La luna si è formata un po' più tardi di quanto ipotizzato in precedenza. Quando un protopianeta delle dimensioni di Marte fu distrutto in una collisione con la giovane Terra, un nuovo corpo è stato creato dai detriti espulsi durante questa collisione, che divenne la luna. Geofisici planetari presso il Centro aerospaziale tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), guidato da Maxime Maurice, insieme ai ricercatori dell'Università di Münster, hanno utilizzato un nuovo modello numerico per ricostruire il momento in cui si è verificato l'evento, 4,425 miliardi di anni fa. Le precedenti ipotesi sulla formazione della luna erano basate su un'età di 4,51 miliardi di anni, che, è 85 milioni di anni prima di quanto rivelano i nuovi calcoli. Gli scienziati hanno riportato le loro scoperte in Progressi scientifici .

Quattro miliardi e mezzo di anni fa, il sistema solare era ancora caotico. La Terra stava ancora crescendo fino alle dimensioni attuali, raccogliere materia sotto forma di cosiddetti planetesimi. Questi si erano precedentemente formati nel disco di polvere e gas in orbita attorno al primo sole. La giovane Terra si consolidò, diventando sempre più caldo dentro. Sempre più, grandi parti del mantello roccioso si sciolsero e formarono un oceano di magma. È in questo momento che la Terra ha acquisito il satellite naturale che continua a orbitare intorno ad essa fino ad oggi. Una massiccia collisione cosmica tra la Terra e un protopianeta ha espulso roccia dalla giovane Terra. Infine, questi detriti si sono agglomerati per formare un nuovo corpo planetario:la luna.

In linea di principio, la maggior parte degli scienziati concorda sul modo in cui si è formata la luna, ma non sui dettagli del processo, e soprattutto non sull'ora in cui si è verificato. "I risultati della nostra ultima modellazione suggeriscono che la giovane Terra è stata colpita da un protopianeta circa 140 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare 4.567 miliardi di anni fa, "dice Maxime Maurice, riassumendo le indagini della squadra. "Secondo i nostri calcoli, questo è successo 4,425 miliardi di anni fa, con un'incertezza di 25 milioni di anni, e la luna è nata".

A quel tempo, La Terra si era appena sviluppata in un pianeta. Durante questo sviluppo, i pesanti componenti metallici sprofondarono al centro e formarono un nucleo di ferro e nichel, che era circondato da uno spesso manto di rocce silicatiche. Le rocce del mantello sono diventate sempre più calde a causa del processo di accrescimento e decadimento degli elementi radioattivi. Ciò ha consentito la separazione di metalli e silicati all'interno della Terra entro poche decine di milioni di anni.

Un occhio di bue planetario ha causato la formazione della luna

In questa fase, La Terra è stata colpita da Theia, un protopianeta che era forse delle dimensioni di Marte. Theia era uno dei Titani della mitologia greca, e la madre della dea della luna Selene. Agli albori del sistema solare, ci sarebbero stati molti corpi di questo tipo. Alcuni sono stati espulsi dal sistema solare, mentre altri sono stati distrutti da collisioni con altri corpi. Teia, però, colpì la Terra e causò l'espulsione di una così grande quantità di materiale dal mantello del pianeta che la luna fu in grado di formarsi da esso. Durante questo violento impatto, si formò un oceano di magma profondo diverse migliaia di chilometri. Oggi, nessuna traccia di Theia rimane dopo questa collisione.

Ricostruire come la formazione della luna è stata innescata da questo evento richiede molta immaginazione e creatività. La collisione dei due corpi, con la sua enorme energia, vaporizzò anche una grande quantità di roccia dal primo mantello terrestre. Questo è stato espulso e raccolto in un anello di polvere attorno alla Terra prima di riassemblarsi lì per formare la roccia. "Da questa, la luna si formò in breve tempo, probabilmente tra qualche migliaio di anni, " spiega Doris Breuer, Capo del Dipartimento di Fisica Planetaria presso il DLR Institute of Planetary Research e coautore dello studio.

