La formazione della Luna, e il sacrificio di Theia…

In questo intervento creato apposta per GruppoLocale, l’astrofisica Alessandra Mastrobuono Battisti ci descrive in parole semplici la ricerca sull’origine della Luna, che ha portato il suo gruppo a pubblicare sulla prestigiosa rivista Nature, e che ha avuto eco rilevante anche nei giornali italiani. 

alexPensateci. La notte non sarebbe certo la stessa senza la Luna: tutti diamo un po’ per scontato che il cielo sia stato sempre cosi’ come e’ oggi, con il nostro splendido satellite a farci compagnia. Dimentichiamo però che siamo in un universo alquanto dinamico, e la realtà è piuttosto diversa: oggi sappiamo che il sistema Terra-Luna  e’ in effetti il risultato di un evento catastrofico, figlio della fase finale della formazione del nostro pianeta.

Per capire meglio, dobbiamo tornare un pochino indietro. Ai primordi del Sistema Solare, per l’esattezza. A quel tempo (qualche miliardo di anni fa), il Sole era circondato da un disco di planetesimi, piccoli oggetti costituiti da rocce e metalli, con tutti gli elementi chimici che oggi troviamo sulla Terra. Questi planetesimi hanno una importanza chiave, per la nostra stessa vita, perché proprio dalla collisione e aggregazione di questi oggetti sarebbero nati i pianeti.

L’ultima grande collisione subita dalla Terra, probabilmente con un embrione planetario delle dimensioni di Marte, chiamato Theia – come la madre di Selene, la dea della Luna nella mitologia Greca – ha causato la formazione di un disco di detriti intorno alla Terra.  L’impatto tra i due corpi deve essere stato davvero devastante. Da parte di questi detriti ebbe però origine la nostra meravigliosa Luna.

Una spaventosa collisione tra corpo planetari è all'origine della nostra Luna. Credit: Hagai Perets. In the image construction we made use of real images of Venus (credit:ESA) and Mars (credit:NASA) and artificial stellar background (credit:psdgraphics).
Una spaventosa collisione tra corpo planetari è all’origine della nostra Luna. Crediti: Hagai Perets. ESA, NASA, psdgraphics).

Eccoci, dunque. Questa teoria spiega perfettamente la formazione della Luna, eppure… per trenta anni e’ stata dibattuta da diversi scienziati, in modo anche molto serrato. Per un semplice motivo: la Terra e la Luna sembravano essere simili, decisamente troppo simili per essersi formate in questo modo.

Basandosi su complesse simulazioni della collisione che formo’ la Luna, i ricercatori hanno capito che la maggior parte del materiale che ando’ a formare la Luna proveniva da Theia e non dalla Terra come si pensava in precedenza. Ed ecco quello che, per molto tempo, ha creto il problema. Da analisi di meteoriti provenienti da asteroidi e da Marte sappiamo che la composizione chimica, ed in particolare il contenuto di ossigeno della classe di oggetti alla quale Theia sarebbe appartenuta, e’ in realtà molto diverso da quello esistente sulla Terra.

Quindi anche Theia doveva essere diversa dalla Terra e dunque generare una Luna altrettanto differente. Però i dati, appunto, da tempo ci indicano il contrario: da campioni di rocce lunari riportateci indietro dalle varie missioni Apollo si e’ evinto che la Luna ha un contenuto di ossigeno – per  fare un esempio – praticamente indistinguibile da quello della Terra.

Questa “piccola” contraddizione ha adombrato la teoria dell’impatto gigante per oltre 30 anni.

Alla base di questa contraddizione vi e’ pero’ un’assunzione, da sottoporre a verifica: Theia è un pianeta proveniente da una regione diversa del sistema solare rispetto alla Terra e dunque deve avere composizione chimica diversa da essa. Ma va anche detto che Theia e’ diversa dagli altri pianeti o asteroidi sopravvissuti nel sistema solare. Dopotutto, ha colpito la Terra (buon per noi che non eravamo ancora a zonzo sul pianeta perché la cosa non deve essere stata troppo piacevole…) e per farlo la sua orbita non deve essere stata troppo diversa da quella della Terra.

Poiche’ la composizione chimica degli oggetti nel disco protoplanetario dipende dalla distanza dal Sole, le proprieta’ chimiche dei pianeti dipendono dalla zona in cui hanno “raccolto” il materiale da cui si sono formati. Arriviamo allora al punto, come capite: se Theia e la Terra avevano orbite simili, avranno anche raccolto materiale da zone simili e, probabilmente, avranno avuto composizione chimica piu’ simile di quanto finora ritenuto.

In questo filone si introduce esattamente la nostra ricerca.

Fino ad oggi le simulazioni della formazione del sistema planetario erano state utilizzate quasi esclusivamente per studiare la composizione chimica e le proprieta’ dei diversi pianeti. Nel nostro lavoro, pubblicato su Nature il 9 di aprile, le abbiamo invece sfruttate per confrontare la composizione chimica dei pianeti con quella dell’ultimo corpo che ha colliso con ciascuno di loro.

Questo confronto ci ha rivelato che tra il 20% e il 40% degli analoghi di Theia hanno composizione chimica simile a quella del pianeta colpito. Potrebbe sembrare poco, ma in precedenza si pensava che questo fosse possibile solo nell’1% dei casi.

Questo lavoro dunque potrebbe dare una spinta importante per sciogliere, finalmente, la trentennale impasse, dimostrando che e’ effettivamente possibile che la Luna si sia costituita a seguito di questo grande impatto, anche avendo ottenuto tutto il suo “materiale di formazione” da Theia.

Quando dunque guarderemo la luna, nelle notti terse e limpide di questa primavera ormai inoltrata, o quando la ammireremo nelle notti d’estate, sarà forse bello andare con la mente al  suo progenitore, “sacrificatosi” per la sua stessa formazione. Ed anche comprendere come alle volte, a seguito di eventi più che catastrofici, possano sorgere scenari di tale pacata  e serena bellezza.

(Rielaborazione ed integrazione: Marco Castellani)

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Autore: Marco Castellani

Ricercatore astronomo, appassionato di letteratura, musica, computer e programmazione. Marito, papà  di quattro. http://www.marcocastellani.it