Il 13 dicembre 1972, l'astronauta dell'Apollo 17 Garisson Schmitt si avvicinò a un masso nel Sea of Tranquility on the Moon. "Questo masso ha il suo piccolo sentiero che conduce direttamente alla collina", ha informato il suo comandante, Eugene Cernan, notando dove si trovava il masso prima di rotolare giù per la collina. Cernan ha preso alcuni campioni.
"Immagina come sarebbe stato se fossi rimasto lì prima che questo masso rotolasse," disse Cernan pensieroso. "Probabilmente non farei di meglio", ha risposto Schmitt.
Gli astronauti hanno scolpito pezzi di luna dal masso. Quindi, usando un rastrello, Schmitt ha raschiato via la superficie polverosa e ha sollevato un ciottolo che in seguito sarebbe stato chiamato troctolite 76536.
Quella roccia ei suoi fratelli massi avrebbero dovuto raccontare la storia di come è nata la nostra luna. In questa storia della creazione, registrata in innumerevoli libri di testo e mostre di musei scientifici negli ultimi quarant'anni, la Luna è stata sciolta da una collisione catastrofica tra una Terra germinale e un mondo solido delle dimensioni di Marte. L'altro mondo si chiamava Teia, dalla dea greca che diede alla luce Selene, la luna. Theia si schiantò sulla Terra così forte che entrambi i mondi si sciolsero. I flussi di materiale fuso espulso da Theia si raffreddarono e si solidificarono, formando il compagno argenteo che tutti conosciamo bene.
Ma le misurazioni moderne della troctolite 76536 e di altre rocce della Luna e di Marte hanno messo in dubbio questa teoria. Negli ultimi cinque anni, molteplici studi hanno scoperto un problema: l'ipotesi canonica di collisione gigante si basa su ipotesi che non corrispondono alle prove. Se Theia ha colpito la Terra e in seguito ha formato la Luna, la Luna deve essere fatta del materiale di Theia. Ma la Luna non è come Theia - o Marte, se è per questo. Agli stessi atomi sembra quasi uguale alla Terra.
Di fronte a questa incoerenza, gli esploratori lunari cercarono nuove idee per capire come fosse nata la luna. La soluzione più ovvia può essere la più semplice, ma dà origine ad altri problemi di comprensione del giovane sistema solare: forse Theia formò la Luna, ma Theia era anche costituita da una sostanza quasi identica alla terra. In alternativa, il processo di collisione ha mescolato tutto, omogeneizzando i singoli pezzi e liquidi nella torta, che è stata poi tagliata in porzioni. In questo caso, la collisione doveva essere estremamente potente o ce ne sarebbero dovute essere diverse. La terza spiegazione mette in discussione la nostra comprensione dei pianeti. Può essere che la Terra e la Luna che abbiamo oggi abbiano attraversato strane metamorfosi e danze orbitali selvagge che hanno cambiato radicalmente la loro rotazione e il loro futuro.
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Brutte notizie per Teia
Per capire cosa sarebbe potuto accadere nel giorno più importante per la Terra, è necessario iniziare con la comprensione della giovinezza del sistema solare. Quattro miliardi e mezzo di anni fa, il Sole era circondato da una nuvola calda di detriti a forma di ciambella. Gli elementi stellari ruotavano attorno al nostro sole appena nato, raffreddandosi e - nel corso degli anni - fondendosi insieme in un processo che non comprendiamo appieno. Prima in gruppi, poi in planetesimi, poi in pianeti. Questi solidi erano rigidi e spesso entravano in collisione, evaporavano e riapparivano. Fu in questo biliardo stellare incredibilmente duro che furono forgiate la Terra e la Luna.
Per ottenere la luna che abbiamo oggi, con le sue dimensioni, la rotazione e la velocità con cui si sta allontanando dalla Terra, i nostri migliori modelli di computer dicono che qualunque cosa la Terra si scontri, deve essere qualcosa delle dimensioni di Marte. Qualunque cosa in più o in meno produrrebbe già un sistema con momento angolare molto maggiore di quello che osserviamo. Un proiettile più grande getterebbe anche troppo ferro nell'orbita terrestre e produrrebbe una luna molto più ricca di ferro di quanto osserviamo.
