ARLA/CLUSTER: O nascimento da Lua ocorreu por um "estalo", um murro ou um golpe?

[João Costa > CT1FBF]

*QU�MICA DIZ QUE LUA É O MANTO DA PROTO-TERRA, REALOCADO*
<http://www.astropt.org/blog/wp-content/uploads/2015/04/Teia_Terra_art.jpg>
A colisão planetária: impressão de artista do impacto que criou a Lua da
Terra. Uma nova investigação sugere que o impacto foi ainda mais violento
do que a imagem sugere.
Crédito: Dana Berry/SwRI
(clique na imagem para ver versão maior)


Medições de um elemento em rochas terrestres e lunares refutou as hipóteses
principais para a origem da Lua.

Pequenas diferenças na segregação dos isótopos de potássio entre a Lua e a
Terra estavam, até recentemente, escondidas abaixo dos limites de deteção
de técnicas analíticas. Mas em 2015, o geoquímico Kun Wang da Universidade
de Washington, e Stein Jacobsen, professor de geoquímica da Universidade de
Harvard, desenvolveram uma técnica para analisar estes isótopos que
consegue atingir precisões dez vezes superiores ao melhor método anterior.

Wang e Jacobsen relatam agora diferenças isotópicas entre as rochas lunares
e terrestres que fornecem a primeira evidência experimental que pode
discriminar entre os dois modelos principais para a origem da Lua. Num
modelo, um impacto de baixa energia deixa a proto-Terra e a Lua envoltas
numa atmosfera de silicatos; no outro, um impacto muito mais violento
vaporiza o bólide e a maior parte da proto-Terra, expandindo-se para formar
um enorme disco superfluido a partir do qual a Lua, eventualmente,
cristaliza.

O estudo isotópico, que suporta o modelo de alta-energia, foi publicado
ontem na edição online da Nature. "Os nossos resultados fornecem as
primeiras evidências sólidas de que o impacto realmente (em grande parte)
vaporizou a Terra," afirma Wang, professor assistente de Ciências da Terra
e Planetárias.

*Uma crise isotópica*

Em meados da década de 1970, dois grupos de astrofísicos propuseram,
independentemente, que a Lua tinha sido formado pela colisão "raspante"
entre um corpo do tamanho de Marte e a proto-Terra. A hipótese de impacto
gigante, que explica muitas observações, como por exemplo o grande tamanho
da Lua em relação à Terra e velocidade de rotação da Terra e da Lua,
eventualmente tornou-se a principal hipótese para a origem da Lua.

No entanto, em 2001 um grupo de cientistas relatou que as composições
isotópicas de uma variedade de elementos em rochas terrestres e lunares são
quase idênticas. As análises de amostras trazidas de volta pelas missões
Apollo na década de 1970 mostraram que a Lua tem as mesmas abundâncias dos
três isótopos estáveis de oxigénio que a Terra.

Isto era muito estranho. Simulações numéricas do impacto previam que a
maioria do material (60-80 por cento) que coalesceu para formar a Lua veio
do objeto, ao invés da Terra. Mas corpos planetários que se formaram em
diferentes partes do Sistema Solar têm geralmente composições isotópicas
diferentes, tão diferentes que as assinaturas isotópicas servem como
"impressões digitais" para planetas e meteoritos de um mesmo corpo.

A probabilidade de o corpo ter, por acaso, a mesma assinatura isotópica que
a Terra, era muito pequena.

Assim, a hipótese de impacto gigante ficou com um grande problema.
Explicava muitas características físicas do sistema Terra-Lua mas não a sua
geoquímica. Os estudos de composição isotópica haviam criado uma "crise
isotópica" para a hipótese.

Ao início, os cientistas pensavam que medidas mais precisas fossem resolver
esta crise. Mas as medições mais precisas dos isótopos de oxigénio,
publicadas em 2016, só confirmaram que as composições isotópicas não são
distinguíveis. "Estas são as medições mais precisas que podemos fazer e,
mesmo assim, são idênticas," comenta Wang.

*Um "estalo", um murro ou um golpe?*

"Então, as pessoas decidiram alterar a hipótese de impacto gigante," realça
Wang. "O objetivo era encontrar uma maneira de fazer a Lua principalmente a
partir da Terra, em vez de maioritariamente a partir do impactante. Existem
muitos modelos - todos estão a tentar inventar um - mas dois têm sido muito
influentes."

No modelo original de impacto gigante, a colisão derreteu uma parte da
Terra e a totalidade do corpo impactante, atirando para fora algum deste
material derretido, como barro numa roda de oleiro.

Um modelo proposto em 2007 acrescenta uma atmosfera de vapor de silicato em
redor da Terra e o disco lunar (o disco de magma, resíduo do bólide). A
ideia é que o vapor de silicato permite a troca entre a Terra, o vapor e o
material no disco, antes da Lua se condensar a partir do disco derretido.
<https://source.wustl.edu/wp-content/uploads/2016/08/Cartoon_v6-01.png>
Dois modelos recentes para a formação da Lua, um que permite troca através
de uma atmosfera de silicato (topo), e outro que cria uma esfera bem
misturada de um fluido supercrítico (baixo), levam a previsões diferentes
para os rácios dos isótopos de potássio em rochas lunares e terrestres
(direita).
Crédito: Kun Wang
(clique na imagem para ver versão maior)


"Eles estão a tentar explicar as semelhanças isotópicas pela adição desta
atmosfera," realça Wang, "mas ainda começam com um impacto de baixa energia
como o modelo original."

