A lua formou-se em um acidente entre a Terra e um gêmeo próximo

A resolução de um quebra-cabeça das origens lunares criou outro ligado às abundâncias de tungstênio em organismos primordiais

Quando planetas jovens colidem. Hagai Perets

A Lua nasceu na colisão de um corpo do tamanho de Marte com a Terra primitiva, mas para além disso, muito sobre o mundo que vemos em nossos céus todas as noites ainda é um mistério. Depois de 61 missões, incluindo seis visitas de astronautas que coletaram amostras de rochas lunares, muitas questões permanecem, incluindo o quanto da lua é feita com as sobras de um planeta, e quanto foi roubado da terra? Responder a essas perguntas poderiam oferecer pistas sobre a evolução de ambos os corpos celestes.

Agora, cientistas na França e Israel tem encontrado provas de que o corpo menor que chocou com a proto-terra foi provavelmente feito de coisas semelhantes ao nosso mundo. Além disso, de acordo com seus modelos de computador, a composição atual do material lunar é melhor explicada seja lá o que for que atingiu a Terra primitiva nas proximidades. Dois estudos adicionais sugerem que os dois corpos foram construídos com um material extra quanto protoplanetas menores continuaram a bombardear o sistema jovem, mas a Terra pegou muito mais do que este revestimento posterior.

De acordo com a "hipótese do impacto gigante", a lua formou-se cerca de 4,5 bilhões anos atrás, quando um objeto como um planeta com cerca de um décimo da massa atual da terra, bateu no nosso planeta. Estudos recentes de rochas lunares e simulações sugerem que a lua deve ser feita com a  maior parte dos restos desse objeto, apelidado de Theia. Isso explicaria por que a lua parece ser feita de material que se parece muito com o manto da terra, como visto em amostras de rocha e mapas de minerais.

O problema é que planetas tendem a ter composições distintas. Marte, mercúrio e grandes asteróides como Vesta têm diferentes traços de vários elementos. Se Theia foi formado em outro lugar no sistema solar, sua maquiagem deve ter sido um pouco diferente da terra e a composição da massa da lua não deveria parecer tão similar ao manto da terra.

Para tentar resolver o enigma, Alessandra Mastrobuono-Battisti e Hagai Perets no Instituto de tecnologia de Israel analisaram dados de simulações de 40 sistemas solares artificiais, aplicando mais potência de computadores do que tem sido utilizada em trabalhos anteriores. O modelo aumenta os planetas conhecidos e um número hipotético de planetesimais e depois deixá-os soltos em um jogo de bilhar cósmico.

As simulações assumem que planetas nascidos mais afastados do sol tendem a ter maiores abundâncias relativas de isótopos de oxigênio, baseados na mistura química observada na Terra, na Lua e em Marte. Isso significa que qualquer planetesimal que gerou-se perto de terra deve ter traços químicos semelhantes. "Se eles estão vivendo no mesmo "bairro", eles serão feitos de mais ou menos o mesmo material," diz Perets.

A equipe descobriu que em uma grande parte do tempo — 20 a 40 por cento — grandes impactos envolvidos em colisões entre corpos que formaram a semelhantes distâncias do Sol e assim tinham maquiagem semelhante. Descrito esta semana na revista Nature, o trabalho confirma a ideia intuitiva que é menos provável que algo irá navegar e bater em você de longe. Ele também indica que demorará um longo caminho para explicar a composição da lua.

Até agora, então isso é bom, mas não explica tudo. Há, ainda, um enigma persistente ligado à abundância do elemento tungstênio. Este litófilos, ou "atraídos pelo ferro", são elemento deve afundar para os núcleos dos planetas ao longo do tempo, tornando muito mais variável sua abundância em corpos diferentes, mesmo se formaram juntos. Isso é porque os corpos de diferentes tamanhos irão formar núcleos em taxas diferentes. Como havia um pouco de mistura do impacto, a maioria do material do manto rico em tungstênio do Theia teria sido lançado em órbita e incorporado a lua, então a quantidade de tungstênio na Terra e da lua deve ser muito diferente.

Em dois estudos independentes, aparecendo também na Nature, Thomas Kruijer da Universidade de Münster na Alemanha e Mathieu Touboul da Universidade de Lyon na França examinaram a relação entre dois isótopos de tungstênio — tungstênio-184 e tungstênio-182 — nas rochas da Lua e na Terra como um todo. Rochas da lua têm ligeiramente mais tungstênio-182 do que a terra, segundo o relatório de equipes.

Isto é intrigante, porque esse isótopo particular de tungstênio vem decaindo radioativamente de um isótopo do háfnio. Sua meia-vida é curta, apenas cerca de 9 milhões de anos. Enquanto amantes de ferro e tungstênio tendem-se a afundar-se para o núcleo, os isótopos de háfnio fica mais perto da superfície e, ao longo do tempo, se transforma em tungstênio-182. Isso deixa um excesso de tungstênio-182 no manto do planeta versus uma quantidade de tungstênio-184 e outros isótopos naturais.

A diferença entre a terra e a lua é relativamente pequena: dois estudos mostram que essa diferença encontra-se no nível de 20 a 27 partes por milhão. Mas mesmo essa pequena mudança exigiria muita sintonia fina química, diz Kruijer, o que torna improvável que exista apenas uma chance. "Variar o tungstênio por apenas um por cento tem um efeito dramático," diz ele. "A única solução é se o manto da proto-terra tinha conteúdo semelhante de tungstênio-182 para Theia, e o núcleo do outro planeta fundiu-se diretamente com a terra."

Isso não é provável, no entanto. Enquanto muito do núcleo de Theia, sendo mais pesado que o seu manto, permanecer como parte da terra, o manto vai se misturar com a Terra uma vez que ele tem se lançado em órbita. A proporção do núcleo de Theia e do material do manto que se transformou na lua foi ao acaso, mas deve ter havido pelo menos algum material do núcleo, diz Kruijer. A equipe do Touboul chegou a uma conclusão semelhante: se as diferenças na abundância de tungstênio foram devido a mistura aleatória com vísceras do Theia ao redor da terra, o planeta e a Lua deveriam ser ainda mais diferentes do que eles são.

A solução mais simples, dizem os autores, parece ser o a hipótese do "folheado tardio" que sugere que a lua e a proto-terra começaram com semelhante isótopos de tungstênio. A Terra, sendo o maior e mais massivo, continuaria a atrair mais planetesimais após o impacto, adicionando material novo para o manto. O folheado desses planetesimais teriam tido mais tungstênio-184  em relação ao tungstênio-182, enquanto a lua teria mantido a proporção que datava do impacto.

"Isso parecem dados sólidos," disse Fréderic Moynier, um cosmoquímico e astrofísico no Institut de Physique du Globe de Paris. "Ele se encaixa com a presente teoria do folheado tardio, que baseia-se simplesmente a abundância elementar dos elementos litófilos (entre eles tungstênio): há simplesmente elementos litófilos demais no manto da terra presente (eles devem todos ser no núcleo) e, portanto, eles devem ter sido trazidos para terra depois da formação do núcleo através de impactos de meteoritos."

Permanece um mistério: Para que  a proto-lua combine com a proporção de tungstênio da terra, Theia e terra devem ter começado com abundâncias de tungstênio muito semelhante. Resolver o quebra-cabeça será o trabalho de futuros estudos planetários, mas pelo menos por agora, a história da origem lunar está começando a parecer um pouco mais clara.

[Smithsonian]