El Sistema Solar - El período de intenso bombardeo tardío

Tras hablar acerca de la formación del sistema, Mercurio, Venus, la Tierra y la Luna, haremos ahora un breve paréntesis para explicar una de las teorías que hemos mencionado en los artículos de la serie.

Además de ser interesante en sí misma, es un buen ejemplo de cómo funciona la investigación científica y la creación de modelos que explican lo que observamos. Se trata de una hipótesis relativamente reciente y aún controvertida, pero que explica muy bien algunos hechos difíciles de justificar sin ella; desde luego, no sólo describiré la teoría sino también las pegas que tiene y las razones por las que podría no ser cierta. En cualquier caso, hoy nos dedicaremos a hablar sobre un período cataclísmico de la juventud del Sistema Solar: el período de intenso bombardeo tardío.

Harrison Schmitt tomando muestras sobre la superficie lunar. Crédito: NASA.

Como digo, el concepto del período de intenso bombardeo tardío (que también se conoce por las siglas LHB del inglés Late Heavy Bombardment, y por las siglas me referiré a veces a él para abreviar) es algo bastante reciente: su origen se encuentra en las misiones Apolo a la Luna de finales de los años 60 y principios de los 70. Esas misiones, entre otros logros, trajeron a la Tierra múltiples muestras de rocas lunares — la última de las misiones Apolo, de hecho, llevó un geólogo específicamente con ese propósito (Harrison Schmitt, que puedes ver en la foto de arriba que ya mostramos al hablar sobre la Luna).

Los científicos, naturalmente, se abalanzaron sobre las rocas lunares traídas por las misiones Apolo como abejas sobre la miel; se realizaron multitud de pruebas sobre ellas para determinar su composición exacta, sus diferencias y similitudes entre ellas y con las rocas terrestres, con los fragmentos de meteoritos caídos sobre la Tierra (de modo que pudiera saberse si tenían un origen lunar), etc. Entre los resultados obtenidos en estas pruebas había uno que resultaba bastante chocante: al estimar la edad de las rocas lunares procedentes de impactos (material derretido en el impacto y luego enfriado de nuevo), los científicos esperaban encontrar un intervalo de edades que fuera desde el nacimiento de la Luna hasta momentos relativamente recientes… pero esto no era así en absoluto. Prácticamente todas las muestras procedentes de impactos tenían edades comprendidas entre los 3 800 y 4 100 millones de años.

Lugares de alunizaje de las misiones Apolo.

Por si te lo estás preguntando, la edad de estas rocas se determinó, como sucede con las muestras terrestres, utilizando la datación radiométrica , es decir, midiendo la concentración de isótopos inestables respecto a la de los productos en los que se desintegran — seguro que conoces la datación de muestras mediante el carbono-14; en el caso de las rocas el sistema es el mismo, con la diferencia de que la vida media del carbono-14 es de unos 5 700 años (de modo que sirve para datar muestras recientes), mientras que en el caso de las rocas se utilizan otros isótopos, como el uranio-235 (con una vida media de unos 700 millones de años) y el uranio-238 (cuya vida media es de unos 4 500 millones de años).

En cualquier caso, dado que las muestras procedían de lugares muy alejados en la superficie lunar, y teniendo en cuenta la edad de nuestro satélite, ¿por qué esa extraordinaria concentración de impactos en tan sólo 150-200 millones de años? Varios científicos (Fouad Tera, Dimitri Papanastassiou, y Gerald Wasserburg) postularon, a mediados de los años 70, la hipótesis de que durante ese período se produjo lo que denominaron un cataclismo lunar, de modo que la intensidad de impactos de asteroides durante ese tiempo fue muchísimo mayor que la habitual (recuerda que impactos se producen todo el tiempo), desencadenando un auténtico cataclismo en nuestro satélite. Pero ¿por qué iba a ser especial la Luna? Lo más probable es que este fenómeno sucediera no sólo en la Luna, sino en toda la región interior del Sistema Solar.

Meteorito lunar “Allan Hills 81005″, encontrado en la Antártida. Crédito: NASA.

