La costante apparizione della luna nel cielo ogni notte può cullare i terrestri in un senso di familiarità, ma la luna è in realtà un luogo sconcertante. Manca di atmosfera ed è secco come l'osso; difficilmente può vantare un nucleo centrale di ferro; e ha una crosta leggera che è chimicamente simile alla Terra.

La migliore spiegazione, finora, perché l'esistenza di un tale mondo è stata proposta da due ex studenti dell'Università dell'Arizona, William Hartmann e Donald Davis, 45 anni fa. L'idea è stata ispirata dal lavoro di Hartmann come studente laureato sotto Gerard Kuiper, che è considerato il padre della moderna scienza planetaria ed è stato il direttore fondatore del Lunar and Planetary Laboratory dell'UA.

Durante la creazione dell'Atlante lunare rettificato, una delle prime mappe della luna, durante l'apice della corsa allo spazio, Hartmann ha identificato un gigantesco cratere da impatto ad anello sul lato della luna. Identificando questa caratteristica, poi chiamato Mare Orientale, lo ha ispirato a considerare le conseguenze delle più grandi collisioni nel sistema solare.

Nel 1974, Hartmann e Davis proposero quella che divenne nota come la teoria dell'impatto gigante. Hanno teorizzato che la luna si sia formata quando un pianeta delle dimensioni di Marte soprannominato Theia - la madre Titano della luna nella mitologia greca - ha colpito Gaia, la Terra primitiva, più di 4,5 miliardi di anni fa. La collisione, hanno proposto, scagliato nello spazio lo strato superiore della Terra, dove i detriti si sono ricombinati per formare la luna.

La Giant Impact Theory ha resistito a 45 anni di esame scientifico ed è ampiamente accettata oggi come l'origine della luna. Ancora, mentre gli scienziati planetari continuano a raccogliere dati sulla luna ed eseguono simulazioni al computer sempre più potenti di collisioni che formano pianeti, i dettagli della teoria sono stati svelati, portando a una serie di scenari modificati.

Modelli di luna

La teoria dell'impatto gigante sembra spiegare le caratteristiche più ovvie della luna oggi:nessuna atmosfera, poca acqua e nessun nucleo di ferro. Inoltre, campioni Apollo restituiti hanno dimostrato che le rocce lunari sono chimicamente indistinguibili dalle rocce terrestri.

Sulla superficie, gioco di parole inteso, questo conferma la teoria del 1974. Però, simulazioni al computer mostrano che l'impatto gigante standard creerebbe una luna fatta del pianeta impattante Theia, non la Terra, disse l'esperto lunare Erik Asphaug, Professore UA di scienze planetarie.

"Perché la luna dovrebbe corrispondere se è fatta di un pianeta completamente diverso?" chiese Asphaug.

La domanda ha portato a molte nuove idee sull'origine della luna. Per esempio, dopo che la luna si è solidificata, forse in seguito materiale dalla Terra è stato espulso e si è depositato sopra.

"Ironicamente, ciò significherebbe che tutte le rocce raccolte dagli astronauti dell'Apollo sono rocce terrestri, " disse Asphaug.

Ma la luna è stata bombardata da grandi impatti che hanno scavato in profondità e avrebbero dovuto gettare sopra quelle rocce Theia sepolte.

Le simulazioni sembrano anche mostrare che maggiore è l'impatto gigante, più la luna è composta principalmente dall'impattatore. Così, un altro studio recente suggerisce che invece di una Theia, una successione di impattatori più piccoli formava una serie di lune più piccole, ciascuno più simile alla Terra nella composizione, che si fondeva nella luna.

Sfortunatamente, ciò implicherebbe che tutti gli impattatori dovevano colpire dalla stessa direzione, il che è altamente improbabile in quanto gli impattatori colpiscono la Terra da tutti gli angoli, disse Asphaug.

Un'altra potenziale soluzione è stata soprannominata "mordi e fuggi".

"Se colpisci la Terra abbastanza forte e velocemente, Theia non resta, " disse Asphaug.