I primi studi geochimici della troctolite 76536 e di altre rocce hanno supportato questa storia. Hanno dimostrato che le rocce lunari devono essere nate in un oceano lunare di magma, che potrebbe, a sua volta, apparire da una collisione gigante. La troctolite galleggiava nel mare fuso come un iceberg in Antartide. Sulla base di queste limitazioni fisiche, gli scienziati hanno deciso che la Luna è stata creata dai resti di Theia. Ma c'è un problema.
Torniamo al giovane sistema solare. Quando i mondi solidi entrarono in collisione ed evaporarono, il loro contenuto si mescolò, stabilendosi infine in regioni separate. Più vicino al Sole, dove era più caldo, gli elementi più leggeri avevano maggiori probabilità di riscaldarsi e fuoriuscire, lasciando un eccesso di isotopi pesanti (variazioni di elementi con neutroni extra). Più lontano dal Sole, le rocce erano in grado di trattenere più acqua e rimanevano isotopi più leggeri. Pertanto, uno scienziato può esaminare una miscela di isotopi per determinare in quale parte del sistema solare è apparso, proprio come un accento tradisce la patria di una persona.
Queste differenze sono così pronunciate che vengono utilizzate per classificare pianeti e tipi di meteoriti. Marte è così diverso dalla Terra, ad esempio, che i suoi meteoriti possono essere identificati semplicemente misurando il rapporto tra tre diversi isotopi di ossigeno.
Nel 2001, utilizzando tecniche avanzate di spettrometria di massa, scienziati svizzeri hanno riesaminato la troctolite 76536 e altri campioni lunari. Si è scoperto che i loro isotopi dell'ossigeno sono indistinguibili da quelli sulla Terra. Da allora i geochimici hanno studiato il titanio, il tungsteno, il cromo, il rubidio, il potassio e altri metalli non così ordinari sulla Terra, e sembravano tutti più o meno uguali.
Questa è una brutta notizia per Teia. Se Marte è così diverso dalla Terra, anche Theia - e quindi la Luna - deve essere diversa. Se sono uguali, significa che la luna dovrebbe essersi formata da pezzi fusi della Terra. Le rocce raccolte da Apollo, si scopre, contraddicono direttamente ciò che la fisica insiste.
"Il modello canonico è in grave crisi", afferma Sarah Stewart, scienziata planetaria presso l'Università della California, Davis. "Non è stata ancora completamente uccisa, ma il suo stato attuale è che non lavora".
Luna di vapore
Stewart ha cercato di ripensare ai limiti fisici di questo problema - la necessità di un corpo di impatto di dimensioni specifiche che si muova a una velocità specifica - sullo sfondo di nuove prove geochimiche. Nel 2012, lei e Matiya Zhuk, ora all'Istituto SETI, hanno proposto un nuovo modello fisico per la formazione della luna. Hanno affermato che la giovane Terra era un derviscio rotante, il cui giorno è durato due o tre ore, quando è stato colpito da Theia. La collisione ha prodotto un disco attorno alla Terra - come l'anello di Saturno - ma è durato solo 24 ore. Alla fine, il disco si è raffreddato e si è solidificato per formare la luna.
I supercomputer non sono abbastanza potenti per simulare completamente questo processo, ma hanno dimostrato che un proiettile che si schianta contro un mondo in rotazione così rapida può tagliare abbastanza Terra, distruggere completamente Theia e raschiare via abbastanza pelle da entrambi per creare una Luna e una Terra con gli stessi rapporti isotopici. Come un vasaio su un tornio da vasaio.
