La luna è nata nella collisione di un corpo delle dimensioni di Marte e della Terra primitiva, ma oltre a ciò, molto del mondo che vediamo nei nostri cieli ogni notte è ancora un mistero. Dopo 61 missioni, tra cui sei visite di astronauti che hanno raccolto campioni di rocce lunari, rimangono molte domande, tra cui la quantità di luna prodotta dagli avanzi di quel pianeta perduto e quanto è stato rubato dalla Terra? Rispondere a queste domande potrebbe offrire nuove intuizioni sull'evoluzione di entrambi i corpi celesti.
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Ora, scienziati in Francia e Israele hanno trovato prove che il corpo più piccolo che si è schiantato nella proto-Terra era probabilmente fatto di cose simili al nostro mondo natale. Inoltre, secondo i loro modelli di computer, l'attuale composizione del materiale lunare è meglio spiegata se qualunque cosa colpisse la Terra primitiva si formasse nelle vicinanze. Due ulteriori studi suggeriscono che entrambi i corpi hanno poi costruito un'impiallacciatura di materiale extra mentre i piccoli protopianeti continuavano a bombardare il sistema giovane, ma la Terra ha raccolto molto di più di questo rivestimento successivo.
Secondo "l'ipotesi dell'impatto gigante", la luna si formò circa 4, 5 miliardi di anni fa, quando un oggetto simile a un pianeta circa un decimo della massa attuale della Terra si schiantò contro il nostro pianeta. Simulazioni e recenti studi sulle rocce lunari suggeriscono che la luna dovrebbe essere in gran parte ricavata dai resti dell'impattatore, soprannominato Theia. Ciò spiegherebbe perché la luna sembra essere fatta di materiale che assomiglia molto al mantello terrestre, come si vede nei campioni di roccia e nelle mappe minerali.
Il problema è che i pianeti tendono ad avere composizioni distinte. Marte, Mercurio e grandi asteroidi come Vesta hanno tutti rapporti in qualche modo diversi di vari elementi. Se Theia fosse stata formata da qualche altra parte nel sistema solare, la sua composizione avrebbe dovuto essere piuttosto diversa da quella terrestre e la composizione voluminosa della luna non dovrebbe apparire così simile al mantello terrestre.
Per cercare di risolvere l'enigma, Alessandra Mastrobuono-Battisti e Hagai Perets presso l'Israel Institute of Technology hanno analizzato i dati delle simulazioni di 40 sistemi solari artificiali, applicando più potenza del computer rispetto a quanto precedentemente utilizzato. Il modello fece crescere i pianeti noti e un ipotetico numero di planetesimi e poi li lasciò andare in un gioco di biliardo cosmico.
Le simulazioni ipotizzano che i pianeti nati più lontano dal sole tendano ad avere abbondanze relative più elevate di isotopi di ossigeno, in base al mix chimico osservato in Terra, Luna e Marte. Ciò significa che tutti i planetesimi che si sono generati vicino alla Terra dovrebbero avere tracce chimiche simili. "Se vivono nello stesso quartiere, saranno fatti più o meno dello stesso materiale", afferma Perets.
Il team ha scoperto che gran parte del tempo, dal 20 al 40 percento, ha comportato grandi impatti con collisioni tra corpi che si sono formati a distanze simili dal sole e che hanno avuto un trucco simile. Descritto questa settimana in Nature, il lavoro sostiene l'idea intuitiva che è meno probabile che qualcosa salperà e ti colpirà da lontano, e fa molto per spiegare la composizione di massa della luna.
Fin qui tutto bene, ma questo non spiega tutto. C'è ancora un enigma persistente legato all'abbondanza dell'elemento tungsteno. Questo elemento siderofilo, o amante del ferro, dovrebbe affondare nel tempo verso i nuclei dei pianeti, rendendo la sua abbondanza molto più variabile in corpi diversi anche se si formano vicini. Questo perché corpi di dimensioni diverse formeranno core a velocità diverse. Mentre ci sarebbe un po 'di miscelazione dall'impatto, la maggior parte del materiale del mantello ricco di tungsteno di Theia sarebbe stato gettato in orbita e incorporato nella luna, quindi la quantità di tungsteno in Terra e luna dovrebbe essere molto diversa.
