¿Por qué la Luna tiene forma achatada?

Los resultados, publicados en la edición de este miércoles de «Nature», proporcionan una visión de la historia de la joven Luna, su evolución orbital y su orientación actual en el cielo, como resume el autor principal, Ian Garrick-Bethell, profesor asistente de Ciencias Terrestres y Planetarias en la Universidad de California Santa Cruz, en Estados Unidos.

A medida que la Luna se enfrió y solidificó hace más de cuatro millones de años, los efectos de esculpido de las fuerzas de la marea y la rotación se congelaron. La idea de una protuberancia congelada de la marea rotacional, conocida como la hipótesis de la «protuberancia fósil», fue descrita por primera vez en 1898.

«Si usted se imagina que hace girar un globo de agua, empieza a aplanarse en los polos y a abultarse en el ecuador», pone como ejemplo Garrick-Bethell. «Además de eso, se producen mareas por la atracción gravitatoria de la Tierra y se crea una especie de forma de limón con el eje mayor apuntando a la Tierra», añade.

Pero este proceso de protuberancias fósiles no puede explicar por completo la forma actual de la Luna. En el nuevo documento, Garrick-Bethell y sus colegas incorporaron otros efectos de las mareas en su análisis y tuvieron en cuenta las cuencas que han dado forma a la topografía de la Luna, además de considerar el campo gravitatorio de la luna junto a su topografía.

Los esfuerzos por analizar la forma general de la Luna se complicaron por las grandes cuencas y los cráteres creados por impactos de gran alcance que deforman la corteza lunar y expulsan muchas cantidades de material. «Cuando tratamos de analizar la forma general de la Luna usando esferas armónicas, los cráteres son como lagunas en los datos», detalla Garrick-Bethell.

Los resultados indican que las variaciones en el espesor de la corteza de la Luna causadas por el calentamiento de la marea durante su formación explican la mayor parte de la topografía a gran escala de la Luna, mientras que el resto está en consonancia con una protuberancia por la marea de rotación congelada que se formó más tarde.

Un trabajo anterior de Garrick-Bethell y algunos de los mismos coautores describe los efectos simultáneos de la extensión de las mareas y el calentamiento de la corteza de la Luna, hace 4,4 millones de años cuando la corteza exterior sólida aún flotaba en un océano de roca fundida.

El calentamiento de la marea habría provocado que la corteza sea más delgada en los polos y se formara una corteza más gruesa en las regiones en línea con la Tierra. Publicado en la revista Science en 2010, ese estudio previo encontró que la forma de un área topográfica inusual en la Luna, las montañas de la cara oculta, fue consistente con los efectos del calentamiento de la marea durante la formación de la corteza.

«En 2010, encontramos un área que se ajusta al efecto de calentamiento de la marea, pero ese estudio dejó abierta la explicación del resto de la forma de la Luna y no incluyó la deformación por la marea de rotación. En este trabajo hemos tratado de tener en cuenta todas estas consideraciones juntas», detalla Garrick-Bethell.

El calentamiento de la marea y la deformación de la marea de rotación tenían efectos similares en la forma general de la Luna, lo que supone que la Luna posee una ligera forma de limón con una protuberancia en el lado que da a la Tierra y otro bulto en el lado opuesto. Sin embargo, los dos procesos dejan firmas distintas en el campo gravitatorio de la Luna.

Debido a que la corteza es más ligera que el manto subyacente, las señales de la gravedad revelan variaciones en el espesor de la corteza que fueron causadas por calentamiento de la marea. Curiosamente, los investigadores encontraron que el campo de gravedad global de la Luna ya no se alinea con la topografía, como habría sucedido cuando las protuberancias de la marea fueron congeladas en la forma de la Luna.

El eje principal de la forma general de la Luna (el eje largo del limón) está ahora separado de los ejes principales de gravedad por unos 34 grados. Si se excluyen las grandes cuencas de los datos, la diferencia sigue siendo de unos 30 grados.

«La Luna que veíamos hace mucho tiempo ha cambiado, por lo que ya no miramos la cara principal de la Luna», afirma Garrick-Bethell. «Los cambios en la distribución de la masa modificaron la orientación de la Luna. Los cráteres eliminaron algo de masa y también hubo alteraciones internas, probablemente relacionadas con cuando la Luna se vuelve volcánicamente activa», agrega.

Los detalles y las fechas de estos procesos son todavía inciertos pero Garrick-Bethell cree que el nuevo análisis debe ayudar a trabajar en los detalles de la historia temprana de la Luna. Si bien el nuevo estudio muestra que los efectos de la marea pueden dar cuenta de la forma general de la Luna, los procesos de la marea no explican las diferencias topográficas entre el lado más cercano y el más lejano.