Se Theia continuava, il risultato potrebbe essere una luna formata principalmente dalla Terra. O, se Theia fosse un pianeta ghiacciato ribelle, un tale mordi e fuggi vaporizzerebbe Theia, risolvendo il problema della roccia terrestre e spiegando perché Theia non c'è più.

"Ma questi sono entrambi molto rari, eventi specifici, " ha detto Asphaug. "Ottieni il tuo jolly una volta, e basta."

Asphaug e il suo collega UA Alexandre Emsenhuber stanno sviluppando il proprio modello di origine lunare, il che mostra che la luna può essere creata in un comune impatto gigante a due stadi.

Propongono che Theia abbia colpito la giovane Terra e abbia rallentato a causa di una collisione mordi e fuggi. Theia ha continuato a orbitare attorno al sole prima di colpire di nuovo la Terra, forse un milione di anni dopo, questa volta formando la luna in una lenta fusione abbastanza simile alla teoria standard originariamente proposta da Hartmann e Davis.

"Se hai già avuto un paio di impatti giganti con la Terra, le tue composizioni saranno mescolate per cominciare, " disse Asphaug.

Molte di queste idee presuppongono un impattore di diversa composizione rispetto alla Terra, Hartmann ha detto, ma gli scienziati ora sanno che alcuni meteoriti - e i loro corpi genitori - avevano composizioni simili alla Terra.

"Un impattatore gigante fatto di quel materiale risolverebbe molti dei problemi di origine lunare, " Egli ha detto.

Uno sguardo più profondo

Durante la corsa allo spazio, l'Università dell'Arizona ha mappato la luna, e gli alunni ei ricercatori dell'università hanno affinato la teoria delle origini della luna. Oggi, I ricercatori dell'UA stanno sondando in profondità nella luna per rivelare più dei suoi segreti.

Per comprendere la struttura interna della luna, professore associato di scienze planetarie Jeff Andrews-Hanna ha condotto molteplici indagini utilizzando i dati gravitazionali raccolti dal Gravity Recovery and Interior Laboratory della NASA, o GRAAL, missione. I dati GRAIL hanno risposto ad alcune domande, ma ha anche rivelato nuovi misteri sulla luna che gli studi futuri dovranno affrontare. Per esempio, I dati GRAIL hanno mostrato che la luna è sbilenca.

Asphaug ha proposto che una lenta fusione di due lune, che ha chiamato un "gigante splat, " può essere responsabile per lo sbilanciamento. Il lato opposto montuoso, Egli ha detto, potrebbe essere una seconda luna che si è scontrata lentamente con la prima e ha formato un raffreddore, strato spesso.

"La maggior parte di queste idee sarà supportata o eliminata nella prossima seconda era dell'esplorazione lunare, " disse Asphaug.

La missione GRAIL ha anche rivelato che il lato più vicino della luna è attraversato da strutture tettoniche nascoste sotto le scure pianure vulcaniche. Ci sono anche bacini da impatto e altre caratteristiche geologiche invisibili ad occhio nudo, ma gettano luce sul passato vulcanico della luna.

Andrews-Hanna è entusiasta dei dati che sono stati raccolti sulla luna da quando è stata proposta la Giant Impact Theory, compresa la topografia, gravità, immagini visibili, dati spettrali, campioni, dati sismici, dati termici e dati elettromagnetici.

"La luna è unica ad avere tutti questi set di dati, molti dei quali risalgono ad Apollo e molti sono il risultato della nostra continua esplorazione, " ha detto. "Una cosa frustrante delle missioni Apollo è che erano tutte raggruppate in una piccola area del lato vicino della luna. Mi chiedo se Apollo sia rappresentativo della luna nel suo insieme o solo del lato vicino?"

Spera che le future missioni sul lato opposto della luna possano aiutare a rispondere alle domande persistenti.

"Sappiamo così tanto sulla luna, eppure così poco per un corpo così vicino. Ci sono enormi domande fondamentali a cui rispondere, " Andrews-Hanna ha detto. "Questo è un momento emozionante per la scienza lunare. Una volta che impariamo qualcosa sulla luna, allora possiamo espandere la nostra comprensione ad altri corpi nel nostro sistema solare."