Come si è formata la Luna e quanti anni ha?

Guardando la sera un cielo limpido, siamo abituati a vederci apparire la Luna come una palla luminosa con macchie grigie. La compagna della Terra è molto più piccola di questa poiché la sua massa rappresenta circa l’1% di quella della Terra.

La maggior parte delle persone ha familiarità con l’idea che la Luna orbita attorno alla Terra e non viceversa o che la Luna sia responsabile delle maree. È molto meno comune chiedersi come si è formata la Luna e per quanto tempo ha accompagnato la Terra nel suo viaggio intorno al Sole.

Queste due semplici domande sono però oggetto di intensi dibattiti, da quando l’uomo è venuto a conoscenza della sua esistenza. George Darwin, il figlio di Charles, noto per la sua teoria dell’evoluzione, propose che la Luna si sarebbe formata separandosi dalla Terra sotto l’effetto di una rapida rotazione, molto tempo fa. Nel dettaglio, questa teoria non è più attuale, ma somiglia ancora per certi versi alle teorie attuali. Infatti, George Darwin suggerì che la rapida rotazione della Terra potesse causare la formazione della Luna che rappresenterebbe un pezzo di Terra che si sarebbe staccato a causa dell’instabilità legata alla rotazione della Terra.

Uno scontro fenomenale

Attualmente, propendiamo per una spiegazione significativamente diversa. Sembra più probabile che la Luna si sia formata da un impatto gigantesco, cioè una collisione tra la Terra e un oggetto di dimensioni planetarie le cui dimensioni potrebbero variare tra quelle della Luna e di Marte, o anche più grandi.

Una nuova simulazione della NASA e della Durham University propone una diversa teoria sull’origine della Luna

Ci sono diverse giustificazioni per questa teoria. Una di queste è che la composizione chimica della Luna così come potrebbe essere misurata con i campioni riportati dalle missioni Apollo degli anni dal 1969 al 1972 mostra che la Luna e la Terra hanno composizioni quasi simili per buona parte degli elementi della tavola periodica di Mendeleev.

Tuttavia, la Luna è diversa dalla Terra, perché è più povera della Terra di tutti i suoi elementi volatili, cioè elementi che vaporizzano a temperature moderate (come lo zinco, lo stagno o il potassio). Ciò implica indubbiamente che la Luna deve essersi formata a temperature molto elevate in modo che questi elementi non possano essersi condensati contemporaneamente agli altri.

Un’altra importante caratteristica della Luna è che, a differenza di Marte, Venere o della Terra, il suo nucleo metallico è molto piccolo (solo l’1 o il 2% della sua massa, mentre rappresenta il 32% della massa della Terra), il che implica una modalità di formazione che deve essere molto diversa da quella di Marte o della Terra.

Sembrerebbe che una delle condizioni che permettono di ottenere una Luna così simile alla Terra sia che prima del gigantesco impatto la Terra abbia ruotato su se stessa ad alta velocità, il che stranamente si unisce al modello proposto da George Darwin. Ma un ulteriore ingrediente importante è che c’è stato un impatto, un’idea che Darwin non aveva immaginato.

A seguito di questo gigantesco impatto, la colossale energia rilasciata dall’impatto è riuscita a vaporizzare il materiale espulso nello spazio, poi grazie ad un raffreddamento, questo materiale espulso è stato in grado di condensarsi nuovamente per formare un liquido. Le goccioline di questo liquido sono state in grado di agglomerarsi e, a poco a poco, formare la Luna. Per le condizioni di temperatura e pressione prevalenti in questo ambiente molto caldo fino ad almeno 4000°C, è possibile calcolare la composizione chimica della materia che condensa e confrontarla con quella della Luna.

Un aspetto critico è che questi calcoli devono riprodurre la composizione media misurata nella Luna. Una ricerca ha potuto così dimostrare che era possibile ottenere la composizione della Luna calcolando la composizione della condensa e specificare le temperature alle quali si sono formate queste condense. Questi risultati sembrano invalidare altre proposte che attribuirebbero la composizione della Luna ad una perdita per evaporazione che si sarebbe verificata successivamente, quando la Luna si sarebbe già formata e sarebbe stata una palla fusa che viene chiamata oceano di magma per analogia con il oceani terrestri.

Quanti anni ha la Luna?

Un’altra questione scottante è quella dell’età della Luna. Bisogna ammettere che determinare l’età della Luna è un compito delicato che può essere svolto solo indirettamente. Un approccio semplice potrebbe consistere nell’individuare le rocce campionate sulla superficie della Luna e prendere le più antiche per dedurre un’età della Luna utilizzando ad esempio il metodo della datazione uranio-piombo o lutezio – afnio.

Usando questo metodo sulla Terra, si avrebbe un’idea sbagliata sull’età della Terra, circa 300 milioni di anni perché le rocce terrestri presenti sulla superficie della Terra non sono vecchie quanto la Terra stessa. Per la Luna, questo approccio è un po’ più giustificato perché la storia geologica della Luna è considerata più breve, le rocce lunari più giovani hanno per lo più più di 3 miliardi di anni (sebbene una recente missione cinese Chang’e abbia trovato rocce di 2 miliardi di anni) .

Di conseguenza, la superficie della Luna è stata meno rimaneggiata di quella della Terra da una complessa storia tettonica che avrebbe fatto scomparire le antiche rocce presenti sulla superficie. A seguito del gigantesco impatto di cui sopra, la Luna sarebbe stata una sfera di magma che viene comunemente chiamata oceano di magma. Questi oceani di magma hanno una durata di vita limitata (pochi milioni di anni!) perché la loro superficie si raffredda rapidamente. Lì si forma allora una crosta che, nel caso della Luna, potrebbe essere sopravvissuta fino ai giorni nostri.

Questa storia, se vera, giustificherebbe l’approccio della datazione delle rocce superficiali della Luna. La datazione della crosta lunare più antica dà un’età di 4,36 miliardi di anni, contro un’età di 4,52 miliardi di anni per la Terra. Ciò implica che la Luna si sarebbe formata circa 210 milioni di anni dopo l’inizio del Sistema Solare.

Un altro metodo indiretto basato sull’analisi degli isotopi di tungsteno dà un’età massima di circa 50 Ma, dopo l’inizio del Sistema Solare, per la Luna, che è molto più antica dell’età delle rocce lunari. In questo caso, il principio della datazione si basa su un confronto delle abbondanze di isotopi di tungsteno tra la Luna e la Terra.

Per spiegare il principio di questo metodo di datazione è necessario fare riferimento alla presenza di 18² Hf, che è un isotopo radioattivo trovato in tracce negli oggetti più antichi del sistema solare. Quando 18² Hf decade, produce 18² W, la cui abbondanza può essere misurata in laboratorio.

Supponendo che la Terra e la Luna provenissero dagli stessi materiali originali, possiamo stimare che la Luna si sia formata dopo 50 Ma dall’inizio del sistema solare per spiegare le piccolissime differenze di 18²W osservato tra la Luna e la Terra. Altri metodi il cui principio è molto diverso danno un risultato coerente con quest’ultimo. Quindi ci sono ancora dubbi sull’età esatta della Luna. Decidere tra queste due possibilità non è ancora possibile. Esistono ancora altri metodi più o meno complessi che sono conformi alla vecchiaia ma la loro credibilità non è necessariamente più forte. Si spera che le future missioni sulla Luna, come le missioni sotto lo stendardo Artemis o le missioni cinesi, ci aiutino a risolvere questo dilemma.