Formación de la Luna

¿Cómo se formó la Luna?

La Luna de la Tierra es producto de la destrucción.

Varias teorías sobre la formación de nuestra Luna compiten por imponerse, pero casi todas comparten un punto en común: cerca del momento de la formación del sistema solar, hace unos 4.500 millones de años, algo —tal vez un único objeto del tamaño de Marte, o tal vez una serie de objetos— se estrelló contra la joven Tierra y lanzó al espacio suficientes escombros fundidos y vaporizados como para formar la Luna.

El sistema solar primitivo debió de ser un lugar caótico y aterrador. Los restos de la formación del Sol se aglutinaron, formando un disco alrededor de esta estrella y creando acumulaciones de masa de diversos tamaños, desde motas de polvo hasta planetas menores. La gravedad juntó estos objetos, haciendo que chocaran entre sí y produciendo colisiones violentas que podían resultar en su destrucción total o en la formación de objetos nuevos y más grandes. Esos objetos fusionados conforman los planetas, lunas, asteroides y otros cuerpos celestes del sistema solar que conocemos hoy en día.

Escrito en piedra

Las visitas a la Luna con las misiones Apolo a finales de la década de 1960 y principios de la década de 1970 revolucionaron nuestra comprensión de los orígenes de nuestro satélite natural. Las hipótesis anteriores —que la Luna era un objeto capturado por la gravedad de la Tierra mientras pasaba cerca, o que la Luna se había formado junto a la Tierra a partir de los mismos escombros— perdieron credibilidad después de que las misiones Apolo trajeran a la Tierra datos y 382 kilogramos (842 libras) de muestras lunares. La evidencia obtenida por las misiones Apolo apuntaba a que la Luna se había formado a raíz de un gran impacto. La antigüedad de las muestras de roca indicaba que la Luna se formó unos 60 millones de años después de que el sistema solar comenzara a formarse. El tipo y la composición de las muestras mostraban que la Luna se había fundido durante su formación y estuvo cubierta por un profundo océano de magma durante decenas de millones a cientos de millones de años: un entorno propio de las secuelas de un impacto de una energía muy intensa. Se descubrió que las rocas lunares contenían solo pequeñas cantidades de elementos que se evaporan al calentarse, lo que indica además que la Luna podría haberse formado por un impacto de gran energía que permitió que esos elementos se escaparan.

Cinco lecciones que aprendimos con las rocas lunares de las misiones Apolo

1. La composición química de las rocas lunares y terrestres es muy similar.
2. La Luna estuvo cubierta en algún momento por un océano de magma.
3. Los meteoritos han fragmentado y fundido rocas en la superficie por medio de impactos.
4. La lava fluyó a través de grietas en la corteza de la Luna y llenó sus cuencas de impacto.
5. El “suelo” lunar está compuesto por roca pulverizada producida por los impactos de meteoritos.

Quizás lo más importante es que las muestras de roca indicaron que la Luna formó parte de la Tierra en el pasado. Las rocas basálticas del manto lunar tienen similitudes sorprendentes con las rocas basálticas del manto terrestre. Los isótopos de oxígeno y otros elementos sellados en las muestras coincidían con los de las rocas terrestres con demasiada precisión como para atribuir dichas similitudes a una coincidencia.

Los meteoritos constituyen otra fuente de evidencia. Las muestras recolectadas por los astronautas de las misiones Apolo provienen de unos pocos sitios de la Luna, pero los meteoritos lunares —rocas desprendidas y expulsadas al espacio por impactos en la Luna, que en algún momento llegaron a la Tierra— aportan muestras de diferentes lugares de la Luna que corroboran la misma historia sobre su formación. También se han utilizado meteoritos provenientes de asteroides para confirmar la cronología de la formación de la Luna. Algunos muestran indicios de haber sido bombardeados por los escombros resultantes del gigantesco impacto que dio origen a la Luna.

