Como a Lua se formou: Theia, Apollo e o enigma do sistema Terra-Lua

Cinquenta anos depois de o módulo lunar da missão Apollo 17 ter decolado do quadrante nordeste da face visível da Lua, cientistas planetários ainda não compreendem totalmente quando e de que forma o nosso satélite se formou.

Há consenso, porém, sobre um ponto: tudo começou com um grande impacto. Segundo pesquisadores da Lua, o corpo responsável - apelidado de Theia - provavelmente colidiu com a Terra há cerca de 4.51 bilhões de anos.

O que segue em debate é o tamanho de Theia. As estimativas atuais vão de um objeto do tamanho de um proto-Mercúrio até um corpo com aproximadamente metade do tamanho da Terra de hoje.

Modelos hidrodinâmicos mais recentes, inclusive, sugerem que um impactador maior dá a explicação mais convincente para um facto intrigante: as rochas lunares recolhidas nas missões Apollo parecem quimicamente muito semelhantes ao que encontramos na Terra em basaltos vulcânicos ricos em olivina.

A Terra foi profundamente transformada por esse impacto colossal; ele praticamente “reiniciou” a história do nosso planeta, conta Wim van Westrenen - cientista lunar e planetário da Vrije Universiteit Amsterdam - numa entrevista recente, no seu gabinete.

Num cenário de impacto gigante, a Lua inicial era apenas uma esfera incandescente de magma, com milhares de graus de temperatura.

“Não é sequer rocha ainda, então precisa arrefecer antes de formar minerais que nós tentámos datar”, diz van Westrenen. Para ele, a pergunta central é: quanto tempo, depois do impacto, foi necessário para que esses minerais se formassem?

Como o próprio van Westrenen admite, essa é uma questão muito difícil de determinar com precisão.

Ainda assim, as amostras de rochas trazidas pelas missões Apollo continuam a ensinar muito aos cientistas lunares.

O que as rochas Apollo revelam (e a rocha Genesis)

Entre os exemplares mais célebres está a rocha Genesis - uma amostra com 4.46 bilhões de anos recolhida em 1971 pelos astronautas da Apollo 15. Ela é composta quase exclusivamente por plagioclásio, um mineral branco que tende a flutuar para o topo do magma por ser muito leve.

“Você precisa de uma quantidade enorme de magma para produzir muito desse material branco, e então tudo isso tem de fluir para o topo, porque hoje ele está na superfície”, explica van Westrenen. Segundo ele, essa é a melhor explicação para a formação dessas rochas claras, incluindo a Genesis.

A coloração branca do plagioclásio que se percebe ao observar a Lua deve-se ao reflexo dos cristais de plagioclásio.

O facto de existir um corpo inteiro coberto por plagioclásios sugere que, na prática, estamos a ver o “teto” de um antigo e imenso reservatório de magma, afirma van Westrenen.

Dentro do laboratório de Wim van Westrenen: oceano de magma, pressão e temperatura

O laboratório de van Westrenen é especializado em gerar altíssimas pressões e temperaturas extremas para analisar e recriar condições internas da Lua, com o objetivo de compreender melhor a evolução geológica lunar.

“Nós, Westrenen, fomos os primeiros a oferecer um estudo experimental completo do que acontece quando um oceano profundo de magma na Lua solidifica e quais minerais se formam em cada etapa”, diz van Westrenen.

“Nós achamos que a Lua inteira esteve, na verdade, derretida; 1,700 quilômetros de magma até ao centro”, afirma.

No laboratório, van Westrenen e os seus colegas recorrem ao aquecimento resistivo: fazem passar uma corrente elétrica por grafite para aquecer alguns milímetros cúbicos de material a temperaturas superiores a 1,700 °C (3,092 °F). Isso é cerca de cinco vezes mais quente do que um forno convencional.

O laboratório também consegue produzir pressões de 250,000 atmosferas terrestres.

Para comparação, acredita-se que a pressão interna máxima da Lua seja de aproximadamente 50,000 atmosferas terrestres - o que permite que os pesquisadores “viajem”, de forma virtual, até o meio da Lua sem sair do laboratório.

Apesar desses avanços experimentais, um dos principais entraves para entender a formação do sistema Terra-Lua é que, embora simulações numéricas hidrodinâmicas consigam reproduzir as propriedades físicas do sistema Terra-Lua atual, elas não conseguem igualar as composições químicas conhecidas dos dois corpos.

“Todas as simulações clássicas preveem que a Lua deveria ter uma composição química muito diferente do que observamos”, diz van Westrenen.

“As rochas lunares são muito mais parecidas com as da Terra do que deveriam ser”, acrescenta.

E quanto ao tamanho do impactador que formou a Lua?

O paradigma atual considera duas possibilidades. Numa delas, a Terra já estaria quase pronta, e a Lua teria surgido a partir de um impactador pequeno, do tamanho de Mercúrio, que atingiu o nosso planeta com grande velocidade e num ângulo elevado.

Na outra hipótese, naquela época a Terra estaria apenas pela metade.

“Então, seria preciso ‘atirar’ mais meia Terra para completar a Terra até ao tamanho atual”, diz van Westrenen.

Nesse cenário, a Lua teria surgido de uma pequena porção de detritos totalmente misturados de Theia/meia Terra, que permaneceram em órbita em torno da Terra agora completa, explica.

Depois do impacto, acredita-se que o material silicatado mais leve tenha dado origem à Lua, enquanto o material mais denso teria ficado na Terra e afundado, formando o grande núcleo rico em ferro do planeta.

“Isso continua correto, mas esses mesmos modelos clássicos, de 25 anos atrás, preveem que a maior parte das rochas silicatadas teria vindo de Theia, não da Terra”, afirma van Westrenen.

O que, então, faria a Lua ser composta principalmente por material do tipo terrestre?

Para formar a Lua num impacto gigante clássico, diz van Westrenen, Theia teria de atingir a Terra num golpe de raspão, em que metade de Theia não acertaria a Terra.

“Metade bate no lado da Terra, enquanto a outra metade meio que passa e depois entra em órbita em torno da proto-Terra, formando a Lua”, explica.

Mas, nesse quadro, a Lua deveria ser feita sobretudo de rochas do impactador Theia - e não é isso que geólogos observam.

Além disso, Theia teria de ter vindo de outra região do sistema solar; logo, a sua composição química deveria ser diferente da terrestre.

Ainda assim, Terra e Lua permanecem estranhamente semelhantes do ponto de vista químico.

Em última análise?

De acordo com van Westrenen, a forma como a Lua se formou ainda não está totalmente resolvida - apesar de seres humanos terem caminhado na sua superfície há décadas.

“Todo ser humano consegue ver a Lua, mas nem todo mundo percebe que a formação dela está diretamente ligada à história do nosso próprio planeta”, afirma.

Este artigo foi originalmente publicado pela Universe Today. Leia o artigo original.