Analizando con nuevas tecnologías a nuestro satélite natural.

Impactos masivos pequeños compactaron la porosidad de la Luna, revela nuevo estudio.

Científicos del Instituto Tecnológio de Massachusetts (MIT) descubrieron que la porosidad de la corteza lunar, que llega hasta muy por debajo de la superficie, puede revelar mucho sobre la historia del bombardeo de la Luna. Es en un estudio publicado en "Nature Geoscience", que  se ha demostrado, mediante simulaciones que, al principio del periodo de bombardeo, la Luna era muy porosa, casi un tercio de lo que es la piedra pómez. Esta elevada perforación fue probablemente el resultado de los primeros impactos masivos que destrozaron gran parte de la corteza.

Este mapa de iluminación multitemporal del polo sur del satélite natural fue creado a partir de imágenes tomadas por el Orbitador de Reconocimiento Lunar de la agencia espacial estadunidense. Foto NASA/ GSFC/ Universidad Estatal de Arizona

Rocas y desechos galácticos golpearon al satélite de la Tierra y por ello apretaron grietas y fallas que ya existían, señalan los científicos del (MIT), hace unos cuatro mil 400 millones de años, asteroides y cometas masivos y, más tarde, las rocas más pequeñas y los desechos galácticos golpeaban la Luna, así como a otros cuerpos terrestres infantes. Este periodo concluyó hace unos tres mil 800 millones de años.

Para el satélite natural de la Tierra, esa época tumultuosa dejó tras de sí una cara fuertemente craterizada y una corteza agrietada y porosa.

Los científicos suponían que una avalancha continua de impactos iría aumentando lentamente la porosidad, pero, sorprendentemente, el equipo descubrió que casi toda se formó muy rápido con esos impactos masivos, y que el ataque continuado de objetos más pequeños en realidad compactó su superficie. Estos choques violentos posteriores, más pequeños, actuaron en cambio para apretar y compactar algunas de las grietas y fallas existentes en el satélite.

Fotografía de la Luna. Tomada de El Tiempo. com.

A partir de sus simulaciones, los investigadores también estimaron que el satélite experimentó el doble de impactos de los que se pueden ver en la superficie. Pero, este cálculo es inferior a lo que otros han supuesto.

Explicó en un comunicado el coautor del estudio, el doctor por la Universidad de Cornell, Jason Soderblom, ahora científico investigador del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT: “Los cálculos anteriores situaban ese número mucho más alto, hasta diez veces los impactos que vemos en la superficie, y nosotros estamos prediciendo que hubo menos choques. Esto es importante porque limita el material total que los impactadores como los asteroides y los cometas trajeron a la Luna y a los cuerpos terrestres, y da restricciones a la formación y evolución de los planetas en todo el sistema solar. En el nuevo estudio tratamos de rastrear la cambiante porosidad de la Luna y utilizar esas modificaciones bajo la superficie para estimar el número de impactos que se produjeron en su superficie. Sabemos que ha sido tan bombardeada que lo que vemos en la superficie ya no es un registro de todos los impactos que ha tenido, porque en algún momento, fueron borrando los anteriores. Lo que estamos descubriendo es que la forma en que los choques crearon la porosidad en la corteza no se destruye, y eso puede darnos una mejor restricción del número total de ellos a los que la Luna estuvo sometida”.

Para rastrear la evolución de la porosidad del satélite, el equipo recurrió a las mediciones realizadas por el Laboratorio de Recuperación de la Gravedad y el Interior de la Agencia de Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA), (GRAIL), una misión diseñada por el MIT que lanzó dos naves espaciales alrededor de la Luna para trazar un mapa preciso de la gravedad de la superficie.

La misión "Gravity Recovery and Interior Laboratory" (GRAIL) en español "Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad", es parte del Programa Discovery de la NASA. Su lanzamiento fue realizado el 10 de septiembre del año 2011, se volaron dos naves espaciales gemelas,  "GRAIL A " (Ebb) y "GRAIL B" (Flow), en órbitas en tándem alrededor de la Luna durante varios meses para medir su campo de gravedad con un detalle sin precedentes. Fue  la doctora en geofísica del MIT, María Zuber la principal investigadora de la misión.  Las dos naves impactaron la superficie lunar el 17 de diciembre de 2012, tal y como fue programado, cuarenta días después de alta actividad.

Fotografía del "Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad", es parte del Programa Discovery de la NASA. Tomada de Wikipedia.

