historia de la Tierra'.

Pero no solo eso.

La misma investigación sobre la formación de la Luna causó un gran revuelo. Veamos.

La Luna y la mitología

¿Qué no se ha escrito sobre la Luna? Desde la historia más temprana de la humanidad, este cuerpo celeste ha ejercido una atracción irresistible sobre el ser humano. Los griegos asociaron a sus dioses más antiguos, los Titanes, con los cuerpos celestes.

Theia, uno de los titanes, era la diosa de los cielos, que dio a luz a Selene, la diosa de la Luna.

Conocemos la Luna como un inocente disco de un color blanco lechoso que cambia continuamente de forma y lugar. Y la vida terrestre se mueve al ritmo de ella. Durante siglos, las diferentes fases de la Luna eran la única manera de que la gente pudiera seguir el tiempo sin instrumentos. En Luna llena, la vida era inquieta, más activa. Con Luna Nueva, la noche estaba envuelta en la oscuridad, pero las estrellas brillaban aún más. A veces con la Luna de Sangre o una Superluna, los pueblos del mundo se lanzaban a hacer predicciones sobre el futuro, leer los desastres. La Luna muestra fenómenos atribuidos por el hombre a los caprichos de los dioses y el destino.

Pero hay más.

La Luna no solo ilumina el campo de las supersticiones, sino que tiene efectos reales en el planeta Tierra.

Las mareas de la Luna

Todos los mares del mundo son atraídos hacia la Luna dos veces al día. Las mareas son el resultado de ello. Menos visible es la "fuerza de marea" de la Luna y la Tierra misma: ambos cuerpos se deforman bajo la atracción mutua, lo que, a la larga, reduce la velocidad de rotación de la Tierra.

La Luna es sólo una de las muchas lunas de nuestro sistema solar. Sin embargo, es muy importante para la vida en la Tierra porque controla los movimientos de la Tierra. La misma no sólo gira como una peonza alrededor de su eje, sino que el propio eje también se tambalea. Eso se manifiesta en fluctuaciones más o menos regulares del clima.

Sin la Luna, la Tierra se tambalearía de una manera mucho más caótica, lo que tendría consecuencias desastrosas en el clima, y podría hacer que el planeta Tierra fuera inhabitable.

Dada la importancia de la Luna, cabe preguntarse si, siendo tan indispensable, ha estado siempre ahí.

La respuesta es sí y no.

¿Edad de la Luna?

Hace casi 4.600 millones de años, el sistema solar y los planetas nacieron, pero la Tierra seguía estando sola. Sin embargo, la Luna no tardó mucho en aparecer. Según investigaciones recientes, nació unos 50 millones de años después del nacimiento del sistema solar.

Primero, el sistema solar se formó a partir de un disco protoplanetario de materia en ebullición, con el joven Sol en el centro. Sujetos a las leyes de la gravedad, las partículas más pequeñas y planetesimales fueron succionadas hacia los objectos más grandes. Este proceso se conoce como acreción. Eventualmente, quedaron una docena de protoplanetas más grandes. Todo esto sucedió bastante rápido, al menos geológicamente hablando, en menos de un millón de años. Los grandes cuerpos celestes, o llamados protoplanetas "tragaron" a través del sistema solar como gigantescas aspiradoras los restos de escombros, meteoros y mini planetas que habían quedado sueltos.

La joven e incandescente Tierra, sin Luna aun, fue bombardeada repetidamente por lluvias de meteoritos. La superficie de la misma era un verdadero páramo, cubierto de mares de magma y fuentes de lava, especialmente donde los meteoros golpeaban. Con cada impacto, la superficie de la Tierra se convirtió en una masa líquida, que pronto se solidificó de nuevo, gracias al frío helado del universo circundante.

Pero en todo este proceso no se formó la Luna.

Para entender esto, es preciso volver al presente. Necesitamos saber qué encontraron los viejos científicos antes de llegar a la Luna en 1969. La realidad es que hicieron una observación notable.

Luna enorme

Los científicos descubrieron que la Luna que gira alrededor del planeta Tierra es gigantesca comparada con otras lunas. Algunos científicos incluso hablan de un doble planeta. En otros planetas del sistema solar, las lunas son muy pequeñas comparadas con su planeta anfitrión. Marte está rodeado por dos minúsculas lunas llamadas Fobos y Deimos. Júpiter tiene lunas grandes, pero no son nada comparadas con su enorme anfitrión.