La roccia lunare più antica non è abbastanza vecchia

Gli scienziati concordano ampiamente sulla storia della formazione della luna. Però, non sono stati in grado di datarlo esattamente, poiché nessuna delle rocce lunari portate sulla Terra dagli astronauti delle sei missioni Apollo e delle tre missioni robotiche sovietiche della Luna registra direttamente l'età del satellite naturale terrestre. I ricercatori del DLR e dell'Università di Münster hanno determinato quando si è formata la luna utilizzando un nuovo, metodo indiretto. "I nostri calcoli mostrano che questo è accaduto molto probabilmente alla fine della formazione della Terra, "dice Sabrina Schwinger, un altro coautore dello studio, descrivere la sequenza cronologica degli eventi.

Non era solo la Terra ad avere un oceano di magma nella sua prima giovinezza. L'energia ottenuta dall'accrescimento ha anche portato alla formazione di un oceano di magma sulla luna. La luna si sciolse quasi del tutto e, similmente alla Terra, era coperto da un oceano di magma profondo oltre 1000 chilometri. Questo oceano di magma iniziò rapidamente a solidificarsi e formò una crosta galleggiante, cristalli leggeri in superficie:la sua "interfaccia" con lo spazio freddo. Ma sotto questa crosta isolante, che ha rallentato l'ulteriore raffreddamento e solidificazione dell'oceano di magma, la luna rimase fusa per lungo tempo. Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di determinare quanto tempo ha impiegato l'oceano di magma per cristallizzare completamente, ecco perché non potevano concludere quando la luna si era originariamente formata.

Per calcolare la durata dell'oceano di magma della luna, gli scienziati hanno utilizzato un nuovo modello di computer, quale, per la prima volta, considerato in modo completo i processi coinvolti nella solidificazione del magma. "I risultati del modello mostrano che l'oceano di magma della luna era longevo e impiegava quasi 200 milioni di anni per solidificarsi completamente nella roccia del mantello, " dice Maxime Maurice. "La scala temporale è molto più lunga di quanto calcolato negli studi precedenti, " aggiunge il collega DLR Nicola Tosi, secondo autore dello studio e relatore del dottorato di ricerca di Maxime Maurice. tesi, che era la base per questo rapporto scientifico condensato. "I modelli più vecchi davano un periodo di solidificazione di soli 35 milioni di anni".

I modelli di solidificazione rivelano l'età della luna e della Terra

Per determinare l'età della luna, gli scienziati hanno dovuto fare un passo in più. Hanno calcolato come la composizione dei minerali di silicato ricchi di magnesio e ferro che si sono formati durante la solidificazione dell'oceano di magma è cambiata nel tempo. I ricercatori hanno scoperto un drastico cambiamento nella composizione dell'oceano di magma rimanente con il progredire della solidificazione.

Questa scoperta è significativa perché ha permesso agli autori di collegare la formazione di diversi tipi di roccia sulla luna a un certo stadio dell'evoluzione del suo oceano di magma. "Confrontando la composizione misurata delle rocce lunari con la composizione prevista dell'oceano di magma dal nostro modello, siamo stati in grado di tracciare l'evoluzione dell'oceano fino al suo punto di partenza, il tempo in cui si formò la luna, " spiega Sabrina Schwinger.

I risultati dello studio mostrano che la luna si è formata 4,425 ± 0,025 miliardi di anni fa. L'età esatta della luna è in notevole accordo con un'età precedentemente determinata per la formazione del nucleo metallico terrestre con il metodo dell'uranio-piombo, il punto in cui è stata completata la formazione del pianeta Terra. "Questa è la prima volta che l'età della luna può essere direttamente collegata a un evento che si è verificato proprio alla fine della formazione della Terra, vale a dire la formazione del nucleo, " afferma Thorsten Kleine dell'Istituto di Planetologia dell'Università di Münster.