¿Cuánto tardó en formarse la Luna? El principal resultado del análisis de las muestras recogidas por las misiones Apolo y Luna entre 1969 y 1976 fue el nacimiento de la hipótesis del gran impacto para explicar el origen de nuestra Luna. La historia la conocemos todos: en los albores del sistema solar, un protoplaneta del tamaño aproximado de Marte, denominado Tea o Theia, chocó contra la prototierrra. Parte del material expulsado por el impacto terminaría por formar nuestro satélite. La hipótesis está clara, pero hay muchos detalles que desconocemos, como la masa precisa de Tea o los parámetros específicos del choque —ángulo, velocidad, etc.—. Sin embargo, algo que parecía claro es que el material expulsado por la colisión tardó meses o años en formar nuestro satélite. Pero, ¿y si no fuera así? Una reciente simulación de la colisión entre Tea y la prototierra efectuada por el centro Ames de la NASA sugiere que la Luna se pudo formar en cuestión de horas. Esta nueva simulación numérica es superior a las realizadas previamente porque se han usado unas cien millones de partículas para representar la colisión, entre cien y mil veces más que las utilizadas en simulaciones previas.
Con esta resolución, cada partícula de la simulación tiene unos 14 kilómetros de diámetro y la Luna simulada está formada por cerca de un millón de partículas. El modelo clásico de la colisión con Tea permite explicar el relativo gran tamaño de la Luna y su pequeño núcleo ferroso, pero pronostica que nuestro satélite se habría formado principalmente a partir de material de Tea. Esta predicción entra en contradicción con el análisis de las muestras lunares, que presentan una composición isotópica muy similar a la Tierra. Con el fin de explicar estas diferencias, se han propuesto modelos en los que tanto Tea como la prototierra giran a gran velocidad alrededor de su eje u otros en los que la parte central de Tea sobrevive y escapa del sistema tras el choque. Muchos de estos modelos, como el de la sinestia, logran explicar la composición y el tamaño de la Luna, pero no son tan convincentes a la hora de predecir su órbita. En concreto, en muchas de estas simulaciones la Luna se forma demasiado cerca, incluso dentro del radio de Roche del planeta. Esto implica que las fuerzas de marea pueden abortar la formación del protosatélite y, por tanto, es un resultado difícil de reconciliar con la órbita actual de nuestro satélite.
Otra vista más dramática de una de las simulaciones: pic.twitter.com/XWlwDhqZmP
— Daniel Marín (@Eurekablog) October 11, 2022
Para el nuevo modelo, los investigadores han supuesto que tanto Tea como la prototierra tenían un núcleo de hierro-níquel con el 30% de la masa, mientras que, a efectos de la simulación, el resto de los mundos estaría formado por un manto rocoso con un 70% de la masa de ambos. La prototierra tendría una masa equivalente al 87,7% de la Tierra actual y Tea, lógicamente, el resto (13,3%). Se ha utilizado un ángulo de impacto de las simulaciones de entre 43º y 48º, mientras que las velocidades al contacto han variado entre 8,82 y 9,36 km/s (el ángulo más probable para un choque es de 45º). También se han llevado a cabo algunas simulaciones con Teas de menor tamaño y con ángulos de impacto de hasta 57º, así como diferentes temperaturas superficiales. En total, se han realizado unas 400 simulaciones que emplearon el código SWIFT (SPH with Inter-Dependent Fine-grained Tasking) corriendo en los ordenadores del DiRAC (Distributed Research Utilizing Advanced Computing).
El resultado de la mayoría de ellas es una Luna formada a partir de una mayor proporción de material de la Tierra y en una órbita lejana compatible con la actual. Pero, lo más llamativo, es que en estas simulaciones la Luna se formó casi inmediatamente, necesitando menos de diez horas en el proceso, un resultado totalmente sorprendente. Otra conclusión de la simulación es que la protoluna pasa muy poco tiempo por dentro del radio de Roche y alcanza rápidamente una órbita relativamente lejana —tres radios terrestres (actualmente está a 60 radios terrestres)— con su interior fundido parcialmente, lo que elimina uno de los problemas de otras simulaciones anteriores que lograban explicar la peculiar composición de la Luna, pero no así su órbita. Por otro lado, la temperatura y estructura interna de la prototierra y Tea parecen no afectar significativamente a los resultados. Por ejemplo, las simulaciones en las que Tea tiene una masa mucho menor, de hasta solo un 75% del valor considerado normal, el tamaño de la Luna final es prácticamente idéntico.
