La mayoría de los científicos coinciden en que un gran impacto hace 4.500 millones de años con el protoplaneta Theia formó el sistema Tierra-Luna. Un nuevo estudio de la Universidad de Nevada sostiene que las «lunas» cislunares polares pueden haberse formado a partir del caos de esta colisión en los primeros días del sistema Tierra-Luna.
Aunque las condiciones cambiantes en el sistema Tierra-Luna ya no lo permiten, el descubrimiento podría tener implicaciones importantes para los astrónomos que estudian exoplanetas, algunos de los cuales pueden incluso imitar las condiciones tempranas de la Tierra.
Hace unos 4.500 millones de años, cuando la Tierra tenía sólo unos 100 millones de años, un protoplaneta del tamaño de Marte llamado Theia se estrelló contra nuestro planeta, liberando carga que finalmente regresó a la superficie de la Tierra, formó la Luna o abandonó por completo el sistema recién formado. . Tierra-Luna.
Recomponer esta catástrofe no fue fácil, pero la evidencia de posibles restos de Theia en el manto de la Tierra y el análisis de rocas lunares se combinaron para confirmarlo. Ahora, un nuevo estudio realizado por científicos de la Universidad de Nevada añade cierta complejidad a este momento extremadamente caótico en la historia de la Tierra, sugiriendo que el sistema Tierra-Luna albergó muchas lunas polares, también conocidas como partículas circumbinarias, durante un corto tiempo. Sin embargo, estas “lunas” sólo fueron posibles debido a la proximidad de la Luna a la Tierra inmediatamente después de la colisión del planeta con Theia. Los resultados de este estudio se cargaron en el servidor de preimpresión arXiv, que no está revisado por pares.
«Las órbitas circumbinarias que son polares o muy inclinadas a la órbita Tierra-Luna están sujetas a dos efectos competitivos: la precesión de los nodos alrededor del vector de excentricidad Tierra-Luna y las oscilaciones de excentricidad y oblicuidad de Kozai-Lidov causadas por el Sol», señala el artículo. estados. “Aunque descubrimos que no hay órbitas polares estables alrededor de la órbita Tierra-Luna con el semieje actual, las órbitas polares eran estables inmediatamente después de la formación de la Luna, en un momento en que había muchos escombros alrededor del sistema. «
La precesión nodal significa que las partículas en órbita alrededor del sistema Tierra-Luna «preceden» lentamente (un cambio lento y continuo en los parámetros orbitales de un cuerpo) alrededor del vector del momento angular. Las oscilaciones de Kozai-Lidov, por otra parte, son en gran medida un fenómeno dinámico que involucra un sistema binario y perturbaciones introducidas por un tercer cuerpo distante.
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Después de que los cálculos tuvieron en cuenta estos efectos competitivos, las partículas que giraban en la región polar resultaron ser las más estables. Esto se debe a que cuando la Luna se formó por primera vez (lo que algunos científicos creen que pudo haber tomado sólo unas pocas horas), estaba sólo un 5 por ciento más lejos de la Tierra de lo que está hoy, con un promedio de aproximadamente 238,900 millas. Sin embargo, a lo largo de miles de millones de años, las fuerzas de marea comenzaron a empujar a la Luna cada vez más hacia su órbita actual, y finalmente borraron por completo estas regiones polares estables. Es posible que este material polar también fuera empujado por la creciente excentricidad del sistema Tierra-Luna.
«El material circumbinario polar puede contribuir al aumento de la excentricidad del sistema binario», afirma el artículo. «Si una masa significativa de material terminara en órbitas polares o de libración, entonces la excentricidad del sistema binario Tierra-Luna podría aumentar como resultado de su interacción».
Si bien estas lunas polares tienen poco impacto hoy en día, la confirmación de su existencia en los primeros años de la Tierra tiene profundas implicaciones para el estudio de exoplanetas más allá de nuestro sistema solar. El equipo de investigación explicó que un sistema planeta-luna con una órbita muy excéntrica probablemente albergaría una de estas “lunas” polares circumbinarias, que a su vez impulsaría una procesión retrógrada, es decir, orbitaría hacia atrás.
Encontrar una de esas lunas entre los miles de millones de estrellas de la galaxia es como vislumbrar la creación de nuestro planeta de origen.
