Agencias, Ciudad de México.- Una investigación de la Universidad de Arizona presenta por primera vez evidencia física de lo que estaba sucediendo en el interior de la Luna durante una etapa crítica de su evolución.

Hace unos 4,500 millones de años, un pequeño planeta se estrelló contra la joven Tierra, arrojando roca fundida al espacio. Lentamente, los escombros se fusionaron, se enfriaron y solidificaron, formando nuestra luna.

Este escenario de cómo surgió la luna de la Tierra es en el que coinciden en gran medida la mayoría de los científicos. Pero los detalles de cómo sucedió exactamente eso son “más bien una novela de aventuras en la que eliges la tuya”, según los investigadores del Laboratorio Lunar y Planetario (LPI) de la Universidad de Arizona, que publicaron un artículo en ‘Nature Geoscience’. Los hallazgos ofrecen información importante sobre la evolución del interior lunar y, potencialmente, de planetas como la Tierra o Marte.

La mayor parte de lo que se sabe sobre el origen de la Luna proviene de análisis de muestras de rocas, recolectadas por los astronautas del Apolo hace más de 50 años, combinadas con modelos teóricos. Las muestras de rocas de lava basáltica traídas de la luna mostraron concentraciones sorprendentemente altas de titanio.

Observaciones satelitales posteriores descubrieron que estas rocas volcánicas ricas en titanio se encuentran principalmente en la cara visible de la Luna, pero cómo y por qué llegaron allí sigue siendo un misterio, hasta ahora.

Debido a que la Luna se formó rápida y caliente, probablemente estuvo cubierta por un océano global de magma. A medida que la roca fundida se enfrió y solidificó gradualmente, formó el manto lunar y la corteza brillante que vemos cuando miramos la luna llena por la noche. Pero en lo más profundo de la superficie, la joven luna estaba tremendamente fuera de equilibrio. Los modelos sugieren que los últimos restos del océano de magma cristalizaron en minerales densos, incluida la ilmenita, un mineral que contiene titanio y hierro.

“Debido a que estos minerales pesados son más densos que el manto que se encuentra debajo, crean una inestabilidad gravitacional, y se esperaría que esta capa se hundiera más profundamente en el interior de la luna”, expone Weigang Liang, quien dirigió la investigación como parte de su trabajo doctoral en LPL.

De alguna manera, en los milenios siguientes, ese material denso se hundió en el interior, se mezcló con el manto, se derritió y regresó a la superficie como flujos de lava ricos en titanio que vemos hoy en la superficie. “Nuestra luna literalmente se volvió del revés”, apunta el coautor y profesor asociado del LPL, Jeff Andrews-Hanna.

“Pero ha habido poca evidencia física que arroje luz sobre la secuencia exacta de eventos durante esta fase crítica de la historia lunar, y hay mucho desacuerdo en los detalles de lo que sucedió, literalmente”, agrega.

¿Este material se hundió a medida que se formaba poco a poco, o todo a la vez después de que la luna se había solidificado por completo? ¿Se hundió globalmente en el interior y luego se elevó en el lado cercano, o migró hacia el lado cercano y luego se hundió? ¿Se hundió en una masa grande o en varias masas más pequeñas?

Para responderá a estas cuestiones, los autores compararon simulaciones de una capa rica en ilmenita que se hunde con un conjunto de anomalías de gravedad lineal detectadas por la misión GRAIL de la NASA, cuyas dos naves espaciales orbitaron la Luna entre 2011 y 2012, midiendo pequeñas variaciones en su atracción gravitacional. Estas anomalías lineales rodean una vasta región oscura de la cara visible de la Luna cubierta por flujos volcánicos conocidos como mare (en latín, “mar”).

Los autores descubrieron que las firmas de gravedad medidas por la misión GRAIL son consistentes con las simulaciones de la capa de ilmenita, y que el campo de gravedad puede usarse para mapear la distribución de los restos de ilmenita que quedaron después del hundimiento de la mayor parte de la capa densa.

“Nuestros análisis muestran que los modelos y los datos cuentan una historia notablemente consistente”, relata Liang. “Los materiales de ilmenita migraron hacia el lado cercano y se hundieron en el interior en cascadas en forma de láminas, dejando atrás un vestigio que causa anomalías en el campo de gravedad de la luna, como lo ve GRAIL”.

Las observaciones del equipo también limitan el momento de este evento: las anomalías de gravedad lineal son interrumpidas por las cuencas de impacto más grandes y antiguas en el lado cercano y, por lo tanto, debieron haberse formado antes. Con base en estas relaciones transversales, los autores sugieren que la capa rica en ilmenita se hundió antes de hace 4.22 mil millones de años, lo que es consistente con su contribución al vulcanismo posterior observado en la superficie lunar.

El análisis de estas variaciones en el campo gravitacional de la Luna permitió echar un vistazo bajo la superficie de la Luna y ver lo que hay debajo. Si bien la detección de anomalías de la gravedad lunar proporciona evidencia del hundimiento de una capa densa en el interior de la luna y permite una estimación más precisa de cómo y cuándo ocurrió este evento, lo que vemos en la superficie de la luna agrega aún más intriga a la historia, según el equipo de investigación.

La Luna está fundamentalmente desequilibrada en todos los aspectos“, añade Andrews-Hanna, explicando que la cara visible que mira a la Tierra, y particularmente la región oscura conocida como región Oceanus Procellarum, tiene una elevación más baja, tiene una corteza más delgada y está cubierta en gran parte por fluye lava y tiene altas concentraciones de elementos típicamente raros como titanio y torio. El otro lado difiere en cada uno de estos aspectos.

De alguna manera, se cree que el vuelco del manto lunar está relacionado con la estructura única y la historia de la región Procellarum del lado cercano. Pero los detalles de ese cambio han sido motivo de considerable debate entre los científicos.

“Nuestro trabajo conecta los puntos entre la evidencia geofísica de la estructura interior de la luna y los modelos informáticos de su evolución”, puntualiza Liang.

“Por primera vez tenemos evidencia física que nos muestra lo que estaba sucediendo en el interior de la luna durante esta etapa crítica de su evolución, y eso es realmente emocionante”, dijo Andrews-Hanna. “Resulta que la historia más temprana de la luna está escrita debajo de la superficie, y simplemente fue necesaria la combinación correcta de modelos y datos para revelar esa historia”, concluye.

Esta interpretación está respaldada por la convincente similitud entre el patrón observado, la magnitud y las dimensiones de las anomalías gravitacionales y las predichas por los modelos geodinámicos de los restos acumulados que contienen ilmenita. Estas características proporcionan evidencia física de la naturaleza del vuelco global del manto, limitan que el vuelco haya ocurrido antes de los impactos de formación de las cuencas de Serenitatis y Humorum y respaldan una fuente profunda de manto rico en Ti para los basaltos con alto contenido de Ti.

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