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LA FORMACIÓN DE LA LUNA

Omar Yim Barciela
TÉCNICO EN PROGRAMACIÓN
MIEMBRO DE LA ASOCIACION PANAMEÑA DE AFICIONADOS A LA ASTRONOMIA

Los astrónomos hace más de un siglo han intentado descubrir el misterio del origen de la Luna. Sus observaciones les han llevado a proponer múltiples hipótesis sobre la naturaleza de la relación de parentesco existente entre la Tierra y la Luna. Hace 27 años que las primeras muestras de rocas Lunares eran traídas a la Tierra por las misiones Apollo. Para el conjunto de la comunidad científica el principal objetivo de estas misiones iba a alcanzarse finalmente: Proporcionar indicios concluyentes no sólo sobre la formación de la Luna, sino también sobre la de los planetas del Sistema Solar, problemas que desde hacia muchos años no dejaban de dividir a los investigadores y eran objeto de numerosas hipótesis y modelos.

Esta era al menos una de las grandes esperanzas de uno de los pioneros de la conquista planetaria, Harold C. Urey, al que se debía en buena parte el programa espacial Apollo. Y aunque sus esperanzas se vieron en gran parte frustradas durante varios años, la cosecha de información recogida por Apollo y la aportación de recientes trabajos teóricos permiten ahora esbozar un modelo coherente sobre la formación de la Luna y los planetas llamados telúricos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. En efecto las misiones Apollo han permitido circunscribir los principales parámetros físicos y químicos que caracterizaron a la Luna en sus orígenes. El análisis de la composición isotópica de las muestras Lunares han revelado que la Luna se formó aproximadamente en la misma época que la Tierra, es de decir hace unos 4,500 millones de años. Pero como los márgenes de error en las medidas son todavía demasiado amplias, no se puede precisar si es mas vieja la Tierra o la Luna. En cambio, se sabe que el intervalo de tiempo entre los momentos de sus formaciones respectivas no supera los cien millones de años.

La estimación de la composición química global de la Luna ha puesto en relieve la sorprendente semejanza que existe entre nuestro satélite y el manto terrestre en lo que respecta a la densidad media y a la baja concentración de algunos elementos químicos como el hierro o el níquel. De otra parte, los estudios sísmicos realizados a partir de temblores de la Luna registrados por medio de sismógrafos colocados en la Luna por los astronautas del Apollo han demostrado que la Luna es solidad hasta 1,000 kilómetros de profundidad (es decir el 90% porciento de su volumen). Los datos actuales no permiten afirmar la existencia de un núcleo lunar constituido por rocas parcialmente fundidas que, de todos modos, seria muy pequeño.

Es conveniente revisar las diferentes hipótesis existentes sobre el origen de la Luna y ver en que medida son compatibles con la teoría de la formación de los planetas teluricos.