Por último, estudios más recientes aportan pruebas de un impacto de gran energía que tuvo como consecuencia la creación de una Luna fundida. El análisis de la luz reflejada por la Luna ofrece detalles sobre la composición mineral de su superficie y muestra la presencia generalizada de anortosita, una roca ígnea que se cristaliza a partir del magma y flota hacia su superficie. La presencia de anortosita en la superficie de la Luna refuerza la idea de que la Luna debió de estar cubierta alguna vez por un extenso océano de magma de profundidad considerable, de entre cientos y miles de kilómetros.

“Arqueología” lunar

Aunque tanto la Tierra como la Luna se originaron a partir de aquella antigua colisión —y que la Tierra es ciertamente más accesible—, el estudio de la Luna nos ofrece la mejor oportunidad para comprender lo que sucedió hace miles de millones de años. Los procesos geológicos activos de la Tierra, desde la tectónica de placas hasta la erosión, borran la evidencia de su formación. A excepción de fenómenos como los impactos, gran parte de la superficie lunar cambia en una escala de tiempo mucho más lenta. Al igual que los detectives en la escena de un crimen, los científicos utilizan pistas que se han conservados en la superficie lunar para reconstruir la historia de la Luna. Cualquier mejora en la teoría del gran impacto, o bien una nueva teoría, tendría que explicar las características que observamos en la Luna hoy en día.

Una de las particularidades en la Luna es su bajo contenido de hierro en comparación con el de la Tierra. El núcleo de la Tierra, rico en hierro, representa alrededor del 30 por ciento de la masa del planeta, mientras que el núcleo de la Luna constituye apenas entre el 1,6 y el 1,8 por ciento de su masa total. Una posible explicación es que la energía del impacto con la Tierra que formó la Luna vaporizó los materiales más ligeros, expulsándolos al espacio, y dejando atrás los elementos más pesados —como el hierro, que solo se sublima a temperaturas extremadamente altas—, los cuales se hundieron en el núcleo terrestre.

Cualquier teoría viable sobre la formación lunar tiene que explicar también la posición actual de la Luna en relación con la Tierra y la velocidad e inclinación de su órbita. Los reflectores de superficie colocados en la Luna durante las misiones Apolo muestran que la Luna se aleja de la Tierra a una tasa de aproximadamente 3,8 centímetros (una pulgada y media) por año. Esto indica que la Luna se formó inicialmente mucho más cerca de nuestro planeta y, por lo tanto, que la velocidad de rotación de la Tierra primitiva era mucho mayor que la actual. Los modelos informáticos creados por los científicos para poner a prueba y analizar las teorías sobre la formación de la Luna deben mostrar cómo una colisión masiva puede producir la órbita y la rotación existentes de la Luna y la Tierra a lo largo de miles de millones de años cuando se combinan con las interacciones gravitacionales típicas entre estos dos cuerpos. (Incluso hoy en día, la distancia entre la Tierra y la Luna y la duración de un día en la Tierra continúan aumentando debido a los efectos de las mareas de la Tierra).

Por último, existen extrañas discrepancias entre el lado cercano y el lado lejano de la Luna. Estas diferencias son, entre otras: el grosor de la corteza tiene 70 kilómetros (43 millas) en el lado cercano de la Luna y 150 kilómetros (93 millas) en el lado lejano; la disparidad en la composición geológica, como por ejemplo una concentración de elementos radiactivos en el lado cercano, y la nutrida historia de vulcanismo en el lado cercano en comparación con la relativa ausencia de actividad volcánica en el lado lejano. En qué medida estas diferencias están relacionadas con la formación de la Luna —su enfriamiento, el desarrollo de su actividad volcánica y la forma en que ha sido bombardeada por objetos desde el espacio— es una pregunta que los científicos continúan tratando de resolver hoy en día.

