Lo studio di una nuova “impronta digitale” isotopica della Luna, condotto da un gruppo di ricercatori dell’Università del Maryland (UMD), potrebbe fornire il tassello mancante per spiegare la sua origine. Per la prima volta, gli scienziati hanno potuto mettere sul banco di prova il modello comunemente accettato per la formazione della Luna analizzando le tracce inaspettatamente simili di un isotopo del tungsteno presente su entrambi i corpi celesti. I risultati suggeriscono che l’impatto con la Terra di un corpo roccioso della taglia di Marte fu così violento che i detriti si mescolarono prima di aggregarsi per formare quello che in seguito diventerà il nostro satellite naturale.
Illustrazione artistica della collisione dei due corpi celesti. Gli scienziati ritengono che sia stato questo impatto a formare la Luna nei primi 150 milioni di anni dopo la nascita del Sistema Solare. Credit: NASA/JPL-Caltech
Un confronto tra le “impronte digitali” della Terra e della Luna conferma l’esistenza di una interconnessione violenta avvenuta nel passato. Gli astronomi ritengono che nei primi 150 milioni di anni, dopo la formazione del Sistema Solare, un corpo celeste di dimensioni enormi, simile a Marte, colpì la primitiva Terra producendo a seguito dell’impatto una gigantesca “nube” di roccia e detriti che furono espulsi verso lo spazio. Nel corso del tempo, questa nube si sarebbe aggregata per formare la Luna. Per quasi 30 anni, gli scienziati planetari hanno accettato questa spiegazione, detta teoria dell’impatto gigante, tenendo presente, però, un fatto importante. Anche se questo scenario si può considerare valido nel momento in cui si guarda alla dimensione della Luna e al suo moto orbitale attorno alla Terra, le cose iniziano a non essere più valide, anche se di poco, quando si confrontano le rispettive composizioni isotopiche, cioè l’equivalente geologico di una sorta di “impronta digitale del DNA”. In altre parole, la Terra e la Luna sono, per certi aspetti, molto simili.
L’eccezione presente in questa spiegazione è dovuta al fatto che la Luna dovrebbe contenere tracce isotopiche di un corpo celeste estraneo, che gli astronomi hanno chiamato Theia. Nella mitologia greca, Theia, o Tea, è una titanide, sorella e moglie di Iperione, madre di Elio (dio del Sole), Selene (dea della Luna) ed Eos (dea dell’aurora), e il suo nome, da solo, significa proprio dea. Dato che questo oggetto è arrivato da qualche regione del Sistema Solare primordiale, molto probabilmente esso doveva possedere un “DNA isotopico” molto diverso da quello della Terra primitiva.
«Il problema è che la Terra e la Luna sono molto simili in termini della loro composizione isotopica, il che suggerisce che essi si sono formati in definitiva dallo stesso materiale che si era accumulato durante le fasi primordiali della storia del Sistema Solare», spiega Richard Walker un professore di geologia dell’Università del Maryland e co-autore dello studio pubblicato su Nature. «Si tratta di un fatto sorprendente poiché ci aspettiamo che il corpo celeste, da cui si è originata la Luna e che doveva avere le dimensioni di Marte, doveva essere molto diverso dalla Terra. Dunque, ora il paradigma è che la Terra e la Luna non dovrebbero essere molto simili».
Animazione della formazione di Theia nel punto di Lagrange L5 e successiva collisione con la Terra. L’animazione procede con passi di un anno, precedenti all’impatto, quindi la Terra in apparenza è ferma. Dall’aggregazione dei detriti risultanti dalla collisione si formerà la Luna.
Nel corso degli ultimi anni, sono state proposte varie teorie per spiegare le similitudini tra la Terra e la Luna. Forse l’impatto creò un gigantesco anello di detriti che si mescolarono con il materiale espulso dalla Terra per poi successivamente aggregarsi e dar luogo alla formazione del nostro satellite naturale. Oppure, Theia potrebbe essere stata, per un caso fortuito, molto simile alla giovane Terra dal punto di vista della composizione isotopica. Ma una terza possibilità vuole che la Luna si sia formata dal materiale terrestre, piuttosto che da Theia, anche se in questo caso si sarebbe trattato di uno strano tipo di impatto.
Per tirar fuori una spiegazione, Walker e il suo team hanno esaminato un altro fenomeno ben documentato che risale alla storia primordiale del Sistema Solare. L’evidenza suggerisce che sia la Terra che la Luna abbiano accumulato nel corso del tempo del materiale aggiuntivo dopo l’impatto principale e che la Terra ne abbia accumulato una quantità maggiore. Queste detriti e polvere contenevano una elevata percentuale di tungsteno e una quantità relativamente minima doveva essere costituita dal suo isotopo più leggero, noto come tungsteno-182. Dunque, se mettiamo insieme questi fatti ci si aspetta che la Terra debba avere una quantità di tungsteno-182 inferiore rispetto alla Luna.
Inoltre, confrontando le rocce della Luna con quelle della Terra, Walker e colleghi hanno trovato che la Luna possiede una proporzione leggermente più elevata di tungsteno-182. Il punto sta proprio nel determinare questa differenza. «La più piccola, se pur significativa, differenza di composizione isotopica del tungsteno presente nella Terra e nella Luna corrisponde perfettamente alle diverse quantità di materiale che venne accumulato dalla Terra e dalla Luna dopo l’impatto», continua Walker. «Ciò vuol dire che, subito dopo che si formò la Luna, essa doveva avere esattamente la stessa composizione isotopica del mantello terrestre».
I ricercatori della UMD hanno esaminato la composizione isotopica del tungsteno di due rocce lunari che sono state raccolte dalla missione Apollo 16, tra cui il campione di roccia che ha la sigla 68815 mostrato nell’immagine. L’analisi comparativa indica che le composizioni isotopiche del tungsteno presenti nella Terra e nella Luna sono simili. Credit: NASA/JSC
Questi risultati supportano l’ipotesi secondo cui la massa del materiale creatosi dall’impatto, e che più tardi formerà la Luna, si deve essere mescolata prima che iniziasse il processo di aggregazione e di raffreddamento della Luna. Ciò spiegherebbe sia le ampie similitudini relative alla composizione isotopica che le minime differenze di percentuale relative all’isotopo del tungsteno-182.
Inoltre, queste analisi escludono un’altra ipotesi in base alla quale il corpo celeste impattante abbia avuto una composizione isotopica simile oppure che la Luna si sia formata dal materiale contenuto nel corpo celeste impattante prima della collisione con la Terra. In entrambi i casi, sarebbe estremamente improbabile vedere una correlazione così perfetta tra il tungsteno-182 e la quantità di materiale accumulato dalla Terra e dalla Luna dopo l’impatto.
«Questo risultato ci permette comunque di fare un passo avanti verso la comprensione della stretta connessione tra i due corpi celesti. Abbiamo bisogno di lavorarci ancora di più per approfondire i dettagli delle nostre analisi ma è certo che il nostro Sistema Solare primordiale doveva essere un luogo davvero caotico», conclude Walker.
Nature Letter: Mathieu Touboul, Igor S. Puchtel & Richard J.Walker – Tungsten isotopic evidence for disproportional late accretion to the Earth and Moon