Los desaparecidos protoplanetas gigantes del sistema solar primigenio

Por Daniel Marín, el 26 julio, 2016. Categoría(s): Astronomía • Luna • Sistema Solar ✎ 21

Se llamó el Bombardeo Intenso Tardío y no te hubiera gustado estar allí para verlo. Hace entre 4300 millones y 3800 millones de años los cuerpos del sistema solar sufrieron una lluvia intensa de grandes asteroides y cometas que marcó, en la mayoría de casos para siempre, su superficie. Uno de los ejemplos más evidentes es la Luna. Todos conocemos las manchas oscuras que forman los maria —’mares’— de nuestro satélite. Lo que no todo el mundo sabe es que son el resultado del choque de grandes cuerpos contra la Luna durante el Bombardeo Intenso Tardío. ¿Pero cómo de grandes? Hasta ahora se pensaba que los culpables habían sido cuerpos de decenas de kilómetros de diámetro, pero un reciente estudio sugiere que podrían haber alcanzado un tamaño de hasta 275 kilómetros.

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Representación artística de la creación de una cuenca de impacto en la Luna (en este caso la cuenca Aitken del polo sur)(NASA).

En un artículo publicado en Nature, Peter Schultz y David Crawford analizan la formación del Mare Imbrium (o ‘mar de las lluvias’), una de las cuencas de impacto más llamativas de la Luna gracias a sus enormes dimensiones (1200 kilómetros de diámetro). La estimación más aceptada era que el asteroide responsable de esta cuenca de impacto tuvo un tamaño de unos 80 kilómetros. Sin embargo, Schultz y Crawford creen que fue tres veces más grande. Como mínimo.

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El Mare Imbrium en la Luna (Wikipedia).
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Estructuras concéntricas del Mare Imbrium. I: cuenca de impacto. MR: anillo medio que incluye los montes Alpes. OR: anillo externo que incluye los Apeninos. S: cuenca de Serenitatis (Chultz et al.).

¿Cómo han llegado a esta conclusión? Los investigadores se han basado en la distribución de una red de fracturas y líneas que se encuentran en el borde sureste del Mare Imbrium. Esta red de fracturas, junto con otras características que rodean a la cuenca de impacto, nos dan información sobre el cataclismo que lo formó. Los autores del artículo han usado datos de experimentos reales de choques oblicuos a alta velocidad realizados en el Vertical Gun Range del centro Ames de la NASA —la mayoría de estudios previos ha empleado simulaciones numéricas únicamente— para estudiar la naturaleza del asteroide causante del Mare Imbrium (el Vertical Gun Range usa un cañón de 4,3 metros que dispara proyectiles a velocidades de hasta 7,2 km/s). Posteriormente extrapolaron los resultados a la Luna usando modelos numéricos en las potentes instalaciones de los Laboratorios Sandia. Los autores han concluido que la cuenca de impacto del Mare Imbrium nació por el choque de un cuerpo contra la Luna que viajaba a 90 000 km/h en una trayectoria oblicua con un ángulo de 30º en dirección sureste.

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A la izquierda, líneas y fracturas en el borde del Mare Imbrium. Se aprecian dos tipos de alineaciones distintas. A la derecha, cálculo de los lugares de origen de cada red de fracturas: uno está situado en el noroeste y otro en el centro de la cuenca de impacto. El punto blanco es el centro de la cuenca (Schultz et al.).

A los investigadores les ha costado llegar a esta conclusión porque las fracturas del Mare Imbrium están separadas en dos conjuntos: uno alineado con el centro de la cuenca de impacto, como es de esperar, y otro con un punto situado más al noroeste. Gracias a los experimentos de choques a alta velocidad Schultz y Crawford creen que este segundo conjunto se formó por culpa de la primera zona de contacto del asteroide con la Luna, ya que al tratarse de un choque rasante esta zona no coincide exactamente con el lugar del impacto final. Una vez calculada la trayectoria es posible estimar la masa y dimensiones del asteroide original y, como resultado, se cree que el tamaño del cuerpo tuvo que estar comprendido entre los 225 y los 275 kilómetros de diámetro.

