L’origine della Luna

La Luna è sempre lì, nel cielo, mentre orbita intorno alla Terra.

Ha suscitato sempre un grande interesse nell’uomo, essendo un satellite ben visibile a occhio nudo da ogni “angolo” della superficie terrestre.

Per curiosità e necessità, il genere umano ha studiato prima e sperimentato poi l’ingegneria aerospaziale, progettando missioni di allunaggio strabilianti, tanto da riuscire, nell’11.969 EU (1969 d.C.), ad atterrare sulla superficie della Luna.

Ben 12 astronauti, tra gli anni ’60 e ’70, hanno camminato sulla superficie lunare. Oggi, infatti, sono in corso piani per il ritorno attraverso il programma Artemis della NASA.

Ma sappiamo con certezza come questo satellite abbia avuto origine nel sistema solare?

Satellite naturale

Esistono numerose teorie riguardo la sua formazione, ma almeno sappiamo che la Luna è l’unico satellite naturale della Terra.

Breve inciso: per “satellite naturale” si intendono tutti quei corpi celesti che si differenziano da satelliti artificiali, ovvero oggetti inviati nell’orbita attorno alla Terra dall’uomo come i satelliti astronomici per trasmettere a terra informazioni dallo spazio (quelli meteorologici) e i satelliti per le telecomunicazioni per trasmettere i segnali telefonici, radiofonici, televisivi e GPS.

La formazione lunare

Esistono e sono esistite, nel corso della storia, diverse teorie sull’origine della formazione della Luna. Sicuramente, un “sasso” gigante nello spazio non è lì per puro caso.

Nel video qui sotto trovate un breve documentario in cui vengono presentate quattro teorie sull’origine e l’evoluzione del satellite terrestre.

Vediamole nel dettaglio.

Le teorie

PRIMA TEORIA

La teoria della cattura vede la Luna come un corpo indipendente del sistema solare che si sarebbe avvicinato di molto alla Terra per via dell’attrazione al suo campo gravitazionale.

Una sorta di “attrazione fatale” che ha fatto incontrare il satellite alla Terra creando un duo orbitale inscindibile, fino ad oggi.

Il materiale che caratterizza la Luna, però, è molto simile a quello del mantello terrestre. Si scarta, pertanto, questa ipotesi a causa della composizione della Luna, che porta a dedurre che essa fosse una volta parte integrante del nostro pianeta.

SECONDA TEORIA

La teoria della fissione, avanzata da George Darwin nel XIX secolo, consiste nella separazione del materiale lunare dalla Terra rotante che si è, successivamente, raffreddato rimanendo in orbita.

La Luna, pertanto, si sarebbe potuta formare dalla rapida rotazione della Terra quando questa era “appena nata”.

Questa teoria vede le maree come protagoniste che, per effetto dell’attrazione gravitazionale solare, avrebbero causato continue contrazioni e dilatazioni.

Gli esperti ipotizzano, però, che non siano le maree la causa della separazione di questo materiale dal pianeta Terra, ma l’instabilità di questo provocata dall’attrazione del materiale più pesante verso il centro della Terra.

Questo avrebbe aumentato di velocità verso la parte più esterna, provocando il distacco vero e proprio di una parte di massa (lunare) fusa. Questa fase è ben visibile nel video riportato sopra.

TERZA TEORIA

La teoria dell’accrescimento ritiene che la Luna sia il risultato dell’unione di materiali diversi già presenti in orbita intorno alla Terra. Praticamente è come se si fosse raccolto il materiale di scarto intorno al nostro pianeta.

Oggi, grazie alle numerose missioni lunari, è possibile delineare teorie più verosimili sulle fasi principali di vita di questo satellite. Una volta formatasi, , molto probabilmente, la Luna ha subìto una separazione della crosta da cui ebbe inizio una prima epoca di bombardamento meteorico, definito vulcanismo, poi una fase di declino dell’attività fino all’attuale quiescenza (dormienza), come se la Luna oggi stesse riposando beatamente intorno alla Terra.

QUARTA TEORIA

L’ipotesi scientifica attualmente più accreditata per la formazione della Luna è la teoria del Big Splash (dell’impatto gigante) o Theia Impact. Ipotizza che la Luna si sia formata come conseguenza di una collisione tra la proto-Terra e Theia [in copertina potete vedere una ricostruzione grafica dell’impatto].

