I ricercatori trovano un’età più giovane per la formazione della nostra Luna


La luna si è formata un po’ più tardi del previsto. Quando un protopianeta delle dimensioni di Marte fu distrutto in una collisione con la giovane Terra, un nuovo corpo fu creato dai detriti espulsi durante la collisione, che divenne la Luna. I geofisici planetari del Centro Aerospaziale Tedesco (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR), guidato da Maxime Maurice, insieme ai ricercatori dell’Università di Münster, hanno utilizzato un nuovo modello numerico per ricostruire il momento in cui si è verificato l’evento – 4,425 miliardi di anni fa. Le precedenti ipotesi sulla formazione della luna si basavano su un’età di 4,51 miliardi di anni, ovvero 85 milioni di anni prima di quanto rivelano i nuovi calcoli. Gli scienziati hanno riferito le loro scoperte in Science Advances.


Quattro miliardi e mezzo di anni fa, il sistema solare era ancora caotico. La Terra stava ancora crescendo fino alle dimensioni attuali, raccogliendo materia sotto forma di quelli che vengono chiamati planetesimi. Questi si erano formati in precedenza nel disco di polvere e gas in orbita attorno al giovane Sole. La giovane Terra si è consolidata, diventando sempre più calda al suo interno. Sempre più spesso, ampie parti del mantello roccioso si sono sciolte e hanno formato un oceano di magma.

È in questo periodo che la Terra ha guadagnato il satellite naturale che continua ad orbitare intorno ad essa ancora oggi. Una massiccia collisione cosmica tra la Terra e un protopianeta ha espulso la roccia dalla giovane Terra. Alla fine, questi detriti si sono agglomerati formando un nuovo corpo planetario, la Luna.

In linea di principio, la maggior parte degli scienziati è d’accordo su come si è formata la Luna, ma non sui dettagli del processo e soprattutto non sul momento in cui si è verificato.

“I risultati della nostra ultima modellazione suggeriscono che la giovane Terra è stata colpita da un protopianeta circa 140 milioni di anni dopo la nascita del sistema solare 4,567 miliardi di anni fa”, dice Maxime Maurice, riassumendo le indagini del team.

“Secondo i nostri calcoli, questo avvenne 4,425 miliardi di anni fa – con un’incertezza di 25 milioni di anni – e nacque la luna”.

A quel tempo, la Terra si era appena sviluppata in un pianeta. Durante questo sviluppo, i pesanti componenti metallici affondarono al suo centro e formarono un nucleo di ferro e nichel, che era circondato da uno spesso manto di rocce di silicato. Le rocce del mantello divennero sempre più calde a causa del processo di accrescimento e del decadimento degli elementi radioattivi. Questo permise la separazione dei metalli e dei silicati all’interno della Terra nel giro di poche decine di milioni di anni.

Oceano di magma e prima crosta rocciosa sulla luna.

Un Tiro al bersaglio planetario ha causato la formazione della luna

In questa fase, la Terra è stata colpita da Theia, un protopianeta che aveva forse le dimensioni di Marte. Theia era uno dei Titani della mitologia greca e la madre della dea della luna Selene. Nei primi tempi del sistema solare, ci sarebbero stati molti corpi di questo tipo. Alcuni furono espulsi dal sistema solare, mentre altri furono distrutti da collisioni con altri corpi. Theia, tuttavia, colpì la Terra e causò l’espulsione di una tale quantità di materiale dal mantello del pianeta che la luna fu in grado di formarsi da esso. Durante questo violento impatto, si è formato un oceano di magma profondo diverse migliaia di chilometri. Oggi, non rimangono tracce di Theia a seguito di questa collisione.

Ricostruire come la formazione della luna sia stata innescata da questo evento richiede molta immaginazione e creatività. La collisione dei due corpi, con la sua enorme energia, ha anche vaporizzato una grande quantità di roccia del primo mantello terrestre. Questa è stata espulsa e raccolta in un anello di polvere intorno alla Terra prima di essere riassemblata per formare la roccia. “Da questo, la luna si è formata in breve tempo, probabilmente in poche migliaia di anni”, spiega Doris Breuer, capo del Dipartimento di Fisica Planetaria dell’Istituto di Ricerca Planetaria DLR e coautore dello studio.

