Astronomía forense: reconstruyendo a Theia, la creadora de la Luna

Uno de los resultados científicos más importantes del programa Apolo fue la teoría actual del origen de la Luna. Como todo el mundo sabe (¿quién no ha visto un vídeo como este?), esta teoría propone que nuestro satélite se formó mediante el impacto de un cuerpo del tamaño de Marte unos diez millones después de la formación del Sistema Solar. El protoplaneta, bautizado apropiadamente como Theia -en la mitología griega la madre de la diosa Selene-, chocó a poca velocidad (4 km/s) y de forma rasante con la proto-Tierra, de tal forma que el disco de material generado se creó principalmente a partir de Theia. Con el tiempo este material se condensaría para formar la Luna que vemos en nuestros cielos.

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Theia choca con la prot-Tierra para formar la Luna (Wikipedia).

Esta teoría canónica de la formación de la Luna, conocida como el Gran Impacto permite explicar el momento angular del sistema Tierra-Luna y, especialmente, la diferencia en tamaño y composición entre la Luna y la Tierra. Y es que cuando el impacto se produjo ambos cuerpos estaban ya fuertemente diferenciados y poseían un núcleo de hierro-níquel, de ahí que una de las predicciones de esta teoría sea que la Luna tenga una menor cantidad de hierro, algo que se pudo comprobar a partir de las muestras que trajeron las misiones lunares de los años sesenta y setenta. Y colorín colorado, aquí se acaba el cuento de la formación de la Luna, ¿no? Pues no, no tan rápido, porque la teoría del Gran Impacto tiene varias lagunas.

La principal tiene que ver con la composición isotópica de nuestro satélite. Porque si bien es cierto que la Luna posee menos hierro, también lo es el que debería tener una composición sustancialmente diferente a la terrestre (todos los cuerpos del sistema solar tienen una composición ligeramente distinta reflejo de su historia única). Sin embargo, los análisis de las muestras del Apolo demuestran que la proporción de isótopos de oxígeno, zirconio, cromo, tungsteno y titanio en las rocas lunares es muy similar a las rocas de la Tierra. O sea, que ambos astros son ‘gemelos isotópicos’. Y eso para un astrogeólogo es lo mismo que decir que comparten un origen común. Entonces, ¿cómo reconciliar estos datos con la teoría del Gran Impacto? Una forma de salir del atolladero es el modelo del ‘atropello y fuga’ (hit and run), propuesta en 2012. De acuerdo con esta versión del Gran Impacto una Theia mucho más grande (con el 20 % de la masa de la Tierra en vez del 10 %) chocó con la proto-Tierra a gran velocidad de tal forma que la mayor parte de la masa de Theia se perdió en órbita solar en vez de fusionarse con nuestro planeta. De este modo, el material a partir del cual se formó la Luna provino principalmente del manto terrestre, explicando así la similitud en la composición de los dos mundos. Naturalmente, ahora tenemos que explicar cómo es posible que el disco protoplanetario albergase suficiente material para formar otro planeta del tamaño de esta ‘súper-Theia’.

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Formación de la Luna según el modelo hit and run con una Theia de gran tamaño y un impacto a gran velocidad (Reufer et al.)

Otra variante del Gran Impacto también fue propuesta en 2012 y se denomina modelo de impacto-fisión o modelo de elevado momento angular. En este caso, en vez de una Theia de gran tamaño tendríamos una más pequeña, de entre el 2,6 % y el 10 % de la masa de la Tierra. Esta mini-Theia chocaría con una Tierra con un periodo de rotación extremadamente corto, de tan sólo 2,3 horas, que se reduciría a 2,7 horas tras el impacto. Este día ultra-breve está en el límite de lo físicamente posible, ya que si la proto-Tierra hubiese girado más rápido habría comenzado a desintegrarse. Pero gracias a esta elevada velocidad de rotación, Theia no tendría que ser excepcionalmente grande y el material expulsado habría procedido en su mayoría del manto terrestre, lo que permitiría explicar las semejanzas isotópicas. El inconveniente de este modelo radica en cómo conciliar un periodo de rotación de tan sólo tres horas cuando al estudiar la dinámica del sistema Tierra-Luna sabemos que originalmente la Tierra tenía un día que rondaba las cinco horas de duración. Los partidarios de esta teoría proponen que la Tierra se frenaría posteriormente no sólo mediante el efecto de las fuerzas de marea, sino también debido a una resonancia gravitatoria entre la Luna y el Sol (posible, pero compleja).

