Questa è un'immagine composita del nearside lunare scattata dal Lunar Reconnaissance Orbiter nel giugno 2009, notare la presenza di zone scure di maria su questo lato della luna. Credito:NASA
La Luna della Terra è un oggetto insolito nel nostro sistema solare, e ora c'è una nuova teoria per spiegare come è arrivata dov'è, che mette alcuni colpi di scena sull'attuale teoria dell'"impatto gigante". Il lavoro è pubblicato il 31 ottobre sulla rivista Natura .
La Luna è relativamente grande rispetto al pianeta su cui orbita, ed è fatto quasi della stessa materia, meno alcuni composti più volatili che sono evaporati molto tempo fa. Ciò lo rende distinto da ogni altro oggetto principale del Sistema Solare, ha detto Sarah Stewart, professore di scienze della terra e planetarie all'Università della California, Davis e autore senior sulla carta.
"Ogni altro corpo nel sistema solare ha una chimica diversa, " lei disse.
La teoria da manuale della formazione lunare va così. In ritardo nella formazione del sistema solare è arrivata la fase di "impatto gigante", quando oggetti caldi delle dimensioni di un pianeta si scontrarono tra loro. Un oggetto delle dimensioni di Marte ha sfiorato quella che sarebbe diventata la Terra, gettando via una massa di materiale da cui la Luna si è condensata. Questo impatto ha fissato il momento angolare per il sistema Terra-Luna, e diede alla Terra primitiva una giornata di cinque ore. Nel corso dei millenni, la Luna si è ritirata dalla Terra e la rotazione è rallentata fino al nostro attuale giorno di 24 ore.
Gli scienziati lo hanno capito osservando l'attuale orbita della Luna, calcolando quanto rapidamente il momento angolare del sistema Terra-Luna è stato trasferito dalle forze di marea tra i due corpi, e lavorando a ritroso.
Ma ci sono un paio di problemi con la teoria dei libri di testo. Uno è la composizione sorprendentemente simile alla Terra della Luna. Un altro è che se la Luna si condensasse da un disco di materiale rotante attorno all'equatore terrestre, dovrebbe essere in orbita sopra l'equatore. Ma l'attuale orbita della Luna è inclinata rispetto all'equatore, il che significa che deve essere stata messa più energia per spostarlo.
Un'alternativa per spiegare tutto
Stewart, il suo ex collega postdottorato Matija Ćuk (ora scienziato presso il SETI Institute di Mountain View, California), con Douglas Hamilton all'Università del Maryland e Simon Lock, Università di Harvard, hanno escogitato un modello alternativo.
Nel modello “a impatto gigante” della formazione della luna, la giovane luna iniziò la sua orbita all'interno del piano equatoriale della Terra. Nella variante standard di questo modello (pannello superiore), L'inclinazione della Terra è iniziata vicino al valore odierno di 23,5 gradi. La luna si sarebbe mossa verso l'esterno senza intoppi lungo un percorso che lentamente è cambiato dal piano equatoriale al piano "eclittico", definita dall'orbita terrestre intorno al sole. Se, però, La Terra ha avuto un'inclinazione molto maggiore dopo l'impatto (~75 gradi, pannello inferiore) allora la transizione tra i piani equatoriale ed eclittico sarebbe stata brusca, provocando grandi oscillazioni intorno all'eclittica. La seconda immagine è coerente con l'attuale inclinazione orbitale di 5 gradi della luna lontano dall'eclittica. Credito:Douglas Hamilton
Nel 2012, Ćuk e Stewart proposero che parte del momento angolare del sistema Terra-Luna potesse essere trasferito al sistema Terra-Sole. Ciò consente una collisione più energica all'inizio del processo.
Nel nuovo modello, una collisione ad alta energia ha lasciato una massa di materiale vaporizzato e fuso da cui si sono formate la Terra e la Luna. La Terra è stata messa a girare con un giorno di due ore, il suo asse è rivolto verso il Sole.
Poiché la collisione avrebbe potuto essere più energica rispetto alla teoria attuale, il materiale proveniente dalla Terra e l'impattore si sarebbero mischiati insieme, e sia la Terra che la Luna si sono condensate dallo stesso materiale e quindi hanno una composizione simile.
Poiché il momento angolare è stato dissipato attraverso le forze di marea, la Luna si ritirò dalla Terra fino a raggiungere un punto chiamato "transizione piana di LaPlace, " dove le forze della Terra sulla Luna sono diventate meno importanti delle forze gravitazionali del Sole. Ciò ha causato il trasferimento di parte del momento angolare del sistema Terra-Luna al sistema Terra-Sole.
Questo non ha fatto grandi differenze per l'orbita della Terra intorno al Sole, ma ha capovolto la Terra. A questo punto, i modelli costruiti dal team mostrano la Luna in orbita attorno alla Terra con un angolo elevato, o inclinazione, all'equatore.
In poche decine di milioni di anni, la Luna continuò ad allontanarsi lentamente dalla Terra fino a raggiungere un secondo punto di transizione, la transizione Cassini, a quel punto l'inclinazione della Luna, l'angolo tra l'orbita della Luna e l'orbita della Terra intorno al sole, è scesa a circa cinque gradi, mettendo la Luna più o meno nella sua orbita attuale.
La nuova teoria spiega elegantemente l'orbita e la composizione della Luna sulla base di un unico, impatto gigantesco all'inizio, Steward ha detto. Non sono necessari passaggi aggiuntivi per spostare le cose.
"Un gigantesco impatto innesca la sequenza degli eventi, " lei disse.
