Hipótesis sobre la Formación de la Luna de la Tierra

Cuando uno mira a las condiciones que hacen que sea posible la vida avanzada en la Tierra, una de las sorpresas es la importancia de la Luna. El modelo estándar actual es el de que la Luna se formó cuando la Tierra experimentó una colisión con un cuerpo del tamaño de Marte al comienzo de su historia. Es conveniente examinar otras hipótesis para evaluar la fortaleza del modelo estándar. Las hipótesis alternativas avanzadas han sido:

Hay problemas importantes con los tres escenarios alternativos para la formación de la Luna, pero ofrecen un examen sobre algunos conceptos físicos interesantes.

La Masa de la Luna fue Expulsada por un Giro Rápido de la Proto-Tierra

Hipótesis de la Formación de la Luna

Este escenario prevé la Tierra primitiva en su estado fundido girando rápidamente y formando una protuberancia de marea en el ecuador que condujo a la separación de la masa de la Luna y con su coalescencia formó un cuerpo separado. A veces llamado el modelo de "fisión", esta hipótesis fue planteada por George Darwin en 1879. Parte del modelo fue la propuesta de que una resonancia con el Sol y las mareas solares, dieron el impulso extra necesario para separar una gran masa fundida que luego solidificó para formar la Luna. En apoyo de esta hipótesis, Osmond Fischer propuso que el Océano Pacífico representa la cicatriz donde estaba la Luna antes. Más apoyo provino del hecho de que la densidad de la Luna es casi igual a la densidad del manto de la Tierra.

Los argumentos en contra de esta hipótesis implican una serie de interesantes estudios.

1. La cuenca del Océano Pacífico es demasiado joven para haber sido el punto de salida de la Luna. La datación radiométrica del fondo marino da una edad de unos 200 millones de años, en comparación con la prevista edad de la Tierra de unos 4,5 x 10⁹ años. La datación de las rocas más antiguas de la Luna da una edad de la Luna de aproximadamente 4,4 x 10⁹ años.
2. "El momento angular del sistema Tierra-Luna es insuficiente por un factor de tres para la propuesta de que la Tierra primordial formó la protuberancia de marea necesario para el desgarro" (Dalrymple). No se ha encontrado un mecanismo razonable que responda del déficit de esa pérdida del momento angular después de la separación.
3. La fricción de marea en la Tierra, reduciría la protuberancia de marea antes de que se hiciera suficientemente grande para deshacerse de parte de su masa.
4. La "masa del planeta hijo producida por fisión debería haber sido alrededor de un quinto de la masa de la Tierra." (Dalyrmple) Ningún mecanismo plausible puede justificar el desfase entre una quinta parte de la masa de la Tierra y la masa observada de la Luna de M_Tierra/81,3.
5. La formación nueva de la Luna estaría dentro del límite de Roche en relación con la Tierra y sería destruida por las fuerzas de marea.
6. Ningún escenario plausible daría al fragmento de fisión (Luna) la velocidad orbital necesaria para permanecer en órbita alrededor de la Tierra. Alguna materia podría escapar completamente, pero la mayoría volvería a caer a la Tierra.
7. Si la Luna fuera el resultado del desgarre de un abultamiento de marea ecuatorial, entonces el plano de su órbita debería ser la del ecuador. Pero la órbita de la Luna varía de 18,5° a 28,5°.

   Hipótesis Alternativas para la Formación de la Luna

La Luna se Formó en Otro Lugar y fue Capturada por la Gravedad Terrestre

Hipótesis de la Formación de la Luna

Mientras que los defensores de este modelo difieren en el origen propuesto para el intruso, el hecho de que la edad de la Luna sea similar al sistema solar, hace que sea probable que la fuente del material esté dentro del sistema solar. Dalrymple señala que la concentración de isótopos de oxígeno son idénticas en la Tierra, en la Luna y en los meteoritos no diferenciados, pero diferente en la de los meteoritos más primitivos. Esto parecería restringir el origen de la Luna a la misma vecindad general del sistema solar que la Tierra, pero la composición global de la Tierra con su gran núcleo de hierro es muy diferente de la de la Luna.

¿Puede la Tierra capturar a un vecino que se pasea y hacer de ella la Luna?. ¡No sin perder mucha energía!. Un cuerpo más pequeño que se encuentra con la gravedad de un cuerpo más grande experimenta un efecto honda, conocido más formalmente como maniobra de asistencia gravitatoria, y escapar del encuentro viajando en otra dirección.

La Tierra y la Luna se Formaron Juntas como un Par Planetario

Hipótesis de la Formación de la Luna

A menudo llamada la "hipótesis del planeta doble", esta propuesta es que la Tierra y la Luna se formaron casi al mismo tiempo en la misma región del sistema solar y estaban lo suficientemente cerca para formar un sistema ligado entre sí. Ciertamente parece una hipótesis razonable.

El primer reto para esta hipótesis es la gran diferencia en la composición de la Tierra y la Luna. Si se formaron aproximadamente en el mismo tiempo, y en la misma región del espacio por los mismos mecanismos, entonces se esperaría que fueran muy similares en estructura y composición. Pero la Tierra tiene una densidad media de 5,5 gm/cm³ y la Luna tiene una densidad general mucho menor, 3,34 gm/cm³, lo que indica que carece de núcleo de hierro. Las densidades de Mercurio, Venus y Marte son 5,4 gm/cm³, 5,24 gm/cm³, and 3,94 gm/cm³ respectivamente. Incluso la mayoría de los meteoritos tienen densidades mayores que la Luna y muchos son principalmente de hierro, lo que sugiere que un gran contenido de hierro es parte de la composición esperada de los objetos formados en la parte del sistema solar de la Tierra.

Los argumentos a favor de esta hipótesis incluyen el hecho de que la composición de la Luna es muy similar al material en el manto de la Tierra. Además, el contenido de oxígeno isotópico de las rocas lunares es idéntico al de las rocas de la Tierra y al de los meteoritos diferenciados, lo que sugiere que se formaron en la misma parte del sistema solar.

Los intentos de resolver el problema de las diferencias de composición entre la Tierra y la Luna incluyen la propuesta de que la Luna acreció desde un anillo de planetesimales que se formó alrededor de la Tierra poco después de su formación. Una variación de este tema es el de la Tierra capturando una pequeña luna que luego creció por acreción. Pero la Tierra probablemente habría crecido por el mismo proceso de acreción, y no parece ser un camino claro para explicar la gran diferencia en la composición de acuerdo con las limitaciones de la hipótesis del planeta doble.