Theia è un pianeta ipotetico, delle dimensioni di Marte, dell’eone Adeano (circa 20-100 milioni di anni dopo la formazione del sistema solare). Il suo nome ha origine dal mitica titanide greca, Teia, madre della dea della luna, Selene.

La NASA dichiara che le prove suggeriscono che i detriti di questo impatto hanno probabilmente formato la Luna circa 4,5 miliardi di anni fa. I detriti terrestri si sarebbero accumulati per formare il satellite lunare.

La Luna, appena formata, era in uno stato fuso, il cui “oceano di magma” si sarebbe cristallizzato in circa 100 milioni di anni, con rocce meno dense che galleggiavano verso la superficie, formando la crosta lunare.

Arida e senza vita, è rimasta immutata fino ad oggi.

L’analisi delle rocce lunari, pubblicata in un rapporto del 12.016 EU (2016 d.C.), suggerisce che l’impatto potrebbe essere stato un colpo diretto che causò un profondo rimescolamento di entrambi i corpi genitori.

Il video rappresenta la simulazione animata di un oggetto in collisione con una Terra ricoperta di un oceano magmatico, che ha provocato la formazione della Luna (di Natsuki Hosono, Hirotaka Nakayama, 4D2U Project, Nao, 2019].

Perché la teoria del Theia impact?

Breve ripasso: il momento angolare o momento della quantità di moto è una grandezza fisica di tipo vettoriale, che rappresenta la quantità che si conserva se un sistema fisico è invariante sotto rotazioni spaziali. Costituisce l’equivalente per le rotazioni della quantità di moto per le traslazioni.

L’ipotesi nasce dall’osservazione di come il sistema Terra-Luna contenga un momento angolare anomalo, molto elevato.

Non è chiaro, vero?

Riproviamo: il momento contenuto nella rotazione della Terra, nella rotazione della Luna e nella rotazione della Luna intorno alla Terra è significativamente più alto rispetto a quello degli altri pianeti terrestri.

Per questo, l’ipotesi più probabile è la quarta, quella della collisione Big Splash, che potrebbe aver fornito questa quantità (significativa) di moto in eccesso.

Uno studio ha eseguito simulazioni di una collisione idrodinamica di particelle indipendenti dalla densità. I calcoli dimostrano che, a causa della grande differenza nel riscaldamento d’urto tra i silicati fusi e le rocce, una frazione considerevole del materiale espulso, che forma la Luna, deriva dall’oceano di magma, anche in una collisione avvenuta in modo obliquo.

Gli studiosi mostrano che questo modello riconcilia le somiglianze e le differenze di composizione tra la Luna e la Terra, continuando a soddisfare il vincolo del momento angolare.

Composizione

La Luna, rispetto alla Terra, ha un nucleo di ferro relativamente piccolo che le conferisce una densità inferiore, ed è impoverita di elementi volatili.

Questo probabilmente perché gli elementi volatili, vaporizzando a temperature molto più basse, potrebbero essersi persi in un evento ad alta energia, catturati dalla Terra anziché dalla Luna, per via della maggiore attrazione gravitazionale.

Inoltre, i rapporti degli isotopi stabili delle rocce lunari e terrestri sono identici, il che implica un’origine comune.

Conclusioni

Svelato l’arcano dell’origine della Luna?

Non del tutto.

Rimangono ancora diverse domande sui modelli attuali dell’ipotesi dell’impatto gigante.

Si prevede che l’energia di un tale impatto gigante abbia riscaldato la Terra per produrre un oceano di magma su tutto il globo, tanto da essere state documentate prove della conseguente differenziazione planetaria del materiale più pesante che affonda nel mantello terrestre.

Inoltre, non esiste un modello autoconsistente che inizia con l’evento dell’impatto gigante e segue l’evoluzione dei detriti lunari… e, soprattutto, quando la Luna avrfebbe perso la sua parte di elementi volatili?

E perché Venere non ospita un satellite simile dato che ha subito impatti giganti durante la sua formazione?

Ai posteri l’ardua sentenza.

Intanto la Luna se ne sta lì, dormiente, illuminando le notti terrestri.

Buona notte Luna!

Fonti

Le origini della Luna – NASA [eng]

Come si è formata la Luna? – Natural History Museum [eng]

Ipotesi Impatto Gigante – Wikipedia [eng]