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Colisión de un proyectil contra un modelo de la Luna en el laboratorio (Schultz Lab/Brown University).

Aplicando la misma técnica han calculado que los asteroides que formaron otras cuencas de impacto en la Luna también tuvieron que ser más grandes de lo esperado. Por ejemplo, los cuerpos que crearon el cráter Schrödinger, el Mare Moscoviense y el Mare Orientale debieron alcanzar los 45, 100 y 110 kilómetros de diámetro respectivamente.

275 kilómetros puede no parecer mucho, pero es más de la mitad del asteroide Vesta, el segundo cuerpo más masivo del cinturón de asteroides. Vesta fue estudiado hace poco por la sonda Dawn de la NASA y como bien les gusta decir a los encargados de esta misión, más que un asteroide se trata de un protoplaneta (también es verdad que ‘protoplaneta’ suena mucho mejor que ‘asteroide’). Por este motivo, y si se confirma la hipótesis de Schultz y Crawford, los asteroides que formaron los maria lunares habrían sido realmente protoplanetas. ¿Y cuál es la diferencia? Pues, además del tamaño, que los protoplanetas han sufrido una diferenciación interna producto del calor interno emitido por los isótopos radiactivos. O, lo que es lo mismo, los asteroides son más o menos homogéneos por dentro, mientras que los protoplanetas tienen un núcleo y una corteza separados de composición distinta.

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Impacto rasante de un proyectil a 5 km/s contra una superficie curva de aluminio. Las flechas blancas señalan fragmentos que han sobrevivido el impacto (Schultz Lab/Brown University).

Pero más allá de esta curiosidad teórica, si realmente los causantes del Bombardeo Intenso Tardío en la Luna fueron miembros de una familia de protoplanetas perdidos la consecuencia más inmediata es que la masa inicial del cinturón de asteroides también tuvo que ser mucho mayor de lo calculado. No olvidemos que los cambios en la órbita de Júpiter —que primero se acercó al Sol y luego se alejó— y Saturno provocaron la dispersión de un gran número de cuerpos del cinturón de asteroides, muchos de los cuales terminaron chocando contra los planetas y lunas del sistema solar. Se estima que hasta el 2% de la masa de los protoplanetas que impactaron contra la Luna pudo sobrevivir, creando una familia de objetos de varios kilómetros que generaron cráteres de entre 20 y 50 kilómetros de diámetro en los planetas del sistema solar interno. A su vez, esta lluvia de fragmentos explicaría porque las muestras lunares recogidas por los astronautas del Apolo y las sondas soviéticas Luna presentan una proporción tan grande de materiales procedentes de meteoritos.

 

 

En definitiva, la cara visible de la Luna guarda las huellas de una generación perdida de protoplanetas que cambió el destino del sistema solar. Tenlo en mente la próxima vez que mires nuestro satélite.

Referencias:



21 Comentarios

  1. Excelente artículo como siempre…..

    Entonces, extrapolando esta teoría a la Tierra me surge una duda, y disculpen mi ignorancia, podría el cráter de chixulub (el de los dinos) haber sido formado por el impacto de un objeto mucho mayor al que se tenía pensado hasta ahora ??

    Saludos.

    1. No. Geológicamente hablando, Chicxulub es muy reciente (apenas 65 millones de años de antigüedad) y dado el tamaño del cráter que originó (180 kms) su tamaño en ningún caso podría ser mayor de 10 kms. El bombardeo tardío es geológicamente muy antiguo, 4000 millones de años, y en aquel entonces todavía existían numerosos protoplanetas que aún no habían sido absorbidos o barridos por los planetas del sistema, una situación que ahora o hace 65 millones de años ya no se daba.

  2. El Bombardeo Intenso Tardío es debido a los ajustes orbitales de Júpìter y Saturno. Sus mayores consecuencias no se ven sólo en la Luna; sino aquí en la Tierra, ya que la vida (o los ciclos metabólicos entre moleculas prebióticas) no pudo sobrevivir a ese cataclismo. Así pues, el último ancestro común universal debió de aparecer mucho después (y como consecuencia de la estabilidad tras el BIT) de hace 3800 millones de años, en un entorno acuático propiciado por aquél Bombardeo Tardío (que no sólo trajo mini-planetas-enanos sino también los asteroides que formarían buena parte de los océanos).