El 2% de la masa de la Tierra pueden ser restos de la colisión gigante que formó la Luna. Hace 4.500 millones de años, la Tierra experimentó un encuentro catastrófico con un antiguo planeta llamado Theia. La evidencia del impacto todavía está enterrada en lo profundo de nuestra corteza.
En lo profundo de la corteza terrestre, a lo largo del límite entre el manto y el núcleo, se encuentran anomalías geológicas densas en forma de burbujas conocidas como grandes provincias de baja cizalladura.
Aunque existen muchas hipótesis para explicar estas anomalías, la hipótesis del impacto gigante es una de las favoritas. Este concepto postula que estas manchas son en realidad restos de la colisión de la Tierra con el protoplaneta Theia que condujo a la formación de la Luna, hace 4.460 millones de años.
El nuevo estudio proporciona modelos detallados que muestran que el material de Teyan puede representar el dos por ciento de la masa de la Tierra a lo largo del límite entre el manto y el núcleo. Dos planetas hermanos recién formados, que comparten armoniosamente la misma órbita solar, chocan repentinamente debido a perturbaciones gravitacionales en el sistema solar primitivo. Pero de esta caótica colisión surge una conexión interminable que dura 4.460 millones de años, y el único planeta que sustenta vida (que conozcamos) es la Tierra.
Durante los últimos 50 años, este impacto cataclísmico ha pasado de ser una de muchas hipótesis a ser una de las principales candidatas para explicar cómo se formó el sistema Tierra-Luna. Ahora, un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de científicos dice que todavía se pueden encontrar pruebas de esta colisión original en el manto inferior de la Tierra.
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Hongping Deng, astrofísico de la Academia de Ciencias de China, utilizó una nueva técnica de dinámica de fluidos llamada Masa Finita sin Malla (MFM) para simular esta antigua colisión. Los resultados fueron publicados en la revista Nature.
«Estudios anteriores han enfatizado demasiado la estructura del disco de fragmentos (el precursor de la Luna) y han pasado por alto el impacto del impacto gigante en la Tierra primitiva», dijo Deng en un comunicado de prensa. “Nuestros resultados desafían la visión tradicional de que un impacto gigante homogeneizó la Tierra primitiva. En cambio, el impacto gigante que formó la Luna parece ser la fuente de heterogeneidad en el manto temprano y marca el punto de partida de la evolución geológica de la Tierra a lo largo de 4.500 millones de años».
Los dos mayores ejemplos de esta heterogeneidad (la protoTierra tenía un mayor contenido de silicio que Theia) se encuentran en dos grandes provincias de baja velocidad de corte (LLVP) ubicadas en las profundidades de África y el Océano Pacífico. Estas vastas y densas regiones a lo largo del límite entre el manto y el núcleo se descubrieron mediante mediciones sísmicas, y los científicos incluso las cartografiaron en detalle. Algunas teorías sugieren que estas regiones representan antiguas placas tectónicas o un océano de magma anómalo en la base del manto. Pero también está empezando a surgir la posibilidad de que estos grupos sean restos del protoplaneta Theia.
En 2021, el estudiante graduado de la Universidad de Arizona, Qian Yuan, ahora becario postdoctoral en el Departamento de Geofísica de Caltech, teorizó que el material Thayan rico en hierro (y por lo tanto inicialmente más denso) se movió hacia el manto inferior y formó estos LLVP después de un largo período de manto. convección.
Las nuevas simulaciones de Dan confirman que la Tierra primitiva experimentó una estratificación del manto posterior al impacto, lo que significa que el manto estaba arremolinado con material tanto de Theia como de la Tierra, mientras que el núcleo permaneció sin cambios. Las simulaciones también muestran que el material de Theia, equivalente al dos por ciento de la masa de la Tierra, finalmente cayó en esta región del manto inferior.
«A través del análisis preciso de una gama más amplia de muestras de rocas, combinados con modelos mejorados de impacto gigante y modelos de evolución de la Tierra, podemos inferir la composición material y la dinámica orbital de la Tierra primordial… y Theia», dijo Yuan en un comunicado de prensa. . «Esto nos permite limitar toda la historia de formación del Sistema Solar interior».
La Tierra es una joya única en el sistema solar y, hasta donde sabemos, en el universo conocido. Comprender los primeros días (o los primeros millones de años) durante los cuales se formó nuestro planeta puede proporcionar información valiosa sobre lo que hace que nuestra Tierra sea tan especial.
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