Hace unos 4.500 millones de años, un pequeño planeta se estrelló contra la joven Tierra, arrojando roca fundida al espacio. Lentamente, los escombros se fusionaron, se enfriaron y solidificaron, formando nuestra luna.
Este escenario de cómo surgió la luna de la Tierra es en el que coinciden en gran medida la mayoría de los científicos. Pero los detalles de cómo sucedió exactamente eso son «más bien una novela de elige tu propia aventura», según investigadores del Laboratorio Lunar y Planetario de la Universidad de Arizona que publicaron un artículo en Nature Geoscience .
Los hallazgos ofrecen información importante sobre la evolución del interior lunar y, potencialmente, de planetas como la Tierra o Marte.
La mayor parte de lo que se sabe sobre el origen de la Luna proviene de análisis de muestras de rocas, recolectadas por los astronautas del Apolo hace más de 50 años, combinadas con modelos teóricos . Las muestras de rocas de lava basáltica traídas de la luna mostraron concentraciones sorprendentemente altas de titanio. Observaciones satelitales posteriores descubrieron que estas rocas volcánicas ricas en titanio se encuentran principalmente en la cara visible de la Luna, pero cómo y por qué llegaron allí sigue siendo un misterio, hasta ahora.
Debido a que la Luna se formó rápida y caliente, probablemente estuvo cubierta por un océano global de magma. A medida que la roca fundida se enfrió y solidificó gradualmente, formó el manto lunar y la corteza brillante que vemos cuando miramos la luna llena por la noche. Pero en lo más profundo de la superficie, la joven luna estaba tremendamente fuera de equilibrio. Los modelos sugieren que los últimos restos del océano de magma cristalizaron en minerales densos, incluida la ilmenita, un mineral que contiene titanio y hierro.
«Debido a que estos minerales pesados son más densos que el manto que se encuentra debajo, crean una inestabilidad gravitacional, y se esperaría que esta capa se hundiera más profundamente en el interior de la luna», dijo Weigang Liang, quien dirigió la investigación como parte de su trabajo doctoral en LPL.
De alguna manera, en los milenios siguientes, ese material denso se hundió en el interior, se mezcló con el manto, se derritió y regresó a la superficie como flujos de lava ricos en titanio que vemos hoy en la superficie.
«Nuestra luna literalmente se volvió del revés», dijo el coautor y profesor asociado de LPL, Jeff Andrews-Hanna. «Pero ha habido poca evidencia física que arroje luz sobre la secuencia exacta de eventos durante esta fase crítica de la historia lunar, y hay mucho desacuerdo en los detalles de lo que sucedió, literalmente».
¿Este material se hundió a medida que se formaba poco a poco, o todo a la vez después de que la luna se había solidificado por completo? ¿Se hundió globalmente en el interior y luego se elevó en el lado cercano, o migró hacia el lado cercano y luego se hundió? ¿Se hundió en una masa grande o en varias masas más pequeñas?
«Sin evidencia, puedes elegir tu modelo favorito. Cada modelo tiene profundas implicaciones para la evolución geológica de nuestra luna», dijo el coautor principal Adrien Broquet del Centro Aeroespacial Alemán en Berlín, quien realizó el trabajo durante su etapa postdoctoral. Investigador asociado en LPL.
En un estudio anterior , dirigido por Nan Zhang de la Universidad de Pekín en Beijing, quien también es coautor del último artículo, los modelos predijeron que la densa capa de material rico en titanio debajo de la corteza migró primero al lado cercano de la luna. , posiblemente provocado por un impacto gigante en el lado opuesto, y luego hundido en el interior en una red de losas en forma de láminas, cayendo en cascada hacia el interior lunar casi como cascadas. Pero cuando ese material se hundió, dejó un pequeño remanente en un patrón geométrico de cuerpos lineales que se cruzan de material denso rico en titanio debajo de la corteza.
«Cuando vimos esas predicciones del modelo, fue como si se encendiera una bombilla», dijo Andrews-Hanna, «porque vemos exactamente el mismo patrón cuando observamos variaciones sutiles en el campo de gravedad de la luna , revelando una red de material denso que acecha debajo la corteza.»