    1. Hola, Antonio. ¿Tienes alguna novedad acerca de cómo va el debate “agua autóctona” versus “planetesimales húmedos”?

      Es decir, lo último que sé al respecto (y es de hace un par de años atrás) es que todavía no hay manera de saber si los planetesimales húmedos aportaron “toda” el agua o se limitaron a reponer el agua autóctona vaporizada al espacio por culpa del BIT, justamente.

      Lo que sí es claro es que el supuesto aporte cometario luce cada vez más discrepante (el último varapalo creo que lo dio Rosetta). La proporción deuterio/hidrógeno de los hielos cometarios es muy diferente a la del agua terrestre.

      Saludos.

      1. Los geólogos encontraron agua (hidróxilos) a 600 Km de profundidad. Esto se verficó en todo el territorio estadounidense. Si fuera así en todo el planeta, significaría que el manto terrestre contiene el triple de agua que los océanos. Aún así esa agua procedería de la superficie, o sea, del medio extraterrestre. Por otra parte, simulaciones numéricas sugieren que cuando Júpiter se acercó desde las regiones frías del Sistema Solar hasta 1-1,5 UA del Sol, trajo consigo un montón de planetoides helados (o sea, con agua) originarios de aquellas regiones…

      2. ¿-Porqué no contemplar que el agua terrestre se formó, en su mayor parte, por la reacción Oxígeno-Hidrógeno primordiales, con la ayuda de la radiación ultravioleta procedente del Sol-?.-Esta posibilidad contiene otras derivaciones muy importantes.-
        Un cordial saludo desde Málaga

        1. Es que la tierra tiene mucho oxígeno en su litósfera (tal cual como la Luna) e hidrógeno nunca falta… entonces el Tiempo hizo el agua, mares y océanos (la hidrósfera), y los estromatolitos después nuestro 21% oxigénico en la atmósfera nitrogenada. Cuando todo se asentó comenzó el Arcaico para la biosfera carbonitrogénica.

      1. De lo que nos dicen los investigadores actuales, yo creo que la vida se creó en la Tierra (no vino del espacio), en un entorno acuoso con enormes gradientes (de presión, temperatura, etc) y después de este bombardeo tardío: desde hace 3.8 Ga. Para mí: la vida (los procesos metabólicos) aparecería hace 3.8Ga (o puede que antes), se compartimentaría sólo hace esos 3.8 Ga y luego se reproduciría hace 3.5Ga como mucho.
        Si los procesos metabólicos prebióticos se diesen hace 4.1Ga en chimeneas hidrotermales a kilómetros de profundidad de los primeros océanos, ¿podrían haber sobrevivido a estos impactos de mini-planetas enanos?. Pues no lo sé. ¿Toda esa energía de los impactos serían capaces de evaporar todos los primeros océnos?.
        Pelau, tampoco sé responderte (puse lo de “buena parte” por poner algo).

        1. Gracias a todos por las respuestas. Acá va una especie de resumen del asunto (mayormente de hace un par de años atrás, como ya dije):

          [May 2013] El agua de la Luna tiene el mismo origen que la de la Tierra
          http://www.bbc.com/mundo/noticias/2013/05/130510_ciencia_agua_luna_tierra_origen_ig

          [Mar 2014] La piedra azul que esconde un océano en el interior de la Tierra
          http://www.bbc.com/mundo/noticias/2014/03/140313_ciencia_diamante_ringwoodita_agua_interior_planeta_np.shtml
          https://es.wikipedia.org/wiki/Ringwoodita

          [Jun 2014] Descubren aguas subterráneas que triplican las de los mares
          http://www.bbc.com/mundo/ultimas_noticias/2014/06/140613_ultnot_eeuu_descubrimiento_agua_wbm

          [Nov 2015] Un “océano” subterráneo capaz de hundir los continentes
          https://actualidad.rt.com/ciencias/191718-aguas-subterraneas-hundir-continentes

          El primer artículo (el agua de la Luna) es especialmente interesante. Si nada más nuevo lo contradice (ese es el motivo de mi comentario-pregunta) implica que la mayoría del agua terrestre ya estaba ahí desde su génesis (en condritas carbonosas) y pudo haber resistido no sólo el BIT sino también el choque planetario previo que originó la Luna.