El diámetro de nuestra luna, por otro lado, es más de un cuarto del de la Tierra. Los investigadores tuvieron muchos problemas para explicar este "problema de la luna enorme" porque a diferencia de las otras lunas, que en realidad son asteroides "capturados", el origen de nuestra luna gigante requiere una explicación más compleja.

¿Asteroide o trozo de materia expulsado?

Antes de 1969 y de la llegada del hombre a la Luna, había tres hipótesis en vigor. George H. Darwin, hijo del mejor conocido Charles Darwin, especuló con que un trozo de materia se desprendió de la Tierra. Esa es la teoría de la fisión. El material de desecho podría haber formado la Luna.

Una segunda teoría es la de la captura, en la que las órbitas de la Tierra y un asteroide se acercaron entre sí y el asteroide quedó atrapado en el campo gravitatorio de la Tierra, como sucede en algunos otros planetas.

La tercera teoría, llamada de la co-creación, sostiene que la Luna se formó aproximadamente a la distancia actual de la Tierra, a partir de los restos de la inicial nebulosa solar.

Primeras muestras lunares

Los aterrizajes lunares del Apolo 11 en 1969 causaron un tsunami para la comunidad científica de la época.

Por primera vez se pudieron tocar piezas de la Luna. Los científicos pudieron ver de qué elementos y minerales estaba compuesta.

Se descubrió que sus minerales y sus proporciones eran muy similares a los de la Tierra. Por ejemplo, extraordinariamente, la relación isotópica del elemento oxígeno (los isótopos son átomos con variaciones en el número de neutrones) es exactamente la misma.

Pero también descubrieron importantes diferencias.

La Luna contiene más titanio que la Tierra, pero mucho menos hierro y su núcleo es, en proporción, mucho más pequeño que el de la Tierra. La Luna casi no contiene elementos volátiles, como el nitrógeno, el carbono y el azufre, tan comunes en la Tierra. Estos son los elementos que hacen posible la vida.

En definitiva, la Luna se ve muy similar a la Tierra, pero ¿por qué hay tantas diferencias?

Crisis científica después de la llegada del hombre a la Luna

Con toda esta nueva información, los defensores de las antiguas hipótesis lo pasaron muy mal. Una por una las tres teorías antes mencionadas cayeron como un castillo de naipes.

La teoría de la co-creación fue la primera en sucumbir. Para que sea válida esa teoría, la composición de la Luna tenía que corresponder aún más con la de la tierra, lo cual no es el caso.

La teoría de la captura también se topó con obstáculos insalvables. La Tierra sólo podía "capturar" un objeto si se formaba a la misma distancia del sol, lo que significaba que este objeto también tenía que tener la misma composición.

Y si existiera una luna extraviada que vino desde otra parte del sistema solar, instalándose en una órbita cruzando la de la Tierra, sería imposible que la Tierra la capturara en su campo gravitatorio. La velocidad de tal luna debería ser demasiado alta.

Por último, las leyes de la física tampoco permitieron que se formara la Luna a partir de un pedazo expulsado. El planeta Tierra nunca giró alrededor de su eje lo suficientemente rápido como para catapultar a tal pedazo.

Teoría del Gran Impacto: una nueva hipótesis

Durante los años setenta y ochenta los científicos trabajaron frenéticamente en nuevas ideas. Y así, en una conferencia revolucionaria en Kailua-Kona (Hawaii) en octubre de 1984, una nueva hipótesis surgió de las cenizas.

La nueva hipótesis fue llamada la Teoría del Gran Impacto, o Giant Impact.

Esta teoría proporciona la mejor solución. ¿Pero cómo deberíamos imaginar el Gran Impacto? ¿Qué chocó con qué?

Volvamos otra vez al joven sistema solar.

Se acerca otro proto-planeta

Cincuenta millones de años después de la formación de nuestro sistema solar, la proto-Tierra casi había alcanzado su tamaño actual y todavía era azotada regularmente por lluvias de objetos espaciales. Esto no impidió que girara tranquilamente en su órbita, porque ahora era mucho más grande que los escombros errantes que la golpeaban.

