La Luna es un pedazo pulverizado de la Tierra

A mediados de la década de los 70, dos grupos de astrofísicos propusieron de forma independiente que la Luna se había formado por la colisión entre un cuerpo del tamaño de Marte y una jovencísima Tierra . La hipótesis del gran impacto, que explica muchas observaciones, como el gran tamaño del satélite con respecto a nuestro planeta y las tasas de rotación de la Tierra y la Luna, se convirtió con el tiempo en la principal hipótesis para el origen de la Luna.

En 2001, sin embargo, un equipo de científicos dio a conocer que las composiciones isotópicas de una variedad de elementos en las rocas terrestres y lunares son casi idénticas. Los análisis de las muestras traídas de las misiones Apolo en los 70 mostraron que la Luna tiene la misma abundancia de tres isótopos estables de oxígeno como la Tierra.

Esto era muy extraño. Las simulaciones numéricas del impacto predecían que la mayor parte del material (60-80%) que se fusionó en la Luna debía proceder del impactador en lugar de la Tierra. Pero los cuerpos planetarios que se forman en diferentes partes del sistema solar en general tienen diferentes composiciones isotópicas, tanto que las firmas isotópicas sirven como «huellas dactilares» de los planetas y meteoritos de un mismo cuerpo. Es decir, la probabilidad de que el impactador tuviera la misma firma isotópica que la Tierra era extremadamente pequeña.

Por ese motivo, la hipótesis del impacto gigante tenía un problema importante. Podía coincidir con muchas de las características físicas del sistema Tierra-Luna, pero no con su geoquímica. A la hipótesis le faltaba una pata.

Al principio, los científicos pensaron que mediciones más precisas podrían resolver la crisis. Pero esas mediciones de los isótopos de oxígeno publicados en 2016 sólo confirmaron que las composiciones isotópicas no son distinguibles. Por ese motivo, algunos científicos decidieron cambiar la hipótesis del impacto gigante. «El objetivo era encontrar una manera de hacer la Luna en su mayoría de la Tierra en lugar de en su mayoría del impactador. Hay muchos nuevos modelos -todo el mundo trata de llegar a uno- pero dos han sido muy influyentes», explica Kung Wang, geoquímico de la Universidad de Washington en St. Louis (EE.UU.).

En el modelo de impacto gigante original, el impacto fundía una parte de la Tierra y todo el impactador, arrojando parte de la masa fundida hacia el exterior, como la arcilla de un torno de alfarero.

Un modelo propuesto en 2007 agregaba una atmósfera de vapor de silicato alrededor de la Tierra y el disco lunar (el disco de magma que es el residuo del impactador). La idea es que el vapor de silicato permite el intercambio entre la Tierra, el vapor, y el material en el disco, antes de que la Luna se condensara desde el disco derretido.«Están tratando de explicar las similitudes isotópicas mediante la adición de esta atmósfera -dice Wang-, pero aún así comienza a partir de un impacto de baja energía como el modelo original».

Pero, según explican los investigadores, el intercambio de material a través de una atmósfera es muy lento. Nunca hay tiempo suficiente para que el material se mezcle bien antes de que empiece a caer de nuevo a la Tierra.

Así que otro modelo, propuesto en 2015, asume que el impacto fue muy violento, tan violento que el impactador y el manto de la Tierra se vaporizaron y se mezclaron para formar una atmósfera densa de vapor y masa fundida que se expandió para llenar un espacio más de 500 veces mayor que la Tierra actualmente. Al enfriarse esta atmósfera, la Luna se condensó a partir de ella.

La mezcla completa de esta atmósfera explica la composición isotópica idéntica de la Tierra y la Luna, dice Wang. El ambiente del manto era un «fluido supercrítico» , sin fases de líquido y gas distintas. Los fluidos supercríticos pueden fluir a través de sólidos como un gas y disolver los materiales como un líquido.

El equipo de Wang examinó siete muestras de roca lunar de diferentes misiones lunares y compararon sus proporciones de isótopos de potasio con las de ocho rocas terrestres representantes del manto de la Tierra. El potasio tiene tres isótopos estables, pero sólo dos de ellos, potasio-41 y potasio-39, son abundantes para ser medidos con suficiente precisión para este estudio. Encontraron que las rocas lunares se enriquecieron con alrededor de 0,4 partes por mil en el isótopo más pesado de potasio, potasio-41.

El único proceso de alta temperatura que podría separar los isótopos de potasio de esta manera, dice Wang, es la condensación incompleta del potasio de la fase de vapor durante la formación de la Luna. En comparación con el isótopo más ligero, el más pesado caería preferentemente fuera del vapor y se condensaría.

Los cálculos muestran, sin embargo, que si este proceso ocurrió en un vacío absoluto, daría lugar a un enriquecimiento de isótopos pesados de potasio en muestras lunares de aproximadamente 100 partes por mil, mucho más alto que el valor encontrado por Wang y Jacobsen. Pero una mayor presión suprimiría el fraccionamiento. Por esta razón, los autores del estudio predicen que la Luna se condensa en una presión superior a 10 bar, o aproximadamente 10 veces la presión atmosférica al nivel del mar en la Tierra.

El descubrimiento de que las rocas lunares se enriquecen en el isótopo más pesado de potasio no favorece el modelo de la atmósfera de silicato, que predice que las rocas lunares contendrán menos del isótopo más pesado que las rocas terrestres, lo contrario de lo que los científicos encontraron. En su lugar, es compatible con el modelo de la atmósfera manto que predice que las rocas lunares contendrán más del isótopo más pesado que las rocas terrestres. En otras palabras, sugiere que el impacto fue tan brutal que pulverizó la Tierra con el mismo efecto de un mazo golpeando una sandía.