La violenta storia dietro l'origine della Luna secondo la scienza moderna

Dopo la Terra, la Luna è il corpo celeste più studiato ma, nonostante ciò, non esiste ancora una spiegazione definitiva della sua origine. Impatto gigante con Theia, o impatti multipli? Sicuramente è stata un’origine violenta.

Secondo la teoria più accreditata, ma non definitiva, la Luna sarebbe nata come conseguenza del violento impatto tra Gaia e Theia, che si sarebbero fusi nel pianeta Terra.

Tra tutti i corpi del Sistema Solare a parte il nostro pianeta, la Luna è quello più studiato e da più tempo, grazie alla sua vicinanza. Le osservazioni condotte da Terra e dallo spazio e lo studio di campioni di roccia prelevati dalla superficie lunare in diverse missioni hanno permesso di fare grandi progressi, restringendo il ventaglio delle ipotesi sulla sua origine. Pur tuttavia, l’origine di questo nostro satellite rimane incerta. Esistono diverse teoria sulla sua formazione, ma nessuna rimane interamente convincente.

La teoria dell’impatto violento con Theia

Nel cercare una teoria valida sull’origine della Luna si tiene conto di alcune evidenze ben precise. Una prima evidenza riguarda la massa della Luna rispetto a quella della Terra.

Nel Sistema Solare le lune hanno generalmente una massa trascurabile rispetto ai rispettivi pianeti attorno a cui orbitano (dell’ordine di pochi millesimi). La nostra Luna rappresenta un’eccezione (insieme a Caronte luna di Plutone).

Con una massa pari a circa l’1.2% di quella della Terra (il valore più alto tra tutte le lune del sistema solare), è altamente improbabile che, come avvenuto per le altre lune, la nostra sia stata catturata dalla Terra. Una seconda evidenza riguarda la composizione chimica della superficie lunare altamente simile a quella della crosta terrestre.

Questa somiglianza suggerisce due possibilità. Una è quella del cosiddetto “impatto gigante”, un’altra è quella degli impatti multipli.

La teoria dell’impatto gigante

Secondo la teoria ad oggi più accreditata, Theia era un protopianeta roccioso formatosi circa 4.5-4.6 miliardi di anni fa contemporaneamente a Gaia, l’antenato della Terra, e agli altri pianeti rocciosi del Sistema Solare.

Le sue dimensioni sono stimate essere state simili a quelle di Marte. Essendosi formato nello stesso ambiente circumsolare in cui si era formata Gaia (cioè la successiva Terra), Theia e Gaia condividevano la stessa composizione chimica.

Schema delle fasi che hanno portato alla formazione della Luna.

Quindi, Theia non era un pianeta sopraggiunto dal Sistema Solare esterno, ma piuttosto un pianeta interno che orbitava in prossimità della Terra. Per un qualche motivo, legato a perturbazioni gravitazionali dell’orbita molto frequenti nelle prime fasi di vita del Sistema Solare, Theia ha violentemente impattato contro la Terra, quando entrambi formatisi stavano iniziando a raffreddarsi.

A seguito dell’impatto Gaia e Theia si sarebbero fuse e dalla loro fusione ne sarebbe uscita la Terra.

Nella mitologia greca, Theia è una titanide figlia di Gea (la Terra) e madre di Selene (la Luna). Curiosamente, nell’antica Grecia avevano già ben chiara l'idea che l'origine della Luna fosse in qualche modo da collegare alla Terra.

L’impatto violentissimo di Theia contro la Terra sviluppò così tanta energia da far evaporare parte della crosta terrestre che, una volta entrata in orbita attorno alla Terra (formando una particolare struttura chiamata sinestia), si sarebbe successivamente condensata in quella che è oggi la Luna.

Difficile per noi immaginare la portata e la violenza di questo evento. Infatti, non parliamo della paventata collisione di un asteroide come YR4 2024, cioè di un "city killer", ma dell'impatto di un pianeta grande quanto Marte.

La Luna formandosi con i detriti sia della crosta terrestre sia di Theia ne ha acquisito la stessa composizione chimica, come confermato dall’analisi delle rocce lunari.

Esempio di roccia lunare prelevata durante la missione Apollo 16 dal suolo lunare. Credit: NASA

Secondo uno studio della fine del 2023 pubblicato sulla rivista Nature, un team di scienziati guidati da Quia Yuan dell’Istituto di Tecnologia della California, sono state trovate alcune anomalie nella composizione del mantello terrestre che rappresentano le “cicatrici” di quel violentissimo impatto, nel quale Gaia e Theia si sono fusi in un unico pianeta, la Terra.

La teoria degli impatti multipli

Tuttavia, uno scontro della Terra con Theia, cioè un protopianeta delle dimensioni di Marte, rimane un evento con probabilità estremamente bassa. Un’ipotesi alternativa al singolo impatto gigante è che siano avvenuti impatti minori ma più frequenti con oggetti di massa più piccola, chiamati planetesimi.

L’effetto risultante sarebbe stato di staccare dalla crosta terrestre delle “lunette” (moonlets in inglese) che successivamente, catturate dalla forza di gravità terrestre, si sarebbero fuse dando origine alla Luna.

Ci sono forti aspettative dalle future missioni lunari che, prelevando nuovi campioni di rocce anche dal sottosuolo aiuteranno a comprendere ulteriormente la composizione interna e la storia geologica della Luna, suggerendo quale delle possibili teorie sia quella corretta.

Riferimento allo studio

"Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies" Yuan, Q., Li, M., Desch, S.J. et al. Nature 623, 95–99 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06589-1