La edad de la Luna está escrita en la Tierra

El astrónomo Rafael Bachiller nos descubre en esta serie los fenómenos más espectaculares del Cosmos. Temas de palpitante investigación, aventuras astronómicas y novedades científicas sobre el Universo analizadas en profundidad.

La Luna se formó después de la Tierra, pero ¿cuánto tiempo después exactamente? Se trata de un tema de gran interés geoquímico muy debatido por los planetólogos. Hasta ahora la idea dominante sostenía que nuestro satélite se habría formado unos 30 millones de años tras la formación del planeta, pero algunos investigadores estimaban este periodo de tiempo en 50 e incluso 100 millones de años. Un estudio reciente ha empleado un método innovador para fijar la formación de la Luna unos 95 millones años después de la formación de la Tierra.

Impacto colosal

Según una teoría ampliamente aceptada, la Luna se formó cuando un cuerpo celeste del tamaño de Marte colisionó con la joven Tierra hace ahora unos 4.500 millones de años. Como resultado del colosal impacto, se arrojaron al espacio numerosos escombros que, al aglomerarse y fusionarse, formaron nuestro satélite. Aunque a primera vista pueda parecer una teoría un tanto estrambótica, el caso es que en los instantes iniciales de la formación del Sistema Solar los impactos entre grandes cuerpos y asteroides debieron ser relativamente frecuentes. Además, esta teoría del gran impacto explica bien las características de la rotación del sistema Tierra-Luna y la gran similitud entre las composiciones de ambos cuerpos.

Naturalmente resulta interesante saber en qué momento, tras la formación de la Tierra, tuvo lugar el gran impacto que formó la Luna determinando entonces la composición de la corteza terrestre. Para tratar de estimar la fecha de la enorme colisión se venían utilizando, hasta ahora, métodos estándar de datación basados en los ritmos de desintegración de elementos radiactivos, como el uranio. Con estos métodos, se ha calculado que la Luna se formó unos 30 millones de años tras la formación de la Tierra, y esta era la idea más extendida actualmente. Sin embargo, utilizando otros elementos radiactivos se han obtenido valores diferentes, llegando a estimaciones que sitúan la formación de la Luna en 50, e incluso 100, millones de años tras la formación del planeta azul. Nos encontramos por tanto ante un dilema que merece más estudio.

Nuevo método

Un equipo internacional de planetólogos liderado por Seth Jacobson del Observatorio de la Costa Azul (Niza, Francia) acaba de publicar un nuevo método para calcular la edad de nuestro satélite. Con la ayuda de un potente ordenador, estos investigadores han simulado el crecimiento de los planetas rocosos (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte) en el seno del disco protoplanetario que se formó junto con nuestro Sol. Se trataba de un disco de gas y polvo en el que la aglomeración de las partículas sólidas en rocas progresivamente mayores acabó dando lugar a la formación de los cuerpos del sistema solar tal y como los observamos hoy.

Estas simulaciones también se utilizaron para estudiar los efectos del gran impacto final que dio lugar a la formación de la Luna. Los investigadores encontraron una relación entre el momento del impacto y la cantidad de material que se incorporó a la Tierra tras la gran colisión. Gracias a esta relación, midiendo la masa que se acretó sobre nuestro planeta tras la colisión, se puede datar el momento del nacimiento de nuestro satélite.

¿Cómo medir la masa que cayó a la Tierra tras el gran impacto? Según estudios previos, esta masa puede estimarse a partir de la abundancia en la corteza terrestre de elementos altamente 'siderófilos' (literalmente 'amantes del hierro'), esto es, elementos que tienen alta afinidad por el hierro en estado líquido. Son metales de alta densidad, como el oro, el platino, el rodio, el paladio y el iridio, que tienden a disolverse en el hierro líquido y a formar con él enlaces metálicos.

Reloj geoquímico

Los elementos siderófilos existían en la nebulosa presolar, pero no estaban presentes en la corteza de la Tierra primitiva, pues se precipitaron disueltos en el hierro hacia el interior del planeta en el momento de su formación, cuando la Tierra era un cuerpo hirviente, en estado de fusión. Estos elementos debieron terminar, ligados al hierro mediante enlaces metálicos, en una capa densa del núcleo terrestre.

Sin embargo, sorprendentemente, algunas pequeñas cantidades de elementos siderófilos se vuelven a encontrar hoy en la corteza terrestre. Sabemos que tales elementos son muy abundantes en algunos asteroides y ello lleva a pensar que los siderófilos presentes hoy en la superficie de la Tierra fueron aportados mediante caídas de meteoritos y todo tipo de colisiones de otros cuerpos del sistema solar con nuestro planeta. Naturalmente, la gran colisión que formó la Luna debió suponer el aporte más significativo de tales elementos a la corteza de la Tierra.

La abundancia de tales elementos en el manto terrestre puede servir para determinar la masa acretada por la Tierra en la gran colisión y esta masa, a su vez, como han mostrado Jacobson y colaboradores, determina el momento de la formación de la Luna. La abundancia de los elementos siderófilos puede ser por tanto considerada como una especie de reloj geoquímico que permite medir la edad de la Luna.

95 millones de años más joven que la Tierra

Midiendo la abundancia de tales elementos en el manto terrestre se puede tener, por tanto, una medida del momento de la colisión en la que nació la Luna. En otras palabras, en la abundancia de los elementos siderófilos del manto terrestre quedó escrita la edad de la Luna. Sólo necesitamos tener habilidad para saber leerla.

Siguiendo este método, Jacobson y sus colaboradores descartan, con un nivel de confianza del 99,9%, que la Luna se formase en el período de 40 millones de años que siguió a la formación de nuestro planeta, lo que rechaza completamente la idea más extendida hasta la fecha de que la Luna se había formado unos 30 millones de años después de la Tierra. En su lugar, el nuevo estudio sitúa el momento de formación de la Luna en unos 95 millones de años después de la formación de la Tierra.

Las nuevas simulaciones no solo tienen interés para el estudio del nacimiento de la Luna, también demuestran que Marte se formó muy rápidamente en el sistema protosolar, y en un tiempo relativamente corto, mientras que la Tierra se formó más tarde. Tales simulaciones pueden sin duda ayudar a comprender algunas propiedades sorprendentes de nuestro sistema planetario. Por ejemplo, las grandes diferencias existentes entre la Tierra y Venus, dos planetas rocosos llamados a ser gemelos por su masa y tamaño, pueden ser debidas a los momentos y lugares precisos de su formación.

También interesante

• Un fuerte argumento a favor de la teoría del gran impacto está basado en las abundancias de los isótopos del oxígeno medidas en las rocas lunares recogidas por las misiones Apolo, pues tales abundancias son prácticamente iguales a las medidas en la Tierra. Sin embargo, esta teoría tiene dificultades para explicar algunas diferencias halladas entre la Tierra y la Luna para las abundancias de otros elementos y compuestos químicos.
• El hipotético cuerpo del tamaño de Marte que colisionó con la Tierra para formar la Luna se denomina Tea. En la mitología griega, la diosa titánide Tea se casó con su hermano Hiperión y con él tuvo tres hijos, Helios, Selene y Eos: el Sol, la Luna y la aurora.
• El estudio de Jacobson y colaboradores ha sido publicado en un número reciente de la revista Nature.

Rafael Bachiller es director del Observatorio Astronómico Nacional (Instituto Geográfico Nacional) y académico de la Real Academia de Doctores de España.

@RafaelBachiller