  1. HIPOTESIS DE LA LUNA SURGIDA DE LA TIERRA:
    Una de las hipótesis más antiguas sobre la formación de la Luna es probablemente de fisión, en virtud de la cual la Luna se separó de la Tierra. En efecto, al final del siglo XIX el astrónomo G.H. Darwin, el hijo del célebre naturalista, Charles Darwin, descubrió que la Luna había estado antes mucho mas cerca de la Tierra. Este alejamiento constante de la Luna, del orden de 3 metros por siglo, se debe de hecho al frenado de la rotación terrestre por efecto de las mareas. En efecto, la atracción lunar deforma al globo al globo terrestre en un elipsoide, pero estas deformaciones no son completamente elásticas y se disipa en forma de calor, energía tomada de la energía de rotación de la Tierra. Digamos brevemente que esta disipación de calor provoca un retraso de la deformación de la tierra y los océanos. La atracción lunar, al actuar sobre los abultamientos debidos a las mareas, induce una fuerza retardadora que tiende a frenar la rotación de la Tierra. El momento cinético perdido en el frenado de la rotación terrestre se recupera en el interior del sistema aislado Tierra-Luna en forma de momento cinético de rotación de la Luna alrededor de la Tierra, lo que traduce en un aumento de la distancia tierra-Luna. Para G.H. Darwin, este alejamiento progresivo de la Luna aboga a favor de un origen terrestre de Luna: ésta se habría formado a partir del manto terrestre, después de que se hubiese individualizado el núcleo metálico en el centro de la Tierra.
    En su época, los estudios sobre las configuraciones en el equilibrio de cuerpos fluidos en rotación le proporcionaron un mecanismo posible que permitía explicar esta separación: la fisión, resultaba que un cuerpo fluido incomprensible, tal como se considera a la Tierra, no puede permanecer en equilibrio estable si su aumento cinético es demasiado grande, es decir, se gira demasiado deprisa. El cuerpo reacciona buscando un nuevo estado de equilibrio, lo que se traduce en su fisión en dos. G.H. Darwin aplico este principio a la Tierra, cuya rotación habría sido en el pasado demasiado rápida, y de la que se habría separado la Luna; el océano pacífico representaría la cicatriz de la ruptura. Es dudoso que la Tierra, haya podido adquirir durante su historia un momento cinético tan importante como para dar origen de su interior a la Luna. Por tanto, se puede afirmar actualmente que esta teoría de la fisión, al menos en su versión original, ha perdido prácticamente a todos sus partidarios.
  2. HIPÓTESIS DEL PLANETA DOBLE:
    Solo mucho más reciente surgió una segunda hipótesis sobre la formación de la Luna. En 1960 el Ruso E.L. Ruskol (O. Yu. Schmidt Institute of Earth Physics) propuso por primera vez el modelo llamado de acreción binaria; mas sencillamente, del planeta doble. Según este modelo, la Luna se formo de materia en órbita terrestre. Imaginemos, por ejemplo colisiones de planetoides en las cercanías de un primer esbozo de la Tierra. Estos pudieron ser capturados por la atracción del planeta y permanecer en órbita alrededor engendrando un enjambre. Si de este modo fue capturado un numero suficiente de planetoides, estos colisionaron con otros, lo que alimento la cantidad de materia en el enjambre, que adquirió un momento cinético importante debido a los impactos entre los diferentes planetoides que lo constituían, tuvo que extenderse en forma de un delgado anillo en el plano ecuatorial de la Tierra en formación. Uno de los aspectos seductores de este modelo es el que prevé que en cierto modo el enjambre hará la fusión de un filtro químico, capturando preferentemente los planetoides de composición parecida a la del manto terrestre.
    En efecto se puede admitir que los fragmentos silicatos son menos densos y, por tanto, menos másicos que los fragmentos férreos procedentes de la dislocación anterior del embrión de un planeta ya diferenciado en un núcleo metálico y un manto silicato. De donde que el enjambre captará mas silicatos que hierro, mientras que los fragmentos férreos se abrirán camino a través del enjambre. Este proceso podría explicar pues la composición química del conjunto de la Luna, de su pobreza en sustancias volátiles y de otros indicios que incitan a creer que la materia no tiene un origen terrestre.
  3. Pero el modelo de la acreción binaria padece el mismo efecto que los modelos de fisión: La insuficiencia del momento cinético del sistema. En efecto, el momento cinético total del enjambre capturado tiene que haber sido elevado para evolucionar hasta un disco. Pero corresponde a la suma de las aportaciones de cada planetoide capturado, y hay tantas posibilidades de que la captura tenga lugar en un sentido directo, es decir, en el mismo sentido que el movimiento de los planetas alrededor del Sol, como en sentido retrogado (sentido inverso). Por tanto, incluso la captura de un número suficiente para hacer posible un efecto de filtro químico no podría proporcionar el equivalente del momento angular del sistema Tierra-Luna. Solo en el caso de trayectorias orbitales muy elípticas de los planetoides (que hiciesen posible una mayor velocidad), el momento cinético se acercaría al mínimo requerido. Sin embargo, como estas trayectorias no representan mas que una pequeña proporción de la trayectorias posibles, esta claro que el momento cinético total no habría sido suficiente para impedir que el enjambre en rotación alrededor de la Tierra fuese a su ves capturado por nuestro planeta. De ahí que , al igual que la hipótesis de la fisión, la de acreación binaria ha sido actualmente abandonada por la mayoría de los investigadores.