Affinché la spiegazione della Terra in rapida rotazione sia corretta, tuttavia, deve esserci qualcos'altro che rallenta la velocità di rotazione del pianeta fino al suo stato attuale. Nel loro articolo del 2012, Stewart e Chuck hanno affermato che per alcune interazioni di risonanza orbitale, la Terra avrebbe dovuto trasferire il momento angolare al sole. Successivamente, Jack Wisdom del Massachusetts Institute of Technology ha proposto diversi scenari alternativi per estrarre il momento angolare dal sistema Terra-Luna.
Tuttavia, nessuna delle spiegazioni è stata soddisfacente. I modelli del 2012 non sono mai stati in grado di spiegare l'orbita della Luna o la sua chimica, dice Stewart. E così, l'anno scorso, Simon Locke, laureato ad Harvard e studente Stuart all'epoca, ha presentato un modello aggiornato che suggeriva una struttura planetaria mai vista prima.
Secondo lui, ogni pezzo di Terra e Teia evaporò e formò una nuvola gonfia e gonfia sotto forma di una spessa ciambella. La nuvola ha ruotato così velocemente da raggiungere un punto chiamato limite di co-rotazione. A questo bordo esterno della nuvola, la roccia evaporata girò così rapidamente che la nuvola prese una nuova struttura, con uno spesso disco che circondava la regione interna. È importante sottolineare che il disco non è stato separato dalla regione centrale nello stesso modo in cui lo sono gli anelli di Saturno.
Le condizioni in questa struttura sono indescrivibilmente infernali; non c'è superficie, invece nuvole di roccia fusa, con ogni area della nuvola che forma gocce di pioggia di roccia fusa. Le lune sono cresciute all'interno di questo vapore, dice Locke, prima che il vapore si raffreddi e si lasci alle spalle il sistema Terra-Luna.
Date le caratteristiche insolite della struttura, Locke e Stewart hanno ritenuto che meritasse un nuovo nome. Hanno provato diverse versioni prima di arrivare a "sinestia", che utilizza il prefisso greco "peccato", che significa "insieme", e la dea Estia, che rappresenta la casa, il focolare e l'architettura. Questa parola significa "struttura collegata", dice Stewart.
“Questi corpi non sono quello che pensi. E non hanno l'aspetto che pensavi sarebbero stati."
A maggio, Locke e Stewart hanno pubblicato un articolo sulla fisica della sinestesia; il loro lavoro sulla sinestesia lunare è ancora in sospeso. Lo hanno presentato a una conferenza planetaria e hanno detto che i loro colleghi erano interessati, ma a malapena d'accordo con l'idea. Forse perché la sinestia rimane solo un'idea; a differenza dei pianeti con anelli, che sono molti nel sistema solare, e dei dischi protoplanetari, che sono molti nell'universo, nessuno ne ha mai visto uno solo.
Ma è un modo divertente per spiegare le peculiarità della nostra Luna quando i nostri modelli non sembrano funzionare.
Dieci lune
Tra i satelliti naturali del sistema solare, la luna terrestre può essere il più sorprendente a causa della sua solitudine. Mercurio e Venere non hanno satelliti naturali, in parte a causa della loro vicinanza al sole, la cui influenza gravitazionale rende instabili le orbite dei satelliti. Marte ha minuscoli Phobos e Deimos, che alcuni ritengono siano stati catturati dagli asteroidi; altri parlano a favore di grandi corpi che cadono su Marte. I giganti del gas hanno molti satelliti, sia duri che morbidi.
A differenza di questi satelliti, il satellite della Terra si distingue anche per le sue dimensioni e per lo stress fisico che porta. La luna costituisce meno dell'1% della Terra in massa e la massa totale dei satelliti dei pianeti esterni è inferiore all'1 / 10% dei loro genitori. Ancora più importante, la Luna rappresenta l'80% del momento angolare del sistema Terra -
Luna. In altre parole, la Luna è responsabile dell'80% del movimento del sistema nel suo complesso. Per i pianeti esterni, questo valore è inferiore all'1%.
Forse Luna non ha sempre portato tutto questo fardello. La faccia del satellite mostra prove di pesanti bombardamenti; perché, allora, dovremmo presumere che un solo colpo abbia modellato la luna dalla terra? La luna potrebbe essersi formata nel corso di molte collisioni, secondo Raluka Rufu, uno scienziato planetario presso il Weizman Research Institute in Israele.
