Nei primi giorni del sistema solare, si pensa che una prima Terra sia stata polverizzata da un pianeta che gli scienziati chiamano Theia. Non sappiamo di cosa fosse fatto o da dove venisse, solo che potrebbe essere stato delle dimensioni di Marte. La potente collisione ha distrutto entrambi i pianeti in modo così completo che gli scienziati possono solo immaginare come fossero.

Quello di cui gli scienziati sono più certi è che i due pianeti sono diventati una massa di materiale fuso che si è gradualmente raffreddata per formare la Terra e la luna.

"Questa massa fusa ha ruotato intorno e ha formato un disco, che esisteva da pochi giorni. La temperatura, che era molto alto, si raffreddò lentamente e ogni cosa pesante si fuse per formare la Terra oggi, " ha detto il dottor Razvan Caracas, un fisico che studia l'interno dei pianeti presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica a Lione, Francia.

Il dottor Caracas sta eseguendo simulazioni al computer di ciò che è accaduto a questa massa di atomi e materiali subito dopo la collisione nell'ambito di un progetto chiamato IMPACT. Usa la potenza del computer equivalente a 200 PC desktop in funzione per due settimane per calcolare ciò che accade in una serie di condizioni dopo la collisione. Tre centri di supercalcolo in Francia forniranno i 120 milioni di ore di calcolo richieste dal progetto in soli cinque anni.

L'onda d'urto iniziale dopo la collisione di proto-Terra e Theia ha generato pressioni e temperature schiaccianti forse fino a 10, 000°C al centro.

"È difficile immaginare come fossero le condizioni, " ha detto il dottor Caracas. Quasi l'intera tavola periodica degli elementi sarebbe stata in una "condizione super critica" - una nebbia di atomi disassemblati né in forma gassosa né liquida.

Nei prossimi giorni, materiali pesanti come il ferro cominciarono a formare il centro di un nuovo pianeta:la Terra.

"I metalli si separerebbero lentamente come goccioline mentre si raffreddavano, e in seguito i silicati (minerali) si liquefarebbero. La parte interna più pesante della Terra si formò, allora il materiale sarebbe caduto sul pianeta, "Caravas ha detto. "La parte esterna del disco avrebbe formato un anello e alla fine si sarebbe accresciuta per formare la luna."

Orologio

Mentre la Terra si è riunita in pochi giorni, la luna probabilmente ha impiegato settimane o mesi per prendere forma, secondo il dottor Caracas. Potrebbero anche esserci state due lune che circondano la Terra primitiva, con uno che si schianta contro l'altro per creare la luna che vediamo oggi. Entrambi i corpi appena coniati avevano quindi un oceano di roccia fusa.

Dottor Joshua Piton, un geologo lunare al VU Amsterdam, Paesi Bassi, è interessato alla prima luna. Spera di determinarne l'età entro un intervallo di decine o centinaia di milioni di anni. La visione tradizionale è che si sia formata circa 4,5 miliardi di anni fa.

"Qualcosa di profondo stava accadendo sulla luna tra 4,35 e 4,4 miliardi di anni fa. La spiegazione più semplice è che l'oceano di magma lunare (che copre la luna) si è raffreddato, " disse il dottor Piton.

Grazie alla mancanza di attività tettonica della luna, tutte le sue rocce possono raccontarci questo periodo magmatico, una tappa importante nella formazione della luna.

Quanto tempo ha impiegato il magma a raffreddarsi è una domanda cruciale, dice il dottor Piton. "È importante capire quanto tempo ci vuole, perché ingrandiamo ciò che sappiamo sulla luna ad altri pianeti".

Poiché la luna è l'unico corpo sostanziale del sistema solare in cui abbiamo viaggiato e da cui abbiamo recuperato rocce, i suoi campioni sono preziosi per gli scienziati. Il Dr. Snape ha studiato i rapporti degli isotopi di piombo e uranio nelle rocce restituite dalle missioni Apollo e dai meteoriti lunari. Questo rapporto agisce come un orologio del tempo profondo che ha usato per calcolare quando si è formata una roccia.

"La luna ha un record e agisce come un bellissimo laboratorio per comprendere i primi processi planetari. Questo sarà applicabile a Marte, Mercurio o Venere, luoghi di difficile accesso per noi, e può anche parlarci del nostro pianeta, " disse il dottor Piton.

La Terra non è così utile perché la tettonica a zolle seppellisce e ricicla le rocce.

"Ecco perché amiamo così tanto la luna, " ha detto. "È un tesoro, geologicamente parlando».

I suoi studi possono essere in grado di rivelare, ad esempio, per quanto tempo un corpo planetario rimane attivo con le eruzioni vulcaniche quando non ci sono placche tettoniche a guidarle. Questo potrebbe essere importante quando si tratta di studiare i pianeti intorno ad altre stelle.

Oceano di magma

Il Dr. Snape sta attualmente lavorando a un progetto chiamato MoonDiff che prevede il tentativo di ricreare composizioni rocciose che esistevano nell'oceano di magma lunare. I minerali non si sarebbero cristallizzati immediatamente ma lo avrebbero fatto in una sequenza che il dottor Piton sta ora cercando di ricostruire.

Schiaccia e riscalda le rocce ricreate in condizioni che corrispondano a quelle della luna quando la sua superficie era una massa di roccia fusa. "Questa settimana sto eseguendo esperimenti a un gigapascal (un miliardo di pascal, un'unità di pressione) e 1, 200°C, " Egli ha detto.

Conoscere la sequenza con cui i minerali si sono separati dall'oceano di magma aiuterebbe a spiegare la storia della luna e la sua geologia attuale.

"Le rocce più antiche sulla luna (le parti più chiare visibili) sono formate principalmente da un minerale chiamato feldspato, che avrebbe galleggiato in cima all'oceano di magma liquido, " disse il dottor Piton.

"D'altra parte, quel campione di basalto dell'Apollo 12 e altre rocce simili (che costituiscono le parti grigie più scure) sono formati principalmente da minerali che sarebbero stati più densi e affondati sul fondo."

Dottoressa Maud Boyet, un geochimico presso l'Università di Clermont Auvergne, Francia, studia il primo periodo fuso della Terra e spera di capire quando si è raffreddata e per la prima volta è diventata abitabile. Per fare questo, sta esaminando la Terra e le rocce lunari, nonché i meteoriti, utilizzando, tra le altre, nuove tecniche di spettroscopia di massa per un progetto chiamato ISOREE.

Dice che le rocce lunari potrebbero dirci quando è avvenuta l'enorme collisione, ma per farlo abbiamo ancora bisogno di capire la storia antica della luna. Le rocce dal lato più lontano della luna potrebbero aiutare.

Le rocce lunari raccolte durante le missioni Apollo provengono dal lato della luna rivolto verso la Terra. Il lato rivolto verso di noi ha una diversa composizione superficiale. Questo potrebbe essere dovuto al fatto che la luna ha subito un secondo evento di fusione, forse causato da una seconda collisione massiccia.

"Non abbiamo campioni (raccolti) dal lato più lontano della luna, " ha detto Boyet. "Ma abbiamo alcuni meteoriti (che sono atterrati sulla Terra) che pensiamo provengano da lì".