El punto fuerte de este modelo es que es capaz de explicar la formación de la Luna de forma muy simple, mediante un único choque con una Tea canónica y en un único paso, sin necesidad de involucrar procesos exóticos o fenómenos poco probables. Evidentemente, la enorme diferencia entre esta simulación y otros escenarios, como el de la sinestia, significa que todavía estamos lejos de comprender los detalles de las colisiones gigantes entre protoplanetas. La otra lección es que, a medida que las simulaciones se hacen más complejas y detalladas, los resultados pueden variar de forma sorprendente. Esperemos que el análisis detallado de las muestras de la misión Chang’e 5 y del resto de misiones que traerán rocas lunares a la Tierra en los próximos años sirvan para averiguar si la Luna tuvo una formación instantánea o no.
Referencias:
- https://www.nasa.gov/feature/ames/lunar-origins-simulations
- https://arxiv.org/pdf/2210.01814.pdf
- http://icc.dur.ac.uk/giant_impacts/
Y yo que creía que la luna se había formado miles de años después del impacto.
Gracias por la info Daniel
Saludos
Tiene sentido que el proceso sea rápido, aprovechando que el material es muy maleable aún para darle una forma casi esférica, pero en la Tierra tendría que haber sido más demorado para que quedara con la forma deformada que tiene ahora, ya que no es una esfera perfecta.
No es que no sea una «esfera perfecta» porque quedase deformada por el impacto con Theia, sino porque ROTA relativamente rápido y su interior, exceptuando la delgadísima corteza (además, partida en pedazos, las placas tectónicas) es líquido y semisólido, con lo que se deforma por la FUERZA CENTRÍFUGA, no porque aquél impacto la deformase.
Totalmente de acuerdo con el mensaje de Noel, pero es que además la Tierra es prácticamente y en la práctica, esférica. Entre el radio polar (6356,8 km) y el ecuatorial (6378,1 km) hay apenas 20 km, sobre más de 6300 (más o menos un 3 por mil). Lo que lo hace indistinguible de una esfera al ojo humano.
Gracias por la excelente entrada, Daniel.
En 2012 Aurelien Crida y Sebastien Charnoz publicaron un artículo en Science con un modelo analítico de formación de lunas en el sistema solar que predecía la formación del sistema Pluto-Caronte en unas pocas horas. No es tan fácil derivar el mismo número para el sistema Tierra -Luna, pero se les podría preguntar.
En el artículo de Keggerreis no encuentro ninguna referencia al artículo de Crida y Charnoz ni a otros artículos teóricos, pero no soy experto y no lo he leído a fondo. ¿Qué opinas al respecto? ¿Se pueden sacar conclusiones generales para aplicar en sistemas extrasolares?
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2012Sci…338.1196C/abstract
Me gusta. Tiene su lógica que una gran masa fundida alcance su equilibrio hidrostático en mucho menos tiempo que sólidos haciendo carambolas entre ellos.
Me he equivocado de sitio para el comentario
En un futuro (más bien lejano) seremos capaces de contemplar los impactos de formación de exolunas sobre exotierras y nuestros descendientes (si no nos aniquilamos en el 2023, claro) tendrán modelos reales con los que poder comparar las hipótesis que tengan por entonces.
Y, en plan más scifi todavía, lo mismo tras su Contacto los aliens les pasan un pen drive con la info que tuvieran grabada de cuando se formó la luna terrestre 👽
Muy bueno londe los aliens, ji, ji 😊
O mejor en directo
«Terrícolas , compren 5 minutos para subir a nuestras butacas que pliegan el espacio, y viajen a nuestro mega observatorio a millones de años luz,
a ver la formación de su luna en vivo y en directo»
Precio: 10 litros de agua.
Recomendamos llevar una toalla y un pez traductor universal.
Bebida y palomitas no incluidas en el precio.
😉 Y…
«Todos los clientes 100% han quedado contentos del viaje a miles de Ma luz»
(No hagan caso de uno que dice que…
todo es un timo de los Goa’uld, para parasitarlos al sentarse en una silla en un laboratorio cutre en cualquier esquina.
En realidad no tiene queja, pues dice que su simbionte es bueno, y que por eso puede hablar y además así es casi inmortal)
A ver si llegamos a 2023…
Lei que es posible que restos de lo que seria el impactor que formo la luna, todavia rondan dentro del corazon de nuestro planeta, esa hipotesis asegura que las estructuras llamadas «superplumas» serian parte de esos restos https://en.wikipedia.org/wiki/Large_low-shear-velocity_provinces
Los dos mas grandes tienen hasta nombres, de paso son algunas de las estructuras naturales mas grandes del planeta
//logarithmichistory.wordpress.com/2022/01/30/the-world-inside/
//www.quantamagazine.org/continents-of-the-underworld-come-into-focus-20200107/
//eos.org/features/the-unsolved-mystery-of-the-earth-blobs
«….Esta nueva simulación numérica es superior a las realizadas previamente porque se han usado unas cien millones de partículas para representar la colisión, entre cien y mil veces más que las utilizadas en simulaciones previas….»
que poca cantidad de particulas… (aveces para simular «aire» en simulaciones de vuelo aerodinamico, se nesesita algo asi…pero en un choque planetario…es nada)
incluso el SUPUESTO protoplaneta theia, es una teoria, si no saben la forma (esferica, o cualquier otra), el tamaño, densidad exacta…y un infinito etcetera….solo queda como teoria.
