Essa é a melhor teoria para explicar como a lua surgiu

Por , em 13.09.2016

Um novo estudo, que analisou um elemento em rochas da Terra e da lua, pode confirmar (ou refutar) as principais hipóteses para a origem do nosso satélite.

Os resultados parecem indicar que um dos dois modelos mais bem aceitos é provavelmente o correto.

O avanço

Pequenas diferenças na segregação dos isótopos de potássio entre a lua e a Terra estavam escondidas abaixo dos limites de detecção da metodologia usada até recentemente.

No entanto, em 2015, o geoquímico Kun Wang, da Universidade de Washington em St. Louis, anteriormente pós-doutorando em Harvard, e Stein Jacobsen, professor de geoquímica na Universidade de Harvard, desenvolveram uma técnica para analisar esses isótopos que pode atingir precisões 10 vezes maiores que o método anterior.

Wang e Jacobsen relataram diferenças isotópicas entre rochas lunares e terrestres que fornecem a primeira evidência experimental que pode discriminar entre os dois modelos principais para a origem da lua.

Os modelos

Em um modelo, um impacto de baixa energia deixa a “proto-Terra” (o planeta no seu início, ainda se formando) e a lua envoltas em uma atmosfera de silicato; no outro, um impacto muito mais violento vaporiza a maior parte da proto-Terra, expandindo-se para formar um enorme disco superfluido a partir do qual a lua, eventualmente, se cristaliza.

O estudo isotópico, que suporta o segundo modelo, foi publicado na revista Nature. “Nossos resultados fornecem a primeira evidência sólida de que o impacto realmente (em grande parte) vaporizou Terra”, disse Wang ao portal Phys.org.

O problema

Em meados da década de 1970, dois grupos de astrofísicos propuseram, independentemente, que a lua foi formada pela colisão da Terra com um corpo do tamanho de Marte.

A hipótese explica muitas observações, como o grande tamanho da lua em relação à Terra e as taxas de rotação dos dois corpos.

Em 2001, porém, um grupo de cientistas afirmou que as composições isotópicas de uma variedade de elementos em rochas terrestres e lunares eram quase idênticas. Análises de amostras trazidas pelas missões Apollo mostraram que a lua tem as mesmas abundâncias dos três isótopos estáveis de oxigênio que a Terra.

Isso é muito estranho. Simulações do impacto preveem que a maior parte do material (60 a 80%) que se fundiu na lua veio do corpo que impactou com a Terra, em vez de a partir da Terra. Mas corpos planetários que se formaram em diferentes partes do sistema solar têm, geralmente, composições isotópicas diferentes, tão diferentes que as assinaturas isotópicas servem como “impressões digitais” para planetas e meteoritos de um mesmo corpo.

A busca por soluções

A probabilidade de que o tal corpo do tamanho de Marte tivesse a mesma assinatura isotópica que a Terra era muito pequena. Para resolver esse conflito, os cientistas pensaram primeiro que só precisavam fazer medições mais precisas. Quando elas chegaram, em 2016, apenas confirmaram que as composições isotópicas não são distinguíveis.

Então, decidiram mudar a hipótese do impacto gigante. No modelo original, o impacto derretia uma parte da Terra e de todo o corpo que impactou com ela. Já um modelo proposto em 2007 acrescentava uma atmosfera de vapor de silicato em torno da Terra e do disco lunar (o resíduo do corpo que impactou com a Terra). A ideia era de que o vapor de silicato permitiu a troca de materiais entre a Terra e o material no disco, antes da lua se condensar a partir do segundo.

Mas a troca de material através de uma atmosfera é realmente lenta, e não haveria tempo suficiente para o material se misturar bem antes de começar a cair de volta para a Terra.

Então, um outro modelo, proposto em 2015, assume que o impacto foi extremamente violento, tão violento que os dois corpos vaporizaram e se misturaram para formar uma atmosfera/manto fundida e densa, que se expandiu para preencher um espaço mais de 500 vezes maior que a Terra hoje. Conforme este ambiente esfriou, a lua se condensou a partir dele.

O novo estudo

A mistura desta atmosfera explica a composição isotópica idêntica da Terra e da lua. A atmosfera era um “fluido supercrítico”, sem fases líquida e gasosa distintas.

Para confirmar isso, os pesquisadores estudaram os isótopos de potássio de uma amostra representativa de rochas lunares e terrestres. O potássio tem três isótopos estáveis, mas apenas dois deles, potássio-41 e potássio-39, são abundantes o suficiente para ser medidos com precisão suficiente.

Wang e Jacobsen examinaram sete amostras lunares de missões diferentes, e as compararam com oito rochas representativas do manto terrestre. Eles descobriram que as rochas lunares foram enriquecidas por cerca de 0,4 partes por mil no isótopo pesado do potássio-41.

O único processo de alta temperatura que poderia separar os isótopos de potássio desta forma é a condensação incompleta do potássio a partir da fase de vapor durante a formação da lua. Em comparação com o isótopo mais leve, o isótopo mais pesado preferencialmente cairia para fora do vapor e condensaria.

Refinamento

Os cálculos mostram, no entanto, que, se este processo aconteceu em um vácuo absoluto, isso levaria a um enriquecimento de isótopos de potássio pesados em amostras lunares de cerca de 100 partes por mil, um valor muito maior do que o que Wang e Jacobsen encontraram.

Uma explicação possível é que uma pressão maior iria suprimir o fracionamento. Por esta razão, os pesquisadores preveem que a lua condensou em uma pressão superior a 10 bar, ou cerca de 10 vezes a pressão atmosférica do nível do mar na Terra.

A descoberta de que as rochas lunares são enriquecidas no isótopo de potássio mais pesado não favorece o modelo da atmosfera de silicato, que prevê que elas conterão menos do isótopo mais pesado do que rochas terrestres. Em vez disso, suporta o modelo da atmosfera/manto que prevê que rochas lunares serão mais ricas nele. [Phys]

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