In due studi indipendenti comparsi anche su Nature, Thomas Kruijer all'Università di Münster in Germania e Mathieu Touboul all'Università di Lione in Francia hanno esaminato il rapporto tra due isotopi di tungsteno - tungsteno-184 e tungsteno-182 - nelle rocce lunari e sulla Terra nel complesso. Le rocce lunari hanno leggermente più tungsteno-182 della Terra, riportano le squadre.
Questo è interessante, perché quel particolare isotopo del tungsteno proviene dal decadimento radioattivo di un isotopo dell'afnio elemento. La sua emivita è breve, solo circa 9 milioni di anni. Quindi, mentre il tungsteno amante del ferro tende ad affondare verso il nucleo, l'isotopo dell'afnio rimane più vicino alla superficie e, nel tempo, si trasforma in tungsteno-182. Ciò lascia un eccesso di tungsteno-182 nel mantello di un pianeta rispetto alla quantità di tungsteno-184 e altri isotopi naturali.
La differenza tra la Terra e la luna è relativamente piccola: i due studi la trovano tra 20 e 27 parti per milione. Ma anche quel piccolo cambiamento richiederebbe molta messa a punto chimica, afferma Kruijer, il che rende improbabile che fosse solo una possibilità. "Variare il tungsteno solo di una percentuale circa ha un effetto drammatico", afferma. "L'unica soluzione è se il mantello della proto-Terra avesse un contenuto di tungsteno-182 simile a quello di Theia e il nucleo del dispositivo di simulazione si fondesse direttamente con quello della Terra."
Questo non è probabile, però. Mentre gran parte del nucleo di Theia, essendo più pesante del suo mantello, rimarrà come parte della Terra, il mantello si mescolerà con quello della Terra quando viene lanciato in orbita. Più mescolanza accade mentre la luna accresce. La proporzione del materiale del nucleo e del mantello di Theia che viene trasformato nella luna è una possibilità casuale, ma doveva esserci stato almeno un po 'di materiale di base, dice Kruijer. La squadra di Touboul giunse a una conclusione simile: se le differenze nell'abbondanza di tungsteno fossero dovute alla miscelazione casuale mentre le viscere di Theia andavano in giro con la Terra, il pianeta e la luna dovrebbero essere ancora più diversi di loro.
La soluzione più semplice, affermano gli autori, sembra essere l'ipotesi della "fine impiallacciatura", che suggerisce che la Terra e la proto-luna siano iniziate con rapporti isotopici di tungsteno simili. La Terra, essendo più grande e più massiccia, continuerebbe ad attrarre più planetesimi dopo l'impatto, aggiungendo nuovo materiale al mantello. L'impiallacciatura di quei planetesimi avrebbe avuto più tungsteno-184 rispetto al tungsteno-182, mentre la luna avrebbe mantenuto il rapporto che risaliva all'impatto.
"Questi dati sembrano solidi", afferma Fréderic Moynier, un cosmochemista e astrofisico all'Institut de Physique du Globe de Paris, tramite e-mail. "Si adatta all'attuale teoria della fine dell'impiallacciatura, che si basa semplicemente sull'abbondanza elementale degli elementi siderofili (tra cui il tungsteno): ci sono semplicemente troppi elementi siderofili nell'attuale mantello terrestre (dovrebbero essere tutti al centro) e quindi devono essere stati portati sulla Terra dopo la formazione del nucleo attraverso impatti di meteoriti ".
Resta un mistero: affinché la proto-luna corrisponda al rapporto del tungsteno terrestre, Theia e la Terra devono aver iniziato con abbondanze di tungsteno molto simili. Risolvere questo enigma sarà il lavoro dei futuri studi planetari, ma almeno per ora, la storia delle origini lunari sta iniziando a sembrare un po 'più chiara.