Por último, existe un modelo de alto momento angular aún más radical que va más allá y predice un impacto entre dos embriones protoplanetarios de tamaño similar. De esta forma Theia y la proto-Tierra habrían sido muy similares en tamaño y, por tanto, el choque entre ambos habría dado a luz un planeta -la Tierra- y un satélite -la Luna- de idéntica composición. Por motivos obvios, este modelo se conoce como modelo de fusión. Al igual que el modelo de fisión, este modelo habría generado una Tierra con un periodo de rotación muy elevado (de ahí que comparta la denominación de modelo de elevado momento angular).

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Teoría canónica de la formación de Theia y posterior choque con la proto-Tierra (Wikipedia).

Ahora bien, ¿dónde se formó Theia? Nadie lo sabe. El modelo de Gran Impacto clásico supone que Theia se encontraba en el punto de Lagrange L5 o L4 del sistema Tierra-Sol antes de acercarse a la Tierra y colisionar con esta. La similitud isotópica entre la Luna y la Tierra admite casi cualquier rango de composiciones primigenias para Theia, así que podría haber tenido una composición similar a la de Venus, la Tierra o Marte. O, dicho con otras palabras, pudo formarse en cualquier punto del sistema solar interior. Vamos, que seguimos igual.

No obstante, tenemos un as en la manga y es que si tenemos en cuenta la diferente proporción de monóxido de hierro (FeO) que presenta la Luna y la Tierra podemos acotar las regiones de formación más probables. Si suponemos que Theia presentaba menos de un 30 % de monóxido de hierro (lo más lógico, ya que valores más altos son extremos en el sistema solar), en este caso se favorecen composiciones similares a la terrestre que, de paso, son incompatibles con la teoría del Gran Impacto original. Es decir, parece que la Luna se formó por el impacto de un protoplaneta más grande o más pequeño que Marte contra una Tierra que rotaba muy rápidamente. Para explicar este modelo Theia tuvo que formarse en la región del disco protoplanetario comprendida entre Venus y la Tierra, pero no más lejos. Esto implica que la composición original del disco más allá de la órbita de la Tierra era diferente a la que se podía encontrar en la órbita de Marte. Nadie sabe si esta hipótesis es cierta, pero si lo es Venus también debería presentar una composición isotópica muy parecida a la de la Tierra. ¿Y es ese el caso? Pues no tenemos ni idea. Así que ahora ya tenemos un motivo más para estudiar en detalle las rocas de Venus.

Referencias:


30 Comentarios

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danieldaniel

Fascinante e inquietante: de alguna manera se tuvo que formar la Luna, pero sólo podemos conjeturar con varios modelos, de los cuales sólo uno puede ser verdadero, o no serlo ninguno. Y todo está en la cabeza del que piensa ese modelo, aunque “en realidad” no sea más que fantasía. ¿Qué ocurrió “en realidad”?. ¿Es posible saberlo “a ciencia cierta”, algún día? ¿Qué pasa cuando un árbol cae en un bosque si nadie lo oye caer…? Pue eso.

TojeiroTojeiro

Lo mejor de estudiar los posibles orígenes de la Luna-Tierra es que nos proporciona mas posibilidades de aplicar esos modelos “fallidos”, después de todo solo una explicación es finalmente la verdadera para nuestro caso, para explicar los orígenes de otros astros y en consecuencia refinarlos. Que un modelo no sea aplicable a nuestro caso no implica que no pueda darse en otro punto del basto universo.