Mas a troca de material através de uma atmosfera é um processo muito lento.
Nunca teríamos tempo suficiente para o material se misturar bem antes de
cair de volta para a Terra.

Por isso, outro modelo, proposto em 2015, assume que o impacto foi
extremamente violento, tão violento que o objeto e o manto da Terra
vaporizaram-se e misturaram-se para formar uma massa fundida densa/manto
atmosférico sob a forma de vapor que se expandiu para preencher um espaço
500 vezes superior à Terra de hoje. À medida que esta atmosfera arrefecia,
a Lua condensava-se.

A mistura completa desta atmosfera explica a composição isotópica idêntica
da Terra e da Lua, diz Wang. O manto atmosférico era um "fluido
supercrítico", sem fases líquidas e gasosas distintas. Os fluídos
supercríticos podem passar através de sólidos como um gás e dissolver
materiais como um líquido.

*O porquê de o potássio ser decisivo*

O artigo da Nature relata dados isotópicos de alta-precisão do potássio
para uma amostra representativa de rochas lunares e terrestres. O potássio
tem três isótopos estáveis, mas só dois deles, potássio-41 e potássio-39,
são suficientemente abundantes para serem medidos com precisão neste estudo.

Wang e Jacobsen examinaram sete rochas lunares obtidas por missões lunares
diferentes e compararam os seus rácios de isótopos de potássio com os de
oito rochas terrestres representativas do manto da Terra. Descobriram que
as rochas lunares eram enriquecidas com cerca de 0,4 partes por mil no
isótopo mais pesado de potássio, potássio-41.

O único processo a altas temperaturas que poderia separar os isótopos de
potássio desta maneira, salienta Wang, é uma condensação incompleta do
potássio a partir da fase de vapor durante a formação da Lua. Em comparação
com o isótopo mais leve, o isótopo mais pesado cairia, preferencialmente,
para fora do vapor e condensar-se-ia.

Os cálculos mostram, no entanto, que se este processo tivesse acontecido
num vácuo absoluto, levaria a um enriquecimento de isótopos pesados de
potássio nas amostras lunares na ordem das 100 partes por mil, muito maior
do que o valor encontrado por Wang e Jacobsen. Mas uma pressão mais alta
suprimiria o fracionamento, nota. Por esta razão, ele e o colega preveem
que a Lua condensou-se numa pressão superior a 10 bars, ou cerca de 10
vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar.

A descoberta de que as rochas lunares são enriquecidas com o isótopo mais
pesado de potássio não favorece o modelo de atmosfera de silicato, que
prevê que as rochas lunares conteriam menos do isótopo pesado do que as
rochas terrestres, o oposto do que os cientistas descobriram.

Em vez disso, suporta o modelo de atmosfera do manto que prevê que as
rochas lunares incluiriam mais deste isótopo mais pesado do que as rochas
terrestres.

Silenciosos durante milhares de milhões de anos, os isótopos de potássio
encontraram finalmente uma voz, e têm bastante para contar.

*Links:*

*Núcleo de Astronomia do CCVAlg:*
05/02/2016 - Lua foi produzida por uma colisão frontal entre a Terra e um
planeta em formação
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2016/02/5_lua_terra_theia.htm>
04/04/2014 - Nova pesquisa descobre "relógio geológico" que ajuda a
determinar a idade da Lua
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2014/04/4_idade_lua.htm>
19/10/2012 - Novo estudo reforça ideia que Lua foi formada a partir de
gigante colisão planetária
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/noticias/2012/10/19_formacao_lua.htm>

*Notícias relacionadas:*
Universidade de Washington em St. Louis (comunicado de imprensa)
<https://source.wustl.edu/2016/09/chemistry-says-moon-proto-earths-mantle-relocated/>
Nature
<http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature19341.html>
PHYSORG
<http://phys.org/news/2016-09-chemistry-moon-proto-earth-mantle-relocated.html>
ScienceDaily
<https://www.sciencedaily.com/releases/2016/09/160912112021.htm>
COSMOS
<https://cosmosmagazine.com/chemistry/epic-crash-vaporised-baby-earth-and-so-the-moon-was-born>
Popular Science
<http://www.popsci.com/new-evidence-moon-formed-from-melted-bits-earth>
Popular Mechanics
<http://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a22814/impact-that-created-the-moon-pulverized-the-earth/>
The Verge
<http://www.theverge.com/2016/9/12/12879766/moon-planetary-collision-theory-earth-impact>

*Theia:*
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Theia_(planet)>

*Lua:*
Núcleo de Astronomia do Centro Ciência Viva do Algarve
<http://www.ccvalg.pt/astronomia/sistema_solar/lua.htm>
Wikipedia <http://en.wikipedia.org/wiki/Moon>
Teoria de Impacto Gigante (Wikipedia)
<http://en.wikipedia.org/wiki/Giant_impact_hypothesis>

*Fluido supercrítico:*
Wikipedia <https://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid>
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