La misión del Orbitador de Reconocimiento Lunar también responderá preguntas de larga data sobre la Luna de la Tierra y brindará a los científicos una mejor comprensión de cómo se formaron la Tierra y otros planetas rocosos del Sistema Solar.

Los investigadores han convertido esos mapas en cartografías detalladas de la densidad de la corteza lunar subyacente. A partir de ellos, los científicos también han podido mapear la porosidad actual, en las regiones que rodean los cráteres más jóvenes son muy porosas, mientras las áreas menos porosas rodean los cráteres más antiguos.

Es el doctor Ya Huei Huang, ahora posdoctorado del EAPS del MIT y autor principal del estudio, así como Soderblom, y los demás colaboradores de las Universidades de Purdue y Auburn, trataron de simular cómo cambiaba la porosidad a medida que recibía impactos, primero grandes y luego más pequeños., para ello incluyeron en su trabajo la edad, el tamaño y la ubicación de los setenta y siete mayores cráteres de la superficie lunar, junto con las estimaciones derivadas de (GRAIL) de la porosidad actual de cada cráter. Incluye todas las cuencas conocidas, desde las más antiguas hasta las más jóvenes y abarca edades entre 4 mil 300 millones y 3 mil 800 millones de años.

Para sus simulaciones, el equipo utilizó los cráteres más jóvenes con la mayor porosidad actual como punto de partida para representar la inicial en las primeras etapas del bombardeo pesado. Pensaron que los cráteres más antiguos que se formaron en las primeras etapas habrían empezado siendo muy perforados, pero habrían estado expuestos a más impactos a lo largo del tiempo que compactaron y redujeron su porosidad inicial. En cambio, los cráteres más jóvenes, aunque se formaron más tarde, habrían experimentado menos impactos posteriores, si es que los hubo. Su porosidad subyacente sería entonces más representativa de las condiciones iniciales del satélite.

Así lo explicaron en un comunicado: “Utilizamos la cuenca más joven que tenemos en la Luna, que no ha sido sometida a demasiados impactos, y la utilizamos como punto de partida como condiciones iniciales. Luego usamos una ecuación para afinar el número de impactos necesarios para pasar de la porosidad inicial a la actual, más compactada, de las cuencas más antiguas”.

El equipo estudió los 77 cráteres en orden cronológico, basándose en sus edades antes determinadas. Para cada cráter, el equipo modeló la cantidad en que la porosidad subyacente cambió en comparación con la inicial representada por el cráter más joven. Asumieron que un mayor cambio en lo agujereado estaba asociado a un mayor número de impactos, y utilizaron esta correlación para estimar el número de choques que habrían generado la porosidad actual de cada uno.

Estas simulaciones mostraron una clara tendencia: al comienzo del bombardeo pesado de la Luna, hace cuatro mil 300 millones de años, la corteza era muy porosa, alrededor del veinte por ciento, en comparación con la piedra pómez es de entre el sesenta y ochenta por ciento. Hace cerca de tres mil 800 millones de años, la corteza se volvió menos porosa, y se mantiene en su perforación actual de alrededor de diez por ciento.

Este cambio es probablemente el resultado de que los choques de objetos más pequeños actuaran para compactar una corteza fracturada. A juzgar por este cambio de porosidad, los investigadores estiman que la Luna experimentó aproximadamente el doble de pequeños impactos de los que pueden verse en su superficie en la actualidad.

A manera de conclusión el doctor Soderblom, expresó: “Esto pone un límite superior a las tasas de impacto en todo el sistema solar. También tenemos ahora una nueva apreciación de cómo los impactos gobiernan la porosidad de los cuerpos terrestres”.

El denominado sistema "Tierra-Luna". Tomada de Cosmo Aventura.

La denominación que algunos científicos dan al Sistema "Tierra-Luna" debido al desmesurado tamaño que presenta el satélite con relación al planeta, de solamente 81 veces menor masa y únicamente 3.6 veces menor de diámetro, lo que se ejemplifica con este planteamiento: si la Tierra fuese del tamaño de una pelota de baloncesto, la Luna sería del tamaño de una pelota de tenis.

También se apoya esta denominación en la inexistencia de más satélites naturales que orbiten a la Tierra, pues lo habitual es que no exista ninguno, el caso de los planetas interiores del Sistema Solar, los también rocosos Mercurio y Venus; y en el otro extremo, que existan multitud de ellos, como sucede en los planetas del tipo joviano.

