9.4: A origem da lua

Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

• Descreva as três principais hipóteses iniciais da formação da Lua
• Resuma o conceito atual de “impacto gigante” de como a Lua se formou

É característico da ciência moderna perguntar como as coisas se originaram. No entanto, entender a origem da Lua provou ser um desafio para os cientistas planetários. Parte da dificuldade é simplesmente que sabemos muito sobre a Lua (muito pelo contrário do nosso problema usual em astronomia). Como veremos, um problema importante é que a Lua é ao mesmo tempo tentadoramente semelhante à Terra e frustrantemente diferente.

Ideias para a origem da lua

A maioria das hipóteses anteriores sobre a origem da Lua seguia uma das três ideias gerais:

1. A teoria da fissão — a Lua já fez parte da Terra, mas de alguma forma se separou dela no início de sua história.
2. A teoria irmã — a Lua se formou junto com (mas independente) da Terra, como acreditamos que muitas luas dos planetas externos se formaram.
3. A teoria da captura — a Lua se formou em outras partes do sistema solar e foi capturada pela Terra.

Infelizmente, parece haver problemas fundamentais com cada uma dessas ideias. Talvez a hipótese mais fácil de rejeitar seja a teoria da captura. Sua principal desvantagem é que ninguém sabe de nenhuma maneira pela qual a Terra primitiva poderia ter capturado uma lua tão grande de outro lugar. Um corpo que se aproxima do outro não pode entrar em órbita ao seu redor sem uma perda substancial de energia; essa é a razão pela qual naves espaciais destinadas a orbitar outros planetas são equipadas com retrofoguetes. Além disso, se tal captura ocorresse, o objeto capturado entraria em uma órbita muito excêntrica, em vez da órbita quase circular que nossa Lua ocupa hoje. Finalmente, existem muitas semelhanças composicionais entre a Terra e a Lua, particularmente uma fração idêntica dos principais isótopos ¹ de oxigênio, para justificar a busca de uma origem completamente independente.

A hipótese da fissão, que afirma que a Lua se separou da Terra, foi sugerida no final do século XIX. Cálculos modernos mostraram que esse tipo de fissão ou divisão espontânea é impossível. Além disso, é difícil entender como uma Lua feita de material terrestre dessa forma poderia ter desenvolvido as muitas diferenças químicas distintas que agora se sabe que caracterizam nosso vizinho.

Portanto, os cientistas ficaram com a hipótese irmã - de que a Lua se formou ao lado da Terra - ou com alguma modificação da hipótese de fissão que pode encontrar uma maneira mais aceitável de o material lunar se separar da Terra. Mas quanto mais aprendemos sobre nossa Lua, menos essas ideias antigas parecem se adequar ao projeto.

A hipótese do impacto gigante

Em um esforço para resolver essas aparentes contradições, os cientistas desenvolveram uma quarta hipótese para a origem da Lua, uma que envolve um impacto gigante no início da história da Terra. Há evidências crescentes de que grandes pedaços de material - objetos de massa essencialmente planetária - estavam orbitando no sistema solar interno na época em que os planetas terrestres se formaram. A hipótese do impacto gigante prevê que a Terra seja atingida obliquamente por um objeto com aproximadamente um décimo da massa da Terra - uma “bala” do tamanho de Marte. Esse é quase o maior impacto que a Terra poderia experimentar sem ser destruída.

Esse impacto destruiria grande parte da Terra e ejetaria uma grande quantidade de material para o espaço, liberando energia quase suficiente para separar o planeta. Simulações de computador indicam que material totalizando vários por cento da massa da Terra poderia ser ejetado em tal impacto. A maior parte desse material seria dos mantos pedregosos da Terra e do corpo impactante, não de seus núcleos metálicos. Esse vapor de rocha ejetado então esfriou e formou um anel de material orbitando a Terra. Foi esse anel que finalmente se condensou na Lua.

Embora não tenhamos nenhuma maneira atual de mostrar que a hipótese do impacto gigante é o modelo correto da origem da Lua, ela oferece soluções potenciais para a maioria dos principais problemas levantados pela química da Lua. Primeiro, como a matéria-prima da Lua é derivada dos mantos da Terra e do projétil, a ausência de metais é facilmente compreendida. Em segundo lugar, a maioria dos elementos voláteis teria sido perdida durante a fase de alta temperatura após o impacto, explicando a falta desses materiais na Lua. No entanto, ao tornar a Lua principalmente de material terrestre do manto, também é possível entender semelhanças, como abundâncias idênticas de vários isótopos de oxigênio.

Resumo

As três hipóteses padrão para a origem da Lua foram a hipótese de fissão, a hipótese irmã e a hipótese de captura. Todos têm problemas e foram suplantados pela hipótese do impacto gigante, que atribui a origem da Lua ao impacto de um projétil do tamanho de Marte com a Terra há 4,5 bilhões de anos. Os detritos do impacto formaram um anel ao redor da Terra que se condensou e formou a Lua.

Notas de pé

¹ Lembre-se, no capítulo Radiação e Espectros, de que o termo isótopo significa uma “versão” diferente de um elemento. Especificamente, isótopos diferentes do mesmo elemento têm números iguais de prótons, mas números diferentes de nêutrons (como no carbono-12 versus no carbono-14).