Partículas de 14km de diámetro a escala tierra-luna me parece una resolución asombrosa. Hasta hace no muchos años esa era la resolución de modelos climáticos en zonas limitadas a unos pocos cientos o miles de km de lado. A poco que se tienen conocimietos básicos sobre simulación de fenómenos físicos se puede reconocer la precisión que tiene que tener esta simulación. El problema ya no es de resolución, sino de elegir correctamente las propiedades consideradas en los materiales.
o sea, incluso con en desarrollo de aun mejores simulaciones…estas son basados en «ecenarios», supociciones razonables,
aun si una simulacion «explica» la formacion….es eso, una teoria, no un hecho.
(algo que podria ayudar, seria obserbar un choque planetario (o planetario-lunar) EXTRASOLAR… y con eso sacar conclusiones)
¿No has visto las comparaciones entre choques simulados de galaxias y choques reales? ¿o las simulaciones de lentes de gravedad con lentes de gravedad reales?¿no te has enterado de como se descubrieron los agujeros negros, como se anticiparon sus discos de acrecion y como se comprobaron? Googlealo.
La teoria usada no la escribio Juan de los Palotes. Es el resultado de miles de investigadores durante siglos. Aca se esta usando la teoria que describe el comportamiento de los objetos bajo la fuerza de gravedad y como estos mismos objetos producen gravedad (reemplaza gravedad por curvatura del espacio tiempo si quieres). Es algo que ya lleva 4 siglos de refinado.
gracias por comentar…
no dije que la simulaciones sean malas, o de poca «resolucion», quise decir que aun se nesesita MAS resolucion (imaginate aun mas para galaxias…no se puede «resumir o simplificar objetos»)… a lo que voy… es que las resoluciones son buenas…pero lo que NO se simulo…es casi seguro lo que modifica o altera un resultado… (mas cuanto menos sabemos o simplificamos)
…y esto aun no es una respuesta….es solo una respuesta a un planteamiento dado (de una teoria) (quiero decir, que si desean pueden hacer otra simulacion de otra teoria totalmente distinta)
realmente no sabemos si theia era exactamente como lo describen (o la densidad, la velocidad, el sitio de impacto, etc…etc…etc)… pero podria variar …desde nada…a mucho…y eso podria variar la simulacion…desde nada a mucho…y cambiar la respuesta …desde nada a mucho.
Me encanta la capacidad de criticar una simulación, con que si pocas partículas, con que si solo es una «teoria» (ignorando totalmente que significa esa palabra en ciencia), mientras escribe «obserbar», «supociciones», «aveces», «nesesita», «ecenarios» y un uso cuanto menos creativo de los signos de puntuación…
«Biba y vrabo»
La luna es plana como bien sabemos.
¿Y dicese ahora que se formó rápidamente?
Cuanto ignoramos.
(O era la Tierra la que era plana? … estoy confuso)
En todo caso lo mejor será volver a pisarla. O como dice Pochi que los Aliens nos muestren las pruebas de cómo choco de canto.
Pa-ciencia.
Interesante artículo.
Sería interesante saber si la colisión de dos objetos forma un sistema caótico. Si fuese así, variando levemente las condiciones iniciales se obtendría una gran variación en el resultado final.
¿Alguien lo sabe?
Yo supongo que no, porque se habla de resultados similares en todas sus simulaciones…
Pero, ¿Por qué varía tanto con las simulaciones previas? ¿Es solamente por la mayor resolución?
Podría el Web captar imágenes de una colisión de este tipo en un sistema planetario recién formado?
Lo que me gusta de este modelo es que convierte en la Luna en un fenómeno menos excepcional de lo que les parecía a muchos. Se ha hablado mucho de la supuesta excepcionalidad de la Luna y -de rebote- la supuesta excepcionalidad de la Tierra, lo que tendría interesantes consecuencias en la Paradoja de Fermi. Saludos.
Una cosa que no entiendo es la frase » La prototierra tendría una masa equivalente al 87,7% de la Tierra actual y Tea, lógicamente, el resto (13,3%).». Eso quiere decir que la tierra actual tiene toda la masa de la Prototierra más la de Tea, con lo que no quedaría masa para formar la luna.
Muy buen artículo, como siempre Daniel
Es que la masa de la Luna es apenas el 1% de la de la Tierra, así que es casi despreciable en comparación.