Así, cuando se dice que la Tierra describe una elipse en torno al Sol, en realidad se debe decir que la órbita la describe el centro del sistema "Tierra-Luna." Ambos astros, unidos por un eje invisible, forman algo así como una haltera disimétrica que gira en torno a su centro de gravedad.

Debido a que la masa de la Tierra es muy superior a la de la Luna, ese centro, denominado "baricentro", que divide a la masa común en dos partes iguales, está situado en el interior del globo terrestre, a unos cuatro mil 683 kilómetros de su centro. Así, veintiseis veces al año, la Luna pasa alternativamente de uno al otro lado de la órbita terrestre.

De esas consideraciones, se desprende que los movimientos de la Luna son mucho más complejos de lo que se supone, siendo necesario para determinar con exactitud los movimientos reales de la Luna tener en cuenta nada menos que 1.475 irregularidades en los movimientos lunares diferentes y que incluyen las perturbaciones de su órbita debidas a la atracción ejercida por los demás astros del sistema solar, especialmente Venus y Júpiter, así como entre otros la aceleración secular del movimiento de la Luna.

Con un diámetro de poco menos de tres mil quinientos kilómetros y una superficie llena de cráteres, este objeto rocoso desvela a los científicos que buscan a través de diversas teorías encontrar la causa de su formación, es este nuestro "extraño" satélite natural que gira  alrededor a una distancia promedio de aproximadamente trescientos ochenta y cinco mil kilómetros.

Además de ser un satélite anormalmente grande, la Luna gira alrededor de nuestro planeta en una órbita bastante inclinada con respecto a nuestro ecuador, además de tener marcadas diferencias en su composición química y constitución física. Y mientras que los planetas son por lo menos varios miles de veces más masivos que sus satélites, la Tierra es solo ochenta veces más masiva que la Luna. De ahí que se califique como una rareza.

Imagen del Sistema "TierraLuna" que muestra su baricentro. Tomado de Diccionario De Astronomia.

El origen de la Luna generalmente se explica:

Por la teoría de que un cuerpo del tamaño de Marte que golpeó la Tierra, formando un anillo de escombros que eventualmente se acumuló en un sólo cuerpo celeste, al que llamamos la Luna, sin embargo, existen también una serie de variaciones en esta "Hipótesis de Impacto Gigante", como explicaciones alternativas y la investigación continúa sobre la manera en que se formó la Luna.

Adicionalmente existen otros escenarios propuestos, que incluyen:

cuerpo capturado, ambos objetos se formaron por separado al inicio del Sistema Solar y la Luna, al acercarse a la Tierra fue capturada por nuestro planeta. Sin embargo, las condiciones para que se dé esta captura son extremadamente difíciles de cumplir y este modelo tampoco puede explicar el bajo contenido de hierro de la Luna;

fisión de la Luna (desprendimiento), desde la corteza terrestre debido a fuerzas centrífugas, que deberían haber requerido también un giro inicial de la Tierra; la atracción gravitacional de la Luna en estado de formación que hubiera requerido una extensión inviable de la atmósfera para disipar la energía de la Luna, que se encontraba pasando;

la co-formación juntas en el "Disco de acresión" primordial, que no explica la depleción de hierro en estado metálico, formándose juntas en la "Teoría de la condensación", en la cual una enorme nube de roca vaporizada en forma de rosquilla llamada 'synestia' sería el origen de la Luna (Sinesia);

"colisiones planetesimales", esto es, formadas a partir de cuerpos similares a asteroides. La "Teoría planetesimal" expone que hace cuatro mil 568 millones de años cuando se produjo la formación de nuestro Sol, en la que se cree que colapso una nube molecular gigante, la mayor parte de la masa del proceso se concentró formando el Sol, mientras que el resto se desprendió en fragmentos que con el paso del tiempo se solidificaron y se establecieron en órbitas formando los planetas que hoy en día conocemos. Esta teoría explica la formación de la Luna al igual que la formación de los demás planetas: la Luna se formó a partir de uno de los fragmentos del Sol (como los demás planetas) en otra parte del sistema solar y más tarde sería capturada por la órbita de la Tierra; y

teorías de múltiples colisiones, esta otra teoría sugiere que la Luna podría haberse formado por una serie de grandes impactos, en lugar de ser resultado de una colisión gigante única, lo que explicaría porque parece estar compuesta en su mayoría por material similar al de la Tierra y no por una mezcla de restos terrestres y de otro planeta. Esos impactos, estimados en un número de veinte, habrían puesto en órbita millones de toneladas de desechos que habrían terminado juntándose y formando el satélite que gira en torno a nosotros.

