¿Por que son diferentes las caras de la Luna?

La gran diferencia entre el lado no visible lunar, que está muy lleno de cráteres, y el lado visible, con grandes mares, ha desconcertado a los científicos durante décadas.

Ahora, la nueva evidencia sobre la corteza de la Luna sugiere que las diferencias fueron causadas por un planeta enano descarriado que colisionó con la Luna en la historia temprana del sistema solar. Se publicó un informe sobre la nueva investigación en el Journal of Geophysical Research.


El misterio de las dos caras de la Luna comenzó en la era Apolo, cuando las primeras naves mostraron vistas detalladas de su cara oculta, revelando las sorprendentes diferencias. Las mediciones realizadas por la misión GRAIL en 2012 completaron más detalles acerca de la estructura de la Luna, incluida la forma en que su corteza es más gruesa e incluye una capa adicional de material en su cara no visible.

Las dos caras de la Luna. La visible, a la izquierda, y la no visible, a la derecha. Claramente son diferentes. Foto: GRAIL - NASA.

Hay una serie de ideas que se han utilizado para tratar de explicar la asimetría de la Luna. Una es que hubo dos lunas en órbita alrededor de la Tierra y se fusionaron en los primeros días de la formación de Selene.

Otra idea es que un cuerpo grande, tal vez un planeta enano joven, se encontró en una órbita alrededor del Sol que lo puso en curso de colisión con la Luna.

Esta última idea de impacto gigante, habría ocurrido algo más tarde que en un escenario de lunas en colisión y después de que la Luna hubiera formado una corteza sólida, dijo Meng Hua Zhu, del Instituto de Ciencia Espacial de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Macao y autor principal del nuevo estudio. Los signos de tal impacto deberían ser visibles en la estructura de la corteza lunar de hoy.

"Los datos detallados de la gravedad obtenidos por GRAIL han brindado una nueva perspectiva de la estructura de la corteza lunar debajo de la superficie", dijo Zhu.

La distribución topográfica (A), el grosor de la corteza (B) y el torio de la Luna muestran una diferencia dramática entre el lado cercano y el lejano. La estrella en el lado visible representa el centro de la cuenca de impacto propuesta. Las líneas discontinuas negras representan el límite de las cuencas de Imbrium (Im), Orientale (Or) y Apollo (Ap), respectivamente.  Crédito: JGR: Planetas / Zhu et al. 2019 / AGU.

Los nuevos hallazgos de GRAIL, le dieron al equipo de investigadores de Zhu, un objetivo más claro para realizar las simulaciones por computadora que usaron para probar diferentes escenarios de impacto en la Luna temprana.

Los autores del estudio realizaron 360 simulaciones por computadora de impactos gigantes con la Luna, para descubrir si algún evento, hace miles de millones de años, podría reproducir la corteza de la Luna actual detectada por GRAIL.

Encontraron que el mejor ajuste para la Luna asimétrica de hoy, es un cuerpo grande, de aproximadamente 780 kilómetros de diámetro, que choca contra el lado cercano de la Luna a 6 kilómetros por segundo.

Eso sería el equivalente a un objeto un poco más pequeño que el planeta enano Ceres, que se mueve a una velocidad de aproximadamente un cuarto de los meteoros que se queman como "estrellas fugaces" en la atmósfera de la Tierra.

Otro buen ajuste para las combinaciones de impacto que el equipo modeló, es un diámetro ligeramente más pequeño, de 720 kilómetros, que golpea ligeramente más rápido, a casi 7 km/seg.

Bajo estos dos escenarios, el modelo muestra que el impacto hubiera arrojado grandes cantidades de material, que caería sobre la superficie de la Luna, enterrando la corteza primordial, en el lado no vislble, bajo 5 a 10 kilómetros de escombros. Esa es la capa adicional de corteza detectada en el lado oscuro por GRAIL, según Zhu.

El nuevo estudio sugiere que el "impactador", no era probablemente una segunda luna temprana de la Tierra. Cualquiera que fuera el caso, un asteroide o un planeta enano, probablemente estaba en su propia órbita alrededor del Sol cuando se encontró con la Luna, dijo Zhu.

El proceso de formación de cuencas para un impactador de 780 kilómetros de diámetro (con un núcleo de 200 kilómetros de diámetro) y una velocidad de impacto de 6 km/seg. En cada panel, las mitades izquierdas representan los materiales utilizados en el modelo: anorthosita gabbroica (verde pálido), dunita (azul) y hierro (naranja), representan la corteza lunar, el manto y el núcleo, respectivamente. La anorthosita gabroica (amarillo pálido) también representa el material impactador. Las mitades derechas representan la variación de temperatura durante el proceso de impacto. Las flechas en (C) y (D) representan los materiales locales que se movieron y formaron la nueva corteza junto con depósitos de material que se eliminó del impacto. 

Crédito: JGR: Planetas / Zhu et al. 2019 / AGU.

El modelo de impacto gigante también proporciona una buena explicación para las diferencias en los isótopos de potasio, fósforo y elementos de tierras raras, como el tungsteno-182, entre las superficies de la Tierra y la Luna, explican los investigadores. Estos elementos podrían haber provenido del impacto gigante, que habría agregado ese material a la Luna después de su formación, según los autores del estudio.

El nuevo estudio no solo sugiere una respuesta a las preguntas en curso sobre la Luna, sino que también puede proporcionar información sobre la estructura de otros mundos asimétricos en nuestro sistema solar, como Marte.

"Este es un paper que será muy provocativo", dijo Steve Hauck, profesor de geodinámica planetaria en la Universidad Case Western Reserve. “Comprender el origen de las diferencias entre el lado cercano y el lado oscuro de la Luna es un tema fundamental en la ciencia lunar. De hecho, varios planetas tienen dicotomías hemisféricas, pero para la Luna tenemos muchos datos con los que poder probar modelos e hipótesis, por lo que las implicaciones del trabajo probablemente sean más amplias que solo para la Luna".