En el nuevo estudio, los autores compararon simulaciones de una capa rica en ilmenita que se hunde con un conjunto de anomalías de gravedad lineal detectadas por la misión GRAIL de la NASA, cuyas dos naves espaciales orbitaron la Luna entre 2011 y 2012, midiendo pequeñas variaciones en su atracción gravitacional. Estas anomalías lineales rodean una vasta región oscura de la cara visible de la Luna cubierta por flujos volcánicos conocidos como mare (en latín, «mar»).
Los autores descubrieron que las firmas de gravedad medidas por la misión GRAIL son consistentes con las simulaciones de la capa de ilmenita, y que el campo de gravedad puede usarse para mapear la distribución de los restos de ilmenita que quedaron después del hundimiento de la mayor parte de la capa densa.
«Nuestros análisis muestran que los modelos y los datos cuentan una historia notablemente consistente», dijo Liang. «Los materiales de ilmenita migraron hacia el lado cercano y se hundieron en el interior en cascadas en forma de láminas, dejando atrás un vestigio que causa anomalías en el campo de gravedad de la luna, como lo ve GRIAL».
Las observaciones del equipo también limitan el momento de este evento: las anomalías de gravedad lineal son interrumpidas por las cuencas de impacto más grandes y antiguas en el lado cercano y, por lo tanto, debieron haberse formado antes. Con base en estas relaciones transversales, los autores sugieren que la capa rica en ilmenita se hundió antes de hace 4,22 mil millones de años, lo que es consistente con su contribución al vulcanismo posterior observado en la superficie lunar.
«El análisis de estas variaciones en el campo gravitatorio de la Luna nos permitió echar un vistazo bajo la superficie de la Luna y ver lo que hay debajo», dijo Broquet, quien trabajó con Liang para demostrar que las anomalías en el campo gravitacional de la Luna coinciden con lo que se esperaría para las zonas de material denso rico en titanio predicho por modelos de simulación por computadora del vuelco lunar.
luna torcida
Si bien la detección de anomalías de la gravedad lunar proporciona evidencia del hundimiento de una capa densa en el interior de la luna y permite una estimación más precisa de cómo y cuándo ocurrió este evento, lo que vemos en la superficie de la luna agrega aún más intriga a la historia, según el equipo de investigación.
«La Luna está fundamentalmente desequilibrada en todos los aspectos», dijo Andrews-Hanna, explicando que la cara visible que mira a la Tierra, y particularmente la región oscura conocida como región Oceanus Procellarum, tiene una elevación más baja, tiene una corteza más delgada y está cubierta en gran parte por fluye lava y tiene altas concentraciones de elementos típicamente raros como titanio y torio.
El otro lado difiere en cada uno de estos aspectos. De alguna manera, se cree que el vuelco del manto lunar está relacionado con la estructura única y la historia de la región Procellarum del lado cercano. Pero los detalles de ese cambio han sido motivo de considerable debate entre los científicos.
«Nuestro trabajo conecta los puntos entre la evidencia geofísica de la estructura interior de la luna y los modelos informáticos de su evolución», añadió Liang.
«Por primera vez tenemos evidencia física que nos muestra lo que estaba sucediendo en el interior de la luna durante esta etapa crítica de su evolución, y eso es realmente emocionante», dijo Andrews-Hanna. «Resulta que la historia más temprana de la luna está escrita debajo de la superficie, y simplemente fue necesaria la combinación correcta de modelos y datos para revelar esa historia».
«Los vestigios de la evolución lunar temprana están presentes hoy debajo de la corteza, lo cual es fascinante», dijo Broquet. «Las futuras misiones, como por ejemplo con una red sísmica, permitirían una mejor investigación de la geometría de estas estructuras».
Liang añadió: «Cuando los astronautas de Artemis finalmente aterricen en la luna para comenzar una nueva era de exploración humana, tendremos una comprensión muy diferente de nuestro vecino que cuando los astronautas del Apolo pusieron el pie en ella por primera vez».
Más información: Adrien Broquet, Vestigios de una capa de ilmenita lunar tras el vuelco del manto revelados por datos de gravedad, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01408-2 . www.nature.com/articles/s41561-024-01408-2