          Seguiremos atentos a este culebrón 🙂
          Saludos.

        2. Me olvidaba de este otro enlace, atención a los comentarios de Pedro Castiñeiras:
          http://francis.naukas.com/2014/03/02/francis-en-rosavientos-la-roca-mas-antigua-de-la-tierra/

          NOTA: Este comentario es un apéndice de otro que ahora mismo (mientras escribo esto) está pendiente de moderación porque tiene VARIOS enlaces. Esperemos que al final ambos comentarios queden en orden. Por favor sean pacientes y sepan disculpar las molestias 🙂

          Saludos.

          1. Muchas gracias Pelau, me ha quedado muy claro ahora la cuestión…y estoy impresionado con las Hadesarchaea, wauu, nunca pensé que podría existir vida que no necesite ni el oxigeno ni la luz…sin duda es otra posibilidad para explicar si puede haber vida en Marte, quizás este a grandes profundidades…

            s2

          1. Hasta donde se sabe, la imposibilidad no es tanto por la presión sino por el calor:
            https://es.wikipedia.org/wiki/Endolito

            Aquí algo más actual (Feb 2016) sobre microorganismos del inframundo:
            http://www.europapress.es/ciencia/habitat-y-clima/noticia-hadesarchaea-microbios-viven-inframundo-20160215171409.html

            Además, esos acuíferos subterráneos no son “océanos”. Podríamos decir que es “agua molecular” fijada en la roca:
            http://www.bbc.com/mundo/ultimas_noticias/2014/06/140613_ultnot_eeuu_descubrimiento_agua_wbm
            “La particularidad es que no se trata de agua en estado líquido o sólido o vapor … sino en estructuras moleculares de formaciones rocosas”.

            Y en su mayor parte (sobre todo las vetas más profundas que son por lejos el principal reservorio) ni siquiera es “agua”. Como dijo Gabriel Domínguez, se trata de hidróxilos, esto es, moléculas ricas en hidrógeno y oxígeno. No es H2O pero puede serlo fácilmente si se dan las condiciones, por eso para los geólogos “equivale” a agua.

            Saludos.

  3. Nunca está de más recalcar que todo esto es una hipótesis, no gratuita desde luego, sino la que mejor encaja con los datos que tenemos ahora mismo (que son muchísimos), pero nadie va a poner el cuello en la guillotina de que esto fue así siquera en sus líneas generales. Podría perfectamente haber sido todo diferente. De hecho estas damas y caballeros están alterando el libreto conocido de forma muy radical, a tal punto que sólo sobrevive el concepto “bombardeo tardío” (y gracias).
    A mí desde luego me hubiera gustado estar allí para verlo. Si tal cosa fuese posible xD. Pero es muy posible que lo acabemos viendo en otros soles…
    Un bicho de 275 km es una puta barbaridad. En aquel momento la Luna estaba cerquísima de la Tierra, así que el baricentro (del sistema) prácticamente coincidía con el terrestre. Es decir, que los impactos que moldearon la superficie lunar fueron los que se dieron en menor probabilidad del total (o al revés de lo que algunos pensaban, nuestra casa se los comió prácticamente todos, viendo la trayectoria sugerida).
    Y esto no sé cómo decirlo… Eso de “cómo de”… Si toda la vida ha sido “cuán”.

    1. Es más si el impacto del que se habla en el artículo tuvo efectivamente ese ángulo, a la Tierra llegaría muuucho material…

      A mi de ese “tiempo” me hubiese gustado ver desde la Tierra a Júpiter a 1’5-2 UA del Sol…

  4. Impresionante. Entonces el que formó la cuenca Aitken debió de ser todavía mucho mayor aunque estando tan degradada y en buena parte en la cara oculta es bastante más difícil de estudiar, y hay otras cuencas de impacto como la Crisium de tamaño similar al Mare Imbrium.

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