Ipotesi di impatto gigante

L'ipotesi dell'impatto gigante è che la Luna sia stata creata dai detriti di una collisione tra la giovane Terra e un protopianeta delle dimensioni di Marte. Questa è l'ipotesi scientifica preferita per la formazione della Luna.

Le prove di questa ipotesi provengono da campioni lunari che mostrano che:

  1. la superficie della Luna una volta era fusa
  2. il nucleo di ferro apparentemente relativamente piccolo della Luna e una densità inferiore a quella della Terra, e
  3. prove di collisioni simili in altri sistemi stellari (che danno luogo a "dischi di detriti")

Il corpo in collisione è talvolta chiamato Theia per il mitico Titano greco che era la madre di Selene, la dea della luna.

Ci sono diverse questioni irrisolte con questa ipotesi. I rapporti isotopici dell'ossigeno lunare sono essenzialmente identici a quelli della Terra, senza alcuna prova di un contributo di un altro corpo solare. Inoltre, i campioni lunari non hanno i rapporti attesi di elementi volatili, ossido di ferro o elementi siderofili (elementi chimici che si legano con il ferro), e non ci sono prove che la Terra abbia mai avuto l'oceano di magma implicito nell'ipotesi.

Immagine d'artista del gigantesco impatto che si pensa abbia formato la LunaZoom
Immagine d'artista del gigantesco impatto che si pensa abbia formato la Luna

Contesto

Il satellite naturale relativamente grande della Terra, la Luna, è unico. Durante il programma Apollo, furono portate sulla Terra rocce dalla superficie lunare. La datazione radiometrica di queste rocce ha dimostrato che la Luna ha 4527 ± 10 milioni di anni, circa 30-55 milioni di anni in meno rispetto agli altri corpi del sistema solare. Nuove prove suggeriscono che la Luna si è formata ancora più tardi, 4,48±0,02 Ga, o 70-110 Ma dopo l'inizio del sistema solare. Un'altra caratteristica degna di nota è la densità relativamente bassa della Luna, che deve significare che non ha un grande nucleo metallico, che altri corpi terrestri del sistema solare hanno. La Luna ha una composizione di massa molto simile al mantello e alla crosta terrestri insieme, senza il nucleo della Terra. Questo ha portato all'ipotesi dell'impatto gigante: l'idea che la Luna si sia formata durante un impatto gigante della proto-Terra con un altro protopianeta.

L'impattatore, a volte chiamato Theia, si pensa sia stato un po' più piccolo del pianeta Marte. Theia si è scontrato con la Terra circa 4,533 Ga. I modelli rivelano che quando un impattatore di queste dimensioni colpì la proto-Terra ad un basso angolo e ad una velocità relativamente bassa (8-20 km/s o 5,0-12,4 mi/s), molto materiale dai mantelli (e proto-croste) della proto-Terra e dell'impattatore fu espulso nello spazio, dove gran parte di esso rimase in orbita attorno alla Terra. Questo materiale avrebbe poi formato la Luna.

Tuttavia, i nuclei metallici dell'impatto sarebbero affondati attraverso il mantello terrestre per fondersi con il nucleo della Terra, impoverendo la Luna di materiale metallico. L'ipotesi dell'impatto gigante spiega quindi la composizione anomala della Luna. Gli ejecta in orbita attorno alla Terra potrebbero essersi condensati in un unico corpo in poche settimane. Sotto l'influenza della sua stessa gravità, il materiale espulso è diventato un corpo più sferico: la Luna.

Le età radiometriche mostrano che la Terra esisteva già da almeno 10 milioni di anni prima dell'impatto, tempo sufficiente per permettere la differenziazione del mantello e del nucleo primitivo della Terra. Poi, quando avvenne l'impatto, solo il materiale del mantello fu espulso, lasciando intatto il nucleo terrestre di elementi pesanti.

Conseguenze

L'impatto ebbe alcune importanti conseguenze per la giovane Terra. Rilasciò un'enorme quantità di energia, facendo sì che sia la Terra che la Luna fossero completamente fuse. Immediatamente dopo l'impatto, il mantello della Terra era vigorosamente convettivo, la superficie era un grande oceano di magma. La prima atmosfera del pianeta deve essere stata completamente spazzata via dall'enorme quantità di energia rilasciata. Si pensa anche che l'impatto abbia cambiato l'asse della Terra per produrre la grande inclinazione assiale di 23,5° che è responsabile delle stagioni terrestri (un semplice modello ideale delle origini dei pianeti avrebbe un'inclinazione assiale di 0° senza stagioni riconoscibili). Potrebbe anche aver accelerato la rotazione della Terra.

Prove recenti

L'analisi della roccia lunare riportata dagli astronauti dell'Apollo sembra mostrare tracce di Theia. I ricercatori sostengono che questo conferma la teoria che la Luna è stata creata da una collisione cataclismica. Alcuni scienziati sono sorpresi che la differenza tra il materiale Theian trovato nella roccia lunare e la Terra sia così piccola.

Domande e risposte

D: Cos'è l'ipotesi dell'impatto gigante?


R: L'ipotesi dell'impatto gigante è che la Luna sia stata creata dai detriti di una collisione tra la giovane Terra e un protopianeta delle dimensioni di Marte.

D: Quali sono le prove dell'ipotesi dell'impatto gigante?


R: Le prove di questa ipotesi provengono da campioni lunari che mostrano che la superficie della Luna era un tempo fusa, dal nucleo di ferro apparentemente relativamente piccolo della Luna e da una densità inferiore a quella della Terra, e dalle prove di collisioni simili in altri sistemi stellari (che danno origine a 'dischi di detriti').

D: Qual è il nome dato al corpo in collisione nell'ipotesi dell'impatto gigante?


R: Il corpo in collisione viene talvolta chiamato Theia, in onore del mitico Titano greco che era la madre di Selene, la dea della luna.

D: Quali sono le questioni irrisolte dell'ipotesi dell'impatto gigante?


R: Le questioni irrisolte con questa ipotesi sono che i rapporti isotopici dell'ossigeno lunare sono essenzialmente identici a quelli della Terra, senza alcuna prova di un contributo da parte di un altro corpo solare, i campioni lunari non hanno rapporti attesi di elementi volatili, ossido di ferro o elementi siderofili (elementi chimici che si legano al ferro), e non ci sono prove che la Terra abbia mai avuto l'oceano magmatico implicito nell'ipotesi.

D: Qual è l'ipotesi scientifica favorita per la formazione della Luna?


R: L'ipotesi scientifica favorita per la formazione della Luna è l'ipotesi dell'impatto gigante.

D: Qual è la densità della Luna rispetto alla Terra?


R: La Luna ha una densità inferiore a quella della Terra.

D: Qual è il mitico Titano greco associato alla Luna nell'ipotesi dell'impatto gigante?


R: Nell'ipotesi dell'impatto gigante, il corpo in collisione viene talvolta chiamato Theia, per il mitico Titano greco che era la madre di Selene, la dea della luna.

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