AlexisAlexis

La luna es un satélite artificial traído a la órbita terrestre, no hay ninguna teoría mejor que esa! Felicitaciones Daniel me encanta tu portal, lo sigo desde la primera vez que lo leí.

JosemaJosema

Eso, fue traida por malvados seres reptiloides de Raticulin con ovnis cigarro y chemtrails. Ya que te pones dilo todo 🙂 Fantástico artículo Daniel!

santaklaussantaklaus

No majo, no es un satélite artificial, es una nave extraterrestre y está llena de mnillones de alienígenas que nos van a comer a todos los higadillos, pero primero a los que creen en la Luna como un satélite artificial (eso para ellos es sacrilegio).
¿es que no conoces a ninguno de ellos? Están entre nosotros, pero disfrazados porque nos están estudiando. No hay ninguna teoría mejor que esa. Ya demás está demostrada científicamente. Ánimo que seguiré tus historietas.

danieldaniel

También pudo ser que la Tierra y la Luna se formaran en el mismo disco circumestelar y quedaran orbitando como dos estrellas binarias.

FERNANDO GENERALEFERNANDO GENERALE

Espero que tu comentario sea sarcástico, porque sin ofender me párese que has
visto demasiados episodios de X FILE.

PalomaPaloma

Y si fue la luna primero que la tierra? Y si la tierra pasaba por alli? Quedo atrapada por el sol y mas tarde la luna que estaba atrapada por el sol quedo atrapada por la tierra, y si la luna, la tierra y el “meteorito” vienen del sol, y si el meteorito es un escupitajo del sol? Y si lo fue la luna? Asi hasta que me duerma.

TojeiroTojeiro

Normalmente estas preguntas se responden con el que modelo precisa de menos complejidad y es mas probable. Con esas dos premisas se suele acertar con lo sucedido o por lo menos aproximarse bastante al modelo mas valido que lo explica.

Podemos añadir muchas premisas al origen para que nuestro modelo “cuadre” pero al final hay que confirmar esas premisas con pruebas.

AnónimaAnónima

Una entrada tan amena y divertida como interesante. Nada mejor para empezar el día. ^^

AntonioAntonio

Muy interesante el artículo con sus diferentes teorías pero me gustaría saber si existe alguna teoría que intente explicar porqué la luna es el único cuerpo de nuestro sistema solar que no tiene movimiento de rotación (no rota sobre sí mismo).

jorgejorge

hola atonio, la luna si rota sobre si misma, lo que pasa es que tiene un periodo de rotacion que dura exactamente lo mismo lo que tarda en dar una vuelta completa alrededor de la tierra. Es mas sencillo de lo que parece y de lo mal que me explico, la luna siempre muestra la misma cara a la tierra, haz la prueba con un balon y una pelota de tenis, por ejemplo, apunta siempre la misma cara de la pelota de tenis al balon, y da una vuelta completa al balon, al llegar al punto de partida, la pelota de tenis habra dado una vuelta completa sobre si misma. Saludos.

rho21rho21

Algo que no he visto, es que exista algún plan (para este siglo al menos) para estudiar la composición o recuperar muestras de venus (de rocas o la atmósfera)? o es tecnológicamente imposible por ahora? Hay planes para recuperar muestras (por el presupuesto de la nasa no creo) para recuperar muestras de algún planeta que no sea Marte?

Daniel Marín

Hay conceptos de misiones de retorno de muestras de Venus, pero huelga decir que el desafío tecnológico -y la factura- de estas propuestas supera con creces la de una misión análoga a Marte.

MikeMike

y existe la teoria de que no hubo tal impacto?… es decir, qué si la luna era como un meteoro que dadas ciertas condiciones finalmente quedo atrapado orbitando la tierra?