In un articolo pubblicato lo scorso inverno, ha affermato che il satellite terrestre potrebbe non essere originale. Invece, è diventata una raccolta di migliaia di pezzi, almeno dieci, in base ai suoi calcoli. I proiettili volarono a diverse angolazioni ea velocità diverse verso la Terra e formarono dischi che si fusero in "detriti lunari", accecando alla fine la luna che conosciamo oggi.
Gli scienziati planetari hanno notato il suo lavoro. Robin Canup, scienziato lunare presso il Southwest Research Institute ed esperto di teorie sulla formazione lunare, afferma che la teoria merita di essere presa in considerazione. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche. Rufu non è sicuro che i detriti si muovessero nella stessa direzione, proprio come la luna guarda costantemente nella stessa direzione. In caso affermativo, come potrebbero essersi fusi? Questo resta da vedere.
Nel frattempo, altri si sono rivolti a un'altra spiegazione per le somiglianze tra la Terra e la Luna, che potrebbe avere una risposta molto semplice. Dalle sinestie alle cinture lunari, i nuovi modelli fisici e la nuova fisica possono essere controversi. Forse la Luna è simile alla Terra solo perché Theia era simile.
Stesso
La luna non è l'unica cosa "terrena" nel sistema solare. Le rocce come la troctolite 76536 hanno lo stesso rapporto isotopico dell'ossigeno delle rocce terrestri, così come i gruppi di asteroidi - condriti di enstatite. Gli isotopi dell'ossigeno di questi asteroidi sono simili a quelli sulla Terra, dice Miriam Telus, un cosmochemist che studia i meteoriti presso la Carnegie Institution di Washington. "Uno degli argomenti è che si sono formati in aree calde del disco che potrebbero essere più vicine al sole", dice. Potrebbero essersi formati vicino alla Terra.
Alcune di queste rocce si sono unite per formare la Terra; altri formarono Theia. Le condriti di Enstatite sono rocce residue che non sono mai state raccolte o cresciute abbastanza grandi da formare mantelli, nuclei e pianeti completamente formati.
A gennaio, Nicholas Daufas, un geofisico dell'Università di Chicago, ha affermato che la maggior parte delle rocce che sono diventate la Terra erano meteoriti di tipo enstatite. Ha sostenuto che tutto ciò che si è formato in una regione sarebbe stato raccolto da loro. La costruzione planetaria è avvenuta utilizzando gli stessi materiali misti che ora troviamo sulla Terra e sulla Luna; hanno lo stesso aspetto perché sono la stessa cosa. Il corpo gigante che ha formato la Luna probabilmente aveva una composizione isotopica simile a quella della Terra.
David Stevenson, uno scienziato planetario del California Institute of Technology che ha studiato le origini della luna da quando l'ipotesi di Theia è stata presentata per la prima volta nel 1974, afferma di considerare questo lavoro il contributo più importante alla controversia dello scorso anno. Perché si concentra su un problema che i geochimici cercano di risolvere da decenni.
"Questa è una storia intelligente su come dovrebbero essere visualizzati i vari elementi che arrivano sulla Terra", dice Stevenson.
Ma non tutti sono d'accordo. Rimangono delle domande sui rapporti isotopici di elementi come il tungsteno, osserva Stewart. Il tungsteno-182 deriva dall'afnio-182, quindi il rapporto tra tungsteno e afnio funziona come un orologio per determinare l'età di una particolare roccia. Se una roccia ha più tungsteno-182 di un'altra, si può tranquillamente affermare che la roccia ricca di tungsteno si è formata prima. Ma le misurazioni più accurate mostrano che i rapporti tra tungsteno e afnio sono gli stessi per la Terra e la Luna. Perché ciò accadesse, due corpi dovevano trovarsi in condizioni speciali.
Basato su materiali di Quanta
Ilya Khel
