Uno de los problemas fundamentales en la ciencia planetaria es tratar de determinar cómo se formaron y evolucionaron los cuerpos planetarios del sistema solar interno. Un nuevo modelo de computadora sugiere que los objetos enormes, algunos tan grandes como los grandes objetos del Cinturón de Kuiper como Plutón y Eris, probablemente golpearon la Tierra, la Luna y Marte durante las últimas etapas de la formación planetaria, llevando metales pesados a las superficies planetarias. Este modelo, creado por varios investigadores del Instituto de Ciencia Lunar de la NASA, sorprendentemente aborda muchos acertijos diferentes en todo el Sistema Solar, como la forma en que la Tierra podría retener elementos amantes del metal, como el oro y el platino que se encuentran en su manto, cómo el interior del La luna en realidad podría estar húmeda, y la extraña distribución en el tamaño de los asteroides.
"La mayor parte de la evidencia de lo que sucedió durante las últimas etapas de la formación planetaria se ha borrado con el tiempo", dijo Bill Bottke del Southwest Research Institute, que dirigió el equipo de investigación. "El camino que hemos estado siguiendo en estos mundos es bastante frío y poder extraer más información de lo que tenemos y poder resolver algunos problemas de larga data es bastante emocionante".
Bottke le dijo a Space Magazine que la historia que cuenta este nuevo modelo "no es tan complicada como parece a primera vista", dijo. "Incluye muchos conceptos juntos, y algunos de los conceptos han existido por un tiempo".
Bottke y su equipo han publicado sus resultados en la revista. Ciencias.
Los investigadores comenzaron con la teoría ampliamente aceptada de cómo nuestra Luna fue creada por un impacto gigante entre la Tierra primitiva y otro cuerpo planetario del tamaño de Marte. "Este fue el evento más traumático por el que probablemente pasó la Tierra, y ese fue el momento en que presumiblemente la Tierra y la Luna formaron sus núcleos", dijo Bottke.
El hierro pesado cayó al centro de los dos cuerpos, y los llamados elementos altamente siderófilos o amantes de los metales, como el renio, el osmio, el platino, el paladio y el oro deberían haber seguido el hierro y otros metales hasta el núcleo después. del evento de formación de la Luna, dejando las costras rocosas y los mantos de estos cuerpos desprovistos de estos elementos.
"A estos elementos les encanta seguir al metal", dijo Bottke, "así que si el metal se está drenando hacia el núcleo, estos elementos querrían drenarse con ellos". Entonces, si esto es correcto, lo que esperaríamos es que las rocas derivadas de nuestro manto casi no tengan elementos altamente siderófilos, tal vez 10 al menos 5º nivel más o menos. Pero sorprendentemente, eso no es lo que vemos. Son solo menos abundantes en un factor de menos de 200, en comparación con lo que cabría esperar, un factor de aproximadamente 100,000 ”.
Bottke dijo que este problema se ha discutido desde la década de 1970, con varias sugerencias sobre cómo resolver el problema.
"La respuesta más viable es que después del impacto de la formación de la Luna, también hubo otras cosas que golpearon la Tierra durante las últimas etapas de la formación del planeta, objetos que eran más pequeños, y estos objetos más pequeños reponían estos elementos y nos daban la abundancia que ver hoy Esto es lo que llamamos acreción tardía ”, dijo.
En la Luna, sucedía lo mismo. Pero hubo un problema con este escenario. La proporción de estos elementos en la Tierra en comparación con las rocas en la Luna es de aproximadamente 1000 a 1.
"La sección transversal gravitacional de la Tierra es aproximadamente 20 veces mayor que la de la Luna", dijo Bottke, "así que por cada objeto que golpeó la Luna, aproximadamente veinte deberían haber golpeado la Tierra". Y si la acumulación tardía entregó estos elementos, debe tener una relación de 20 a 1. Pero eso no es lo que vemos, vemos una relación de 1000 a 1 ".
Bottke, un dinamacista planetario, discutió esto con su colega David Nesvorny, también de SWRI, así como con modeladores geofísico-geoquímicos, como Richard Walker de la Universidad de Maryland, James Day de la Universidad de Maryland y Linda Elkins-Tanton de Instituto de Tecnología de Massachusetts.
Se les ocurrió un modelo de computadora que parecía proporcionar una respuesta.
"Al jugar a la ruleta con estos objetos, descubrí que muy a menudo la Tierra estaba siendo golpeada por enormes impactadores que la Luna nunca vería", dijo Bottke. "Este resultado sugiere que las cosas que golpearon la Tierra y la Luna al final del período de formación del planeta estaban dominadas por objetos muy grandes".
El modelo predijo que el más grande de los impactadores tardíos en la Tierra, con un diámetro de 2,400 a 3,200 km (1,500-2,000 millas), mientras que los de la Luna, a aproximadamente 240 a 320 km.