La roccia lunare più antica non è abbastanza vecchia

Gli scienziati sono in gran parte d’accordo sulla storia della formazione della luna. Tuttavia, non sono stati in grado di datarla esattamente, poiché nessuna delle rocce lunari portate sulla Terra dagli astronauti delle sei missioni Apollo e delle tre missioni robotiche sovietiche registra direttamente l’età del satellite naturale della Terra. I ricercatori della DLR e dell’Università di Münster hanno determinato quando la luna si è formata utilizzando un nuovo metodo indiretto.

“I nostri calcoli mostrano che molto probabilmente questo è avvenuto proprio alla fine della formazione della Terra”, dice Sabrina Schwinger, un’altra coautrice dello studio, descrivendo la sequenza cronologica degli eventi.

Una delle rocce lunari più antiche.

Non era solo la Terra ad avere un oceano di magma nella sua prima giovinezza. L’energia acquisita con l’accrescimento ha portato alla formazione di un oceano di magma sulla luna. La luna si sciolse quasi completamente e, come la Terra, fu coperta da un oceano di magma profondo oltre 1000 chilometri. Questo oceano di magma cominciò rapidamente a solidificarsi e formò una crosta di cristalli galleggianti e leggeri sulla superficie – la sua “interfaccia” con lo spazio freddo. Ma sotto questa crosta isolante, che ha rallentato l’ulteriore raffreddamento e solidificazione dell’oceano di magma, la luna è rimasta fusa per molto tempo. Fino ad ora, gli scienziati non sono stati in grado di determinare quanto tempo ci sia voluto perché l’oceano di magma si cristallizzasse completamente, ed è per questo che non sono riusciti a concludere quando la luna si è formata originariamente.

Per calcolare la durata dell’oceano di magma della luna, gli scienziati hanno utilizzato un nuovo modello computerizzato che, per la prima volta, ha considerato in modo esaustivo i processi coinvolti nella solidificazione del magma.

“I risultati del modello mostrano che l’oceano di magma della luna fu longevo e che ci sono voluti quasi 200 milioni di anni per solidificarsi completamente nella roccia di mantello”, dice Maxime Maurice. “La scala temporale è molto più lunga di quanto calcolato negli studi precedenti”, aggiunge il collega della DLR Nicola Tosi, secondo autore dello studio e consulente della tesi di dottorato di Maxime Maurice, che è stata la base di questo condensato scientifico.

“I modelli più vecchi hanno dato un periodo di solidificazione di soli 35 milioni di anni”.

I modelli di solidificazione rivelano l’età della Luna e della Terra

Per determinare l’età della luna, gli scienziati hanno dovuto fare un passo avanti. Hanno calcolato come la composizione dei minerali di silicato ricchi di magnesio e ferro che si sono formati durante la solidificazione dell’oceano di magma è cambiata nel tempo. I ricercatori hanno scoperto un drastico cambiamento nella composizione dell’oceano di magma rimanente con il progredire della solidificazione.

Questa scoperta è significativa perché ha permesso agli autori di collegare la formazione di diversi tipi di rocce sulla luna a un certo stadio dell’evoluzione del suo oceano di magma.

“Confrontando la composizione misurata delle rocce lunari con la composizione prevista dell’oceano di magma del nostro modello, siamo stati in grado di risalire all’evoluzione dell’oceano fino al suo punto di partenza, il momento in cui si è formata la luna”, spiega Sabrina Schwinger.

I risultati dello studio mostrano che la luna si è formata 4,425 ± 0,025 miliardi di anni fa. L’età esatta della luna è in notevole accordo con un’età precedentemente determinata per la formazione del nucleo metallico della Terra con il metodo dell’uranio-piombo, il punto in cui è stata completata la formazione del pianeta Terra. “Questa è la prima volta che l’età della Luna può essere direttamente collegata ad un evento che si è verificato alla fine della formazione della Terra, cioè la formazione del nucleo”, dice Thorsten Kleine dell’Istituto di Planetologia dell’Università di Münster.

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