La Luna, el objeto natural vecino más cercano de la Tierra, se encuentra entre los cuerpos planetarios más extraños en el Sistema Solar. Su órbita está inusualmente lejos de la Tierra, con una sorprendente gran inclinación orbital. Los científicos planetarios durante mucho tiempo han luchado para reconstruir un escenario que de cuenta de estas y otras características afines del Sistema Tierra-Luna.
Un nuevo trabajo de investigación, basado en modelos numéricos de formación explosiva de la Luna y de la evolución del sistema Tierra-Luna, está más cerca de atar todos los cabos sueltos que cualquier otra explicación anterior. El trabajo, publicado el 31 de octubre del año 2016, en la Edición Anticipada en línea de la revista Nature, sugiere que el impacto que formó la Luna también causó cambios desastrosos a la rotación de la Tierra y la inclinación de su eje de rotación.
La investigación sugiere que el impacto provocó que la Tierra girara mucho más rápido, y con una inclinación mucho más pronunciada, que en la actualidad. En los varios miles de millones de años desde el impacto, las interacciones complejas entre la Tierra, la Luna y el Sol han suavizado mucho estos cambios, lo que resulta en el sistema Tierra-Luna que vemos hoy en día. En este escenario, las anomalías que quedan en la órbita de la Luna son reliquias del pasado explosivo del sistema Tierra-Luna.
Ilustración del sistema Tierra – Luna a la distancia media entre ambas (semieje mayor) visto desde lejos en el espacio. Los tamaños y las distancias están a escala. Si el ancho de la vista previa tiene 800 pixeles, entonces cada pixel representa 500km. Crédito: Wikimedia Commons.
“La evidencia sugiere que un impacto gigante lanzó una enorme cantidad de material que luego formó la Luna”, dijo Douglas Hamilton , profesor de Astronomía en la Universidad de Maryland y co-autor del artículo de Nature. “Este material habría formado un anillo de escombros en primer lugar, a continuación, el material del anillo por agregación habría formado la Luna. Pero este escenario no funciona del todo si el eje de rotación de la Tierra se inclina en un ángulo de 23,5 grados que tenemos hoy “.
La física de colisiones nos dice, que el anillo de escombros, y por lo tanto también la órbita de la Luna inmediatamente después de la formación, debe estar en el plano ecuatorial de la Tierra. Como las interacciones de marea entre la Tierra y la Luna llevaron a la Luna más lejos de la Tierra, la Luna debería haberse desplazado desde el plano ecuatorial de la Tierra al plano de la “eclíptica”, que corresponde a la órbita de la Tierra alrededor del Sol.
Pero hoy en día, en lugar de estar en línea con el plano de la eclíptica, la órbita de la Luna está inclinada aproximadamente cinco grados respecto de ella.
Diagrama del Sistema Tierra – Luna actual. Imágenes de la Tierra y la Luna: NASA. Dibujo Brews – Ohare – NASA, https://visibleearth.nasa.gov/.
“Esta gran inclinación es muy inusual. Hasta ahora, no ha habido una buena explicación para ella “, dijo Hamilton.”Pero podemos explicarla si la Tierra tuvo una historia temprana más dramática de lo que antes sospechábamos”.
Hamilton, con el autor principal Matija Cuk del Instituto SETI y sus colegas Simon Lock de la Universidad de Harvard y Sarah Stewart de la Universidad de California, Davis, estudiaron muchos escenarios diferentes. Pero los más exitosos son los que consideran un impacto para la formación de la Luna, que provocó que la Tierra girara muy rápido, tanto como el doble de la tasa prevista por otros modelos. El impacto también hizo que la inclinación de la Tierra fuera, de entre 60 y 80 grados.
“Ya teníamos la sospecha de que la Tierra, después del impacto, debe haber girado especialmente rápido “, dijo Cuk. “Una gran inclinación temprana de la Tierra permite a nuestro planeta perder ese exceso de giro más fácilmente.”
El modelo también sugiere que la Luna recién formada se ubicó muy cerca de la Tierra, pero luego se alejó a casi 15 veces su distancia inicial. Mientras lo hacía, el Sol comenzó a ejercer una influencia más poderosa sobre la órbita de la Luna.
Según los investigadores, los dos factores, una gran inclinación y el rápido giro de la Tierra y la migración de la Luna hacia el exterior, contribuyeron a establecer la actual y extraña órbita de la Luna. La órbita de la Luna recién nacida es más probable que se mantuviese en el plano del ecuador de la Tierra, inclinada en un ángulo de 60-80 grados que coincidía con la inclinación de la Tierra.
Una de las principales conclusiones de la nueva investigación es que, si la Tierra estaba inclinada más de 60 grados después de que se formó la Luna , la Luna no podía realizar una transición suave desde el plano ecuatorial de la Tierra al plano de la eclíptica. En cambio, la transición fue brusca y dejó a la Luna con una inclinación grande con relación a la ecliptica- mucho más grande de la que se observa en la actualidad.
“A medida que la Luna se movió hacia el exterior, la acentuada inclinación de la Tierra condujo a una transición más caótica a medida que la influencia del Sol fue cada vez más grande”, dijo Cuk. “Posteriormente, y durante miles de millones de años, la inclinación de la Luna decayó lentamente hasta los cinco grados que vemos hoy. Así que la inclinación de cinco grados de hoy es una reliquia y la firma de una inclinación mucho más pronunciada en el pasado “.
Hamilton reconoce que el modelo no responde a todas las restantes preguntas sobre la órbita de la Luna. Pero la fuerza del modelo, dice, es que ofrece un marco para responder a nuevas preguntas en el futuro.
“Hay muchos caminos posibles de formación de la Luna para el sistema Tierra-Luna que vemos hoy. Hemos identificado algunos de ellos, pero deben de existir seguramente otras posibilidades “, dijo Hamilton.”Lo que tenemos ahora es un modelo que es más probable y funciona de forma más limpia que los intentos anteriores. Creemos que esta es una mejora significativa que nos lleva más cerca de lo que realmente sucedió. “
El trabajo de investigación,” Evolución de la Luna por mareas, a partir de una alta oblicuidad y de alto momento cinético de la Tierra, “Matija Cuk, Douglas Hamilton, Simón Lock, y Sarah Stewart, aparece publicado el 31 de Octubre del año 2016 en la edición anticipada en línea de la revista Nature.
Este trabajo fue apoyado por la NASA (Grant Nº NNX15AH65G). El contenido de este artículo no refleja necesariamente los puntos de vista de esta organización.
The Future Exploration of the Moon, Royal Astronomical Society Public Lectures, Ian Crawford, Professor of Earth and Planetary Sciences, Birkbeck College, University of London, 2016.
