Quando e come si è formata la Luna?

Nuovi studi offrono scenari contrastanti per la formazione della Luna. Uno sostiene un unico grande splat all’inizio della storia del sistema solare; un secondo immagina una serie di colpi minori che hanno costruito la Luna nel tempo; e un terzo suggerisce che l’acqua sia stata coinvolta.

Visto il tesoro di campioni lunari a disposizione e la potenza delle moderne analisi di laboratorio, si potrebbe pensare che ormai i geochimici dovrebbero aver capito esattamente come si è formata la Luna. Ma non è così – infatti, c’è ancora molto dibattito su come si è formata la Terra.

Ecco il problema di base: circa 30 anni fa, i dinamici hanno dimostrato che un corpo approssimativamente della massa di Marte avrebbe potuto colpire la Terra di striscio ed espellere abbastanza detriti in orbita per raccogliere in un oggetto delle dimensioni della Luna. In quasi tutte queste simulazioni, la maggior parte di ciò che finisce sulla Luna proviene dall’impattatore piuttosto che dalla Terra.

Ma i campioni lunari dell’Apollo (e della Luna), per non parlare dei meteoriti lunari, mostrano che la Luna e la Terra hanno composizioni molto simili. A parte la mancanza di ferro e l’estrema mancanza di acqua, le rocce lunari corrispondono ai rapporti isotopici della Terra per gli elementi geochimici diagnostici come il titanio, il calcio, il silicio e (soprattutto) l’ossigeno e il tungsteno. Questo inchioda i dinamisti in un angolo – solo in rari casi, l’1% o il 2% delle volte, le loro simulazioni producono una Luna con una composizione simile alla Terra. C’è anche un problema di messa a punto dell’impatto per ottenere il momento angolare dell’attuale sistema Terra-Luna.

Ho scritto delle possibili soluzioni a questi enigmi (o è “conundra”?) qui e qui, ma nessuna idea soddisfa tutti i requisiti. Si può immaginare che l’impattatore gigante e la proto-Terra avessero composizioni quasi identiche – ma statisticamente e intuitivamente questo sembra improbabile.

Nel numero del 9 gennaio di Nature Geoscience, i ricercatori israeliani Raluca Rufu, Oded Aharonson e Hagai Perets sostengono che la nozione di un singolo impatto gigante è sbagliata. Invece, propongono che la Terra abbia subito decine di impatti minori (ma ancora potenti) con oggetti che vanno dall’1% al 10% della sua massa, ognuno dei quali ha espulso detriti in un disco orbitante. Gli anelli si sono rapidamente coagulati in lunette, e le interazioni di marea con la giovane Terra, per lo più fusa, hanno spinto ognuno di loro verso l’esterno. Col tempo si sono accumulati nella Luna.

Questo approccio produce una composizione lunare che è un amalgama di molte composizioni, che facilita i vincoli isotopici inflessibili. I contributi più simili alla Terra provengono da collisioni quasi frontali che hanno perforato profondamente il mantello del nostro pianeta. Un paio di colpi di fortuna alla fine del processo potrebbero aver modificato il momento angolare del sistema per abbinare ciò che esiste ora.

Come nota Gareth Collins (Imperial College, Londra) in una prospettiva di accompagnamento News & Views, “Gli impatti a bassa energia che formano la luna lascerebbero parti della Terra indenni. Distinti serbatoi geochimici terrestri potrebbero quindi essere sopravvissuti alla formazione della Luna”. E, in effetti, i ricercatori hanno identificato porzioni del mantello terrestre che sono compositivamente non corrispondenti al resto del nostro pianeta.

Fare la Luna: Lento o veloce?

L’assemblaggio frammentario immaginato dal team israeliano avrebbe richiesto molto tempo, forse anche 100 milioni di anni – e questo apre un altro aspetto del dibattito sulla formazione lunare. Alcuni scienziati planetari hanno infatti sostenuto, soprattutto su basi geochimiche, che la Luna potrebbe essersi formata da 150 a 200 milioni di anni dopo l’inizio del sistema solare. Altri sostengono che si sia formata molto prima, entro poche decine di milioni di anni.

Un’altra nuova analisi, pubblicata l’11 gennaio su Science Advances, sostiene che la Luna si è formata in fretta e furia e si è in gran parte solidificata entro 4,51 miliardi di anni fa, o 60 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare. La prova, dicono Mélanie Barboni (Università della California, Los Angeles) e sei colleghi, si trova in otto minuscoli grani del minerale zircone (ZrSiO4), raccolti dagli astronauti dell’Apollo 14, in cui hanno trovato tracce di uranio, piombo e afnio utilizzate per la datazione isotopica dell’età. Ma quel risultato aveva ampie incertezze, a causa delle tecniche utilizzate. Il team di Barboni ha rifatto la datazione dell’età, misurando attentamente gli isotopi di piombo che risultano dal decadimento radioattivo dell’uranio-235 e -238 e anche valutando il decadimento del lutezio in afnio. Infine, i ricercatori hanno anche corretto l’esposizione dei campioni lunari ai raggi cosmici, che possono distorcere i rapporti isotopici. Ritengono che l’età risultante di 4,51 miliardi di anni abbia un’incertezza di non più di 10 milioni di anni – e che la Luna potrebbe effettivamente essere più vecchia.

Più precisamente, i grani di zircone dell’Apollo 14 si sono presumibilmente cristallizzati dal profondo oceano di magma lunare (LMO) che esisteva subito dopo la formazione della Luna. Questo sarebbe successo se la Luna si fosse assemblata sotto forma di detriti incandescenti dopo un singolo, catastrofico impatto con la Terra – ma è meno probabile se dozzine di piccole lunette raffreddate si sono coagulate in un unico insieme.

Gettare acqua sul problema

Come se il Come e il Quando della formazione della Luna non fossero abbastanza complicati, una terza nuova analisi sostiene che – nonostante la sua estrema secchezza odierna – la Luna probabilmente conteneva molta acqua quando si è formata. Nello stesso numero di Nature Geoscience, Yanhao Lin (Vrije Universiteit Amsterdam) e altri tre descrivono i loro tentativi sperimentali di simulare il modo in cui l’oceano di magma della Luna si è solidificato. Minerali di densità inferiore avrebbero galleggiato in cima, formando una crosta.

Hanno trovato che la serie di minerali trovati nella crosta lunare oggi – combinata con il suo spessore – sostiene che l’acqua faceva parte della miscela ad una concentrazione di 270 a 1.650 ppm. Questo potrebbe non sembrare molto – ma se si dimostrasse vero ci sarebbero implicazioni significative.

“Un inizio umido della Luna, insieme alle forti somiglianze tra la composizione della Luna e la composizione della Terra silicatica”, conclude il team di Lin, “suggerisce che concentrazioni altrettanto elevate di acqua erano presenti sulla Terra al momento dell’evento di formazione della Luna.”

Raluca Rufu et al. “A Multiple-Impact Origin for the Moon.” Nature Geoscience. 9 gennaio 2017.

Gareth S. Collins. “Punch Combo o colpo da ko?”. Nature Geoscience. 9 gennaio 2017.

Mélanie Barboni et al. “Early Formation of the Moon 4.51 Billion Years Ago.” Science Advances. January 11, 2017.

Yanhao Lin et al. “Evidence for an Early Wet Moon from Experimental Crystallization of the Lunar Magma Ocean.” Nature Geoscience. January 9, 2017.

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