  4. HIPOTESIS DE LA LUNA CAPTURADA POR LA TIERRA:
    Aproximadamente en la misma época que la hipótesis de la acreción binaria, se adelanto un tercer modelo sobre la formación de la Luna. Se trataba del modelo de la captura de la Luna por la Tierra, que fue propuesto por primera vez por al Alemán H. Gerstenkom en 1955. Este modelo iba a aportar una solución al problema de la insuficiencia del momento cinético. En su virtud , la Luna se habría formado en algún lugar en la región de los planetas teluricos, en una órbita bastante próxima a la Tierra antes de ser capturada por esta. La captura de un satélite por un planeta parece mucho mas probable cuando sus órbitas están próximas (encuentro próximo). Si por ejemplo, la distancia entre la Tierra y la Luna en el momento de su encuentro eran del orden de tres (3) radios terrestres (mas lejos la captura resulta imposible ya que la disposición de energía necesaria para el frenado de la Luna resulta pequeña), en el momento cinético del sistema Tierra-Luna seria igual a la sexta parte del momento cinético actual. Este déficit de momento angular habria podido corregirse haciendo invertir en el modelo algunos planetoides que colisionasen tangencialmente con la Tierra. Este modelo de captura puede explicar fácilmente las diversas composiciones químicas entre la Luna y el manto terrestre. En cambio, son las semejanzas de naturaleza química las que son difíciles de explicar. Por ejemplo, si la Luna se formo en la misma región que los demás planetas teluricos ¨Como explicar que sea mas pobre en hierro?.
    Para terminar, este modelo no propone un mecanismo plausible de captura de la Luna por la Tierra. En efecto, cuando un cuerpo como la Luna, procedente del exterior, se acerca a la Tierra, su trayectoria parabólica respecto a esta es desviada, pero no lo suficiente para impedirle que regrese de nuevo al espacio. Para que haya captura es necesario un mecanismo de frenado de la Luna suficientemente suficiente para que la órbita de la Luna, inicialmente parabólica, se haga elíptica con centro en la Tierra. Este frenado podría proceder de la disipación de energía por efecto de las mareas durante un paso muy próximo de la Luna, pero esta disipación parece pequeña una captura, salvo en el caso de que la órbita de la Luna está muy cerca de la Tierra, en el que la captura no requiere más de una disipación de energía cinética. Pero es muy improbable que la Luna se haya formado en una órbita como esta. Si tal fuese el caso, bien habría chocado con la Tierra, bien habría sido eyectada a una órbita alejada en una da las numerosas aproximaciones ocurridas durante el período de formación de los planetas. En cambio, si la Luna se hubiese formado en la región de los planetas teluricos y hubiese sido desviada ulteriormente hacia la Tierra, su velocidad habría sido demasiado grande para que hubiese captura.


  5. HIPOTESIS DEL IMPACTO GIGANTE:
    Hacia la mitad de los años setenta e independientemente W.K. Hartman y D.R. Davis del Planetary Science Institute en Tucson y A.G.W. Cameron y W.R. Ward, de la Universidad de Harvard, emitieron por primera vez la hipótesis de que la Luna habría surgido de la colisión entre un primer esbozo del planeta Tierra, o Prototierra, y un embrión de otro planeta o Protoplaneta.
    Al exigir que el momento cinético del sistema Prototierra- Protoplaneta sea comparable al del sistema Tierra-Luna que conocemos actualmente, A.G.W. Cameron y W.R. Ward dedujeron que el protoplaneta incidente tenia que ser al menos tan masico como Marte (aproximadamente un decimo de la masa terrestra y la mitad de su radio) y que la velocidad de impacto tenia que ser de unos diez (10) kilometros por segundo en el caso de una colisión practicamente tangencial. En esta hipotesis, los residuos de la colisión habrian sido proyectados en orbita alrededor de la Tierra formando un disco de acresión. Los fenomenos de viscosidad serian los que habrian provocado el alejamiento mas allá del limite de Roche (se basa en los trabajos de E. Roche en 1847. Este demostro que un satelite fluido en orbita circular alrededor de otro cuerpo solo puede ser gravitatoriamente estable si la distancia entre los cuerpos supera un valor limite, que se llama limite de Roche) de una parte del disco, a partir del cual habria nacido la Luna. Durante muchos años, esta teoria no atrajo mucho la atención ya que se consideraba muy improbable la existencia de estos impactos gigantes. Pero los resientes progresos de la teoria general sobre la formacion de los planetas, han demostrado que estos impactos son realidad muy verosimiles.

    Ahora, gracias a los ordenadores modernos ultrarrápidos, se puede simular detalladamente el desarrollo de las colisiones; de ahi el renovado interes por esta teoria de los impactos gigantes. En general durante una colisión, el planeta incidente es deformado por las fuerzas de marea al acercarse a la Tierra. Luego, tras el choque inicial, su velocidad disminuye, ya que la energia cinetica se ha disipado en forma de calor durante el choque extraordinariamente violento que tiene lugar. Los materiales son pulverizados y se vaporizan formando chorros de materia. La mayor parte de este vapor vuelve luego al estado solido cuando le expansión, al provocar el enfriamiento del gas, disminuye la energia de vaporización.

    El disco de acresión en orbita alrededor de la Tierra contiene muy poco hierro, ya que el núcleo ferroso del planeta incidente es completamente absorbido por la Tierra y va a unirse al núcleo terrestre, lo que explicaría la pobre composición en hierro de la Luna. El planeta incidente tendria unas 1,2 veces la masa del planeta Marte. Hasta ahora parece que el modelo del impacto gigante es el unico que satisface las diferentes condiciones impuestas por las misiones Apollo y por los estudios teluricos. Incluso seria tentador invertir el problema y afirmar que la existencia de la Luna contituye el testimonio más elocuente que puede haber de la existencia de colisiones gigantes en el pasado. Por tanto la teoria de la formación de los planetas telúricos se revelaria exacta en sus grandes lineas. Si este es el caso, la intuición de Harold C. Urey alcanzaría finalmente sus frutos: La Luna contiene la clave, no sólo de su propia formación, sino también de la de los otros planetas.


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