Sin embargo, todas estas hipótesis tampoco pueden explicar el fuerte "momento angular" vigente en el sistema "Tierra-Luna".

Representación gráfica de la "Teoría del Gran Impacto". Tomada de NASA/JPL-Caltech.

En detalle se tiene la idea de que en un principio la "Proto-Tierra", no tuvo grandes lunas al comienzo de la formación del Sistema Solar, hace cuatro mil seiscientos millones de años, la Tierra era básicamente roca y lava, otro "proto-planeta" temprano del tamaño de Marte, al que se ha llamado "Tea", golpeó a la Tierra de tal manera que expulsó una cantidad considerable de material lejos de ella. Una parte de estas eyecciones escapó al espacio, pero el resto se consolidó en un sólo cuerpo esférico en órbita alrededor de la Tierra, creándose la Luna.

Esta hipótesis requiere haya existido una colisión entre la "Proto-Tierra", de aproximadamente el 90% del tamaño de la Tierra actual, y otro cuerpo del diámetro del planeta Marte, la mitad del diámetro terrestre y una décima parte de su masa. Esta relación de tamaño es necesaria para que el sistema resultante tenga un momento angular suficiente para que coincida con la configuración orbital actual. Tal impacto habría puesto suficiente material en órbita alrededor de la Tierra para eventualmente haberse acumulado para formar la Luna.

Las simulaciones realizadas por computadora, demuestran la necesidad de un golpe, lo que hace que una parte del colisionador forme un largo brazo de material que luego se corta. La forma asimétrica de la Tierra después de la colisión hace que este material se asiente en una órbita alrededor de la masa principal. La energía involucrada en esta colisión es impresionante: posiblemente billones de toneladas de material se habrían vaporizado y derretido. En partes de la Tierra, y con ello la temperatura habría aumentado a diez mil grados centígrados. 

El núcleo de hierro relativamente pequeño de la Luna, si se compara con otros  planetas rocosos y lunas en el Sistema Solar, se explica por el núcleo de Tea que se fusiona principalmente con el de la Tierra. La falta de volátiles, en las muestras lunares que también se explica en parte por la energía de la colisión. La importante cantidad de energía liberada en el gran impacto y la subsecuente fusión del material en la órbita de la Tierra pudo haber derretido la capa superficial de la Tierra, formando un océano de magma. La energía liberada durante la reacreación de material en órbita alrededor de la Tierra habría sido suficiente para derretir una gran parte de la Luna, lo que llevaría a la generación de su propio océano de magna; las estimaciones de su profundidad varían entre quinientos kilómetros y el radio completo de la Luna.

La Luna recién formada orbitaba aproximadamente a una décima parte de la distancia que lo hace hoy, y gira en espiral hacia afuera debido a la fricción de las mareas, que transfiere el momento angular de las rotaciones de ambos cuerpos al movimiento orbital de la Luna. A lo largo del camino, la rotación de la Luna se bloqueó en la Tierra, por lo que un lado de la Luna se enfrenta continuamente hacia la Tierra. Además, la Luna habría chocado e incorporado los pequeños satélites preexistentes de la Tierra, que habrían compartido la composición de la Tierra, incluidas las abundancias isotópicas. La geología de la Luna desde entonces ha sido más independiente de la Tierra. 

Un estudio realizado en el año 2012, sobre el agotamiento de los isótopos de zinc en la Luna apoyó el origen del gran impacto para la composición de la Tierra y la Luna.

Imagen de la Luna, hipnotizadora , cautivadora ya la vez, tan cerca y tan lejos. Tomada de EcuRed.

Como sea su origen y sean cuales sean las explicaciones de su formación, las que quizás algún día se conozcan, seguirá siendo muy importante, y dado que cautiva desde siempre a la humanidad, sino observemos que existen muchas leyendas en que ella es la protagonista, seguramente cuando menos una en cada cultura que existe o existió.

La seguiremos admirando y será fuente de inspiración para muchos proyectos humanos, como por ejemplo el de volver a visitarla con misiones tripuladas y dejar que alunicen, por primera vez mujeres así como elementos de otras etnias, la Machincuepa Cuántica le dará seguimiento a esa notable y ambiciosa intención.