Un comportamiento modelo

Con el regreso de la humanidad a la Luna mediante el programa Artemis, los científicos esperan recibir un alud de información nueva que nos permita determinar con precisión un único escenario de su formación. Mientras tanto, los científicos siguen estudiando las muestras existentes y otra información disponible en este momento —como la información proveniente de los orbitadores lunares y el creciente corpus de conocimientos sobre la formación planetaria— para elaborar modelos informáticos que nos ayuden a comprender cómo pudo haber ocurrido la colisión y cómo esta pudo haber dado origen a la Luna y a la Tierra tal como las vemos hoy. Estos modelos tienen en cuenta factores como la resistencia de los objetos que colisionaron, la fricción entre los componentes, la densidad de estos componentes y el comportamiento de los materiales a diferentes temperaturas y presiones. Los avanzados modelos informáticos actuales permiten obtener una serie de resultados muy específicos a partir de variables como estas.

Por ejemplo, cuando los científicos quieren averiguar por qué la Luna tiene niveles bajos de ciertos elementos que se evaporan con facilidad, emplean modelos para observar cómo sería la composición de este satélite natural si dichos elementos se hubieran perdido, o agotado, durante los distintos períodos de formación de la Luna. Es posible que el entorno en el que se formó la Luna, o las erupciones tempranas en su superficie, crearon una atmósfera temporal que condujo a la eliminación de algunos de esos elementos; o es posible que hayan sido liberados mediante su interacción con el calor del Sol o con una Tierra incandescente y aún fundida.

Ni siquiera estos modelos complejos pueden simular cada átomo en una colisión masiva entre objetos gigantes que lanza escombros al espacio. Sin embargo, los astrónomos pueden representar grupos más grandes de escombros utilizando partículas cuyas propiedades dependen de su ubicación durante la colisión, como el material caliente situado cerca del núcleo de la protoluna. Los astrónomos pueden modificar las propiedades de sus modelos para obtener resultados diferentes, demostrando cómo incluso pequeños cambios pueden dar lugar a distintos escenarios. A medida que se acumula la evidencia, el objetivo final es obtener un modelo integral que explique todo lo que sabemos sobre la Luna.

Búsqueda del pasado en el futuro

La última misión del programa Apolo a la Luna se llevó a cabo en 1972. Los científicos han tenido décadas para investigar las muestras lunares y datos de las misiones Apolo, combinarlos con la información obtenida en las misiones lunares posteriores, llegar a conclusiones y plantear nuevas preguntas. Saben qué objetivos priorizar durante las próximas misiones del programa Artemis para ayudar a resolver algunos de los misterios pendientes.

Todas las misiones Apolo alunizaron cerca del ecuador de la Luna, y las muestras traídas a la Tierra provienen en su mayoría de regiones volcánicas. Los científicos expertos en la Luna esperan obtener nuevas muestras de diferentes lugares, como el lado lejano y zonas más cercanas a los polos lunares, para examinar la composición en regiones que habrían evolucionado de manera diferente y descubrir más pruebas de cómo se formó nuestro satélite. Esperan perforar la superficie lunar y obtener muestras de roca (testigos) que expongan capas adicionales de la historia geológica de la Luna: un registro escrito en la roca que, por ahora, permanece en gran parte oculto a nuestra vista.

Estos nuevos descubrimientos ayudarán a delimitar los muchos factores desconocidos en los modelos de formación de la Luna. Si la nueva evidencia demuestra —por citar solo un ejemplo— que se perdió una gran cantidad de azufre durante un período de actividad volcánica, entonces no será necesario tener en cuenta dicha pérdida al analizar las primeras etapas de su formación. Al igual que en un juego de detectives, descifrar los misterios de la formación de la Luna será un proceso de eliminación: se descartarán sucesos concretos ocurridos durante determinados períodos y se irán reduciendo las posibilidades hasta que queden muy pocas.

Pero los científicos también están atentos a la posibilidad de lograr nuevos descubrimientos, hallazgos que ofrezcan un panorama diferente. Es posible que las pistas más importantes sobre el pasado de la Luna aún se encuentren dispersas sobre la superficie lunar y debajo de ella, a la espera de ser descubiertas.

Redacción: Tracy Vogel
Asesores científicos: Prabal Saxena (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA), Sarah Valencia (Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA) y Bill Bottke (Instituto de Investigaciones del Sudoeste en Boulder)