Bottke lo llamó un resultado "lindo", pero necesitaban más evidencia de apoyo. Entonces, echaron un vistazo a la última población sobreviviente de las cosas que construyeron los planetas, el cinturón de asteroides interno. "Encuentras asteroides grandes como Ceres, Vesta y Pallas", dijo Bottke, por lo que están los grandes de 500 a 900 km, pero tus siguientes asteroides más grandes son solo unos 250 km. Esto coincidió con los tamaños con los que surgió nuestro modelo ", en el que no se observan asteroides con tamaños" intermedios "en esta región.
Luego, miraron a Marte, que tiene algunas cuencas de impacto muy grandes que probablemente hayan quedado de los días en que se formó el planeta, incluida la cuenca Borealis, que es tan grande que probablemente explica las diferencias en los hemisferios norte y sur en El planeta rojo.
“Observamos y proyectamos el tamaño de los impactadores que habrían creado esas cuencas de impacto y vimos que la distribución de tamaños era muy similar a lo que se predijo para la Tierra y la Luna, y también lo que se encuentra en el cinturón de asteroides interno.
Entonces, todas esas cosas juntas: la base teórica, la evidencia observacional de elementos en la Tierra y la Luna, y los impactos en Marte, colectivamente, dicen algo sobre la distribución de tamaños de objetos hacia el final de la formación planetaria.
¿Y cuáles son las implicaciones?
"Podríamos hacer predicciones de lo que estaba golpeando la Tierra, la Luna y Marte en ese momento, y se alinean con lo que vemos en las superficies", dijo Bottke. "En Marte podemos jugar un juego de cuáles son los proyectiles más grandes que deberían haber golpeado a Marte, y coincide bien con el tamaño de la gran cuenca que se formó en Marte, y también produjo la abundancia de elementos que vemos allí".
"Para la Luna, los mayores impactadores serían de 250-300 km, que es aproximadamente del tamaño de la cuenca Aiken del polo sur", continuó Bottke. "Para la Tierra, estos grandes impactadores explican por qué algunos de estos impactos lograron golpear la Tierra y no todos los elementos fueron al núcleo de la Tierra".
Bottke dijo que, además de las complicaciones, algunos de los mayores impactos en realidad pueden haber arado a través de la Tierra y en realidad salieron del otro lado, en un estado muy fragmentado, y llovieron en la Tierra. "Si esto es cierto, esto proporciona una forma de extender fragmentos por toda la Tierra", dijo, "pero cómo se redistribuyen los escombros alrededor del cuerpo planetario es una pregunta realmente interesante". Esa parte necesita mucho más trabajo y ahora está al borde de lo que podemos hacer numéricamente ”.
Cuando se trata de agua en el interior de la Luna, que alguna vez se pensó que estaba seca, sin embargo, las mediciones de muestras recientes sugieren que el contenido de agua en el manto lunar está entre 200 y varios miles de partes por billón: el modelo de Bottke también podría abordar esto problema.
"Si es cierto", escribe el equipo en su artículo, "es posible que el mismo proyectil que entregó la mayoría de los HSE de la Luna también le haya proporcionado agua ... La acumulación tardía proporciona una explicación alternativa en caso de que el agua del manto lunar no pueda migrar desde el impacto post-gigante de la Tierra hasta una Luna en crecimiento a través de un disco protolunar caliente y en gran parte vaporizado.
En cuanto a por qué los proyectiles más pequeños golpearon la Luna en comparación con la Tierra, Bottke dijo que es solo un juego de números. "Comenzamos con una población que tiene una cierta cantidad de cosas grandes, medianas y pequeñas", dijo. “Y elegimos al azar los proyectiles de esa población y por cada hombre grande que golpea la Luna, 20 golpean la Tierra. Y jugamos ese juego, y si el número de proyectiles es limitado, si la Luna solo es golpeada una o dos veces por esta población, eso significa que la Tierra es golpeada 20-30 veces, eso es suficiente para darnos, en la mayoría de las ocasiones, lo que vemos ".
Bottke dijo que esta investigación le dio la oportunidad de trabajar con geoquímicos, "que tienen todo tipo de cosas interesantes que decir que ayudan a restringir los procesos que provocaron la formación de planetas". El problema es que a veces tienen gran información pero no tienen un proceso dinámico que pueda funcionar. Entonces, trabajando juntos, creo que pudimos llegar a algunos resultados interesantes ”.
"Lo más emocionante para mí es que deberíamos poder usar estas abundancias que tenemos en la Tierra, la Luna y Marte para contar realmente la historia sobre la formación de planetas", dijo Bottke.
Fuentes: Ciencia, entrevista telefónica con Bottke.