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

En 2009 Nature publicaba una simulación numérica realizada por astrofísicos franceses según la cual es muy probable que los efectos de resonancia orbital en nuestro Sistema Solar den lugar a varias colisiones entre los planetas interiores antes de 5 millones de años. Si esto es así, ¿esas colisiones PLANETARIAS no podrían haberse dado también en el pasado? Y, en entonces, ¿no podría ser Venus el planeta -Theia- que impactó con la Tierra y formó la Luna? De hecho algunos explican la rotación retrógrada y extremadamente lenta de Venus como consecuencia de un impacto… Venus y la Tierra tienen masas casi iguales, quizás en una fase temprana de la formación del Sistema Solar ‘compitieron’ por la misma órbita y llegaron a ‘rozarse’… En ese ‘roce’ los planetas perderían masa -de la que se formaría nuestra Luna- y momento angular… … …

Carlos Reyes

Enjundioso esto, cautiva, porque uno quiere saber el origen de las cosas y meparece que el modelo del choque de un protoplaneta del tamaño de marte como que es un poco trido por los cabellos, no se, esto es lo que creo.

Jose PJose P

Hola Daniel, antes que nada felicitaciones por otro gran post… y también disculpas adelantadas por el offtopic:
Hay alguna novedad respecto al encuentro con Siding Spring? Por ahora lo único que pude ver es la foto que tomó Oppy, pero de MRO o Curiosity ni noticias… Me temo que si todavía no se ha mostrado ninguna imagen en alta calidad es porque no serán muy espectaculares, sobre todo por esa manía que tienen los cometas en hacerse cada vez menos espectaculares a medida que se acercan a nosotros…
Saludos!

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Seguramente en el futuro saldrán a la luz todas estas preguntas.
Pero la pregunta que me aqueja ahora es ¿donde está Daniel Marin?

Saludos.

Horacio de ArgentinaHoracio de Argentina

Mil perdones Daniel, no se como, pero había bloquedado tu blog por error, cuando hice el comentario anterior , aparecieron tus otras entradas y todos los comentarios, me hakie yo mismo ja ja ja. Saludos

DaniDani

Hola Daniel,

Solo te queria comentar que me he dado cuenta de que si entro en tu pagina no puedo acceder a los ultimos post que has publicado. Por ejemplo, entrando directamente no puedo ver la noticia del lanzamiento del proton-m, mientras que si voy a naukas si que la puedo ver

Saludos y gracias por tu excelente blog

Jose PJose P

A mi me pasó lo mismo hasta que hice el comentario de arriba, entonces se actualizó el blog, y vi que el día anterior Daniel ya había publicado sobre Siding Spring… No se que habrá pasado, pero por lo visto no fui el único.
Saludos!

NesferatNesferat

Es que si es de imaginar un poco por que las teorias dicen que la tierra ya estaba formada (protoplaneta) y theia en proceso (candente) y que llego e impacto nose no puedes ser que la que llegara fuera la tierra destrosando a theia defrente y la tierra alcolicionar se dividiara formandose asi despues la luna sin poder escapar ya que como imanes comparten un mismo nucleo (ahora dividido) o por los menos se atraen como imanes ejerciendo una mayor atracion de gravedad. quien sabe tengo mucha imaginacion culpa de la generacion star wars.

Oscar G.Oscar G.

Hola Daniel

Sino dieramos por hecho que la tierra y la luna tienen la misma composición ¿podría ser la luna el quinto planeta del sistema solar que se salio de su orbita debido a un impacto y que fuera capturado por la tierra? ¿podría ser los restos de ese impacto los asteroides del cinturon de asteroides? ¿podrían ser los mares de la luna las cicatrices de ese impacto (estar relleno con magma del interior)? ¿podría esto haver ocurridado hace relativamente poco porque esos mares tienen relativamente pocos impactos encima de ellos? ¿podría la cara vista de la luna mirar siempre a la tierra por ser mas densa (magma) y tener menos momento de inercia que la cara oculta (mas corteza), menos densa y con la masa mas alejada del centro?

gracias.

un saludo

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