Entonces Theia, otro protoplaneta, se acercó. Theia era más o menos del tamaño de Marte. Durante un corto tiempo, ambas hermanas celestes pasaron una al lado de la otra como dos caballos de carreras, casi rozándose en órbitas cercanas.

Esta situación no pudo durar mucho tiempo.

Las leyes de la astrofísica son implacables: dos planetas de tamaño similar no pueden compartir la misma órbita por mucho tiempo.

Y fue justo lo que pasó.

Los planetas hermanos se acercaron de forma peligrosa.

Una colisión era inevitable. Y así sucedió. Theia rozó la Tierra. Los posibles escenarios de colisión fueron modelados con más y más detalle. Se realizaron miles de simulaciones para ver en qué condiciones de masa, velocidad y ángulo de impacto se produjo un sistema luna-tierra.

Mundos chocados

Una simulación particular de todas las que se hicieron, muestra cómo el drama se desarrolla en cámara lenta. Es fascinante ver el minuto a minuto de este proceso tan dramático (ver también simumación en el video abajo).

En un primer momento, ambos planetas se acercan hasta que se tocan, como si quisieran besarse. Se miran. Se gustan. Pero no hacen nada.

Minutos después Theia comienza a deformarse, como una bola de masa. Sin embargo, la Tierra sigue manteniéndose redonda.

Luego, las cosas cambian: Theia se deforma completamente como una masa, mientras que la Tierra por fin se desequilibra y pierde su forma redonda. Media hora más tarde, Theia está reducida a vapor y el planeta Tierra queda muy abollado. Roca fundida sale en un gran chorro de la zona de impacto y envuelve los mundos chocados.

En la mayoría de las simulaciones Theia desaparece completamente. Se atomiza en una nube incandescente, que se divide y gira alrededor de la Tierra.

La misma, no sale ilesa de este proceso. Parte del manto y el núcleo también se rompe, se evapora, y se mezcla bajo el polvo de Theia. Una pequeña parte del polvo escapa al espacio, pero la gravedad lo retiene en su mayor parte.

Siguiendo esta teoría, la Tierra sería un mundo de magma hirviente de materia parcialmente evaporada y fundida. Los metales pesados pronto se hunden hasta el núcleo, formando uno nuevo, más grande que antes. Durante semanas llueve material caliente tragado por el océano de magma al rojo vivo en la superficie.

Parte del material continúa circulando a distancia, y los escombros se funden hasta que, después de unos años, la Luna alcanza su tamaño actual.

¿Sabemos cómo se formó el sistema Luna-Tierra?

Tanto la Luna como la Tierra tienen algo de Theia y de la proto-Tierra dentro de ellas. Aún no sabemos cuánto de cada una. Eso es otra historia.

¿Podemos dar un suspiro de alivio ahora que creemos saber cómo nació el sistema Tierra-Luna?

No. En ciencia una discusión nunca está cerrada. El origen de Luna está en constante revisión.

La Hipótesis del Gran Impacto está en alza de nuevo y los científicos están afligidos. La Tierra, la Luna y Theia guardan celosamente sus secretos.

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Mira aquí cómo los científicos visualizan la formación de la Luna. Salta las charlas y ve directamente minuto 5:40 donde empieza una espectacular simulación.  

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Fuentes

Thiemens M M, Sprung P, Fonseca R O C. et al., 2019, Early Moon formation inferred from hafnium-tungsten systematics. Nature Geoscience. 12, p. 696-700

Hazen, R. The Story of Earth: The First 4.5 Billion Years, from Stardust to Living Planet.Penguin Books. (2013), 320 p.

Hartmann W K, Phillips R J, Taylor G J, 1986, Origin of the Moon. Papers presented at the Conference on the Origin of the Moon, held in Kona, Hawaii, October 1984. The Lunar and Planetary institute, Houston

Imágenes: dominio público a menos que se indique lo contrario. Algunos terminos clave: Origen de la luna, Theia, Tea, Tierra, disco protoplanetario, proto-Tierra, Theia chocó con la Tierra, gran impacto, luna gran impacto, formacion de la luna

Artículo escrito por Kathelijne Bonne, geóloga y científica del suelo.

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