La composición de las rocas lunares permitió, además, identificar el origen de muchos meteoritos caídos sobre la Tierra: alrededor de uno de cada mil meteoritos que impactan sobre nuestro planeta son de origen lunar (casi todo el resto proviene del cinturón de asteroides, del que hablaremos más adelante en la serie). Al estimar la edad de estos meteoritos se determinó que casi todos ellos procedían del mismo período, que empezó a denominarse período de intenso bombardeo tardío.

¿Por qué “tardío”? La razón es que, como recordarás del artículo acerca de la formación del Sistema Solar, los inicios de nuestro sistema estelar fueron realmente violentos, y los planetesimales chocaban unos con otros y contra los planetas ya formados con una frecuencia enorme. Sin embargo, esta “nueva ola” de impactos se producía cuando el sistema ya estaba formado y se había “limpiado” de planetesimales, tras una etapa relativamente tranquila. Es decir, hubo un “bombardeo temprano” durante el nacimiento del sistema y, una vez las fuentes de ese bombardeo hubieron desaparecido, hubo un “bombardeo tardío” –siempre según la hipótesis que lo plantea, por supuesto– que volvió a sacudir el Sistema Solar con gran violencia.

Desde el principio hubo críticas a esta hipótesis, y muy razonables: si observas los lugares de alunizaje de las misiones Apolo en la imagen de arriba, aunque están distribuidas por una región extensa, no pueden considerarse una muestra aleatoria de la superficie lunar con garantías. Para empezar, se trata de pocos lugares; además, no hay un solo alunizaje en la cara opuesta de la Luna. Por lo tanto, según algunos científicos, extraer conclusiones sobre las similitudes entre las rocas obtenidas en estas muestras es mucho suponer.

Sin embargo, poco a poco la teoría del LHB fue ganando partidarios. En primer lugar, las muestras de meteoritos lunares sobre la Tierra tienen edades bastante coherentes con las de las muestras de las misiones Apolo (aunque no todos provienen del mismo período), y es difícil suponer que estos meteoritos proceden de las mismas regiones en las que alunizaron los Apolo. Por otro lado, hay que tener en cuenta que el modo en el que se identificaron muchos de esos meteoritos sobre la superficie terrestre fue precisamente compararlos con las muestras procedentes de la Luna… con lo que no debe resultar sorprendente que se parezcan a ellas.

En segundo lugar, el LHB desentrañaría un misterio acerca del origen de la Tierra. Como ya mencionamos al hablar sobre nuestro planeta y su historia geológica, apenas existen restos de rocas con más de 3 800 millones de años de antigüedad. Sin embargo, teniendo en cuenta la temperatura inicial y la masa y volumen del planeta, éste debería haber dispuesto de una corteza sólida muchísimo tiempo antes. Incluso considerando el impacto de Theia y la formación de la propia Luna (algo que, como dijimos entonces, calentó mucho a nuestro planeta), las cosas no encajan: la Tierra debería haber tenido una superficie sólida muchos millones de años antes. ¿Por qué tardó tanto tiempo en enfriarse, y por qué las primeras rocas provienen precisamente del mismo período que el LHB?.

Una explicación que contestaría las dos preguntas es, por supuesto, que el responsable de ese calentamiento extra y la desaparición de la primitiva corteza fue justamente el intenso bombardeo tardío. Esa lluvia apocalíptica de meteoritos, si se produjo, cubrió la superficie terrestre de cráteres y proporcionó una inmensa cantidad de energía térmica al primitivo planeta. Desafortunadamente, la Tierra no es tan estática como la Luna y es muy difícil hoy tener una idea de cómo debió de ser la cosa, pero podemos realizar estimaciones a partir de los efectos del LHB sobre nuestro satélite, extrapolando los números: decenas de miles de cráteres de más de 20 kilómetros de diámetro se formaron en ese corto período, pero por más impresionante que sea esto, se trató de impactos relativamente pequeños comparados con los más violentos. Se formaron decenas de cráteres de más de 1 000 kilómetros de diámetro, y varios de más de 5 000 kilómetros de diámetro — no, no se trata de erratas.

En resumidas cuentas, fue una especie de “borrón y cuenta nueva” en la superficie terrestre, como si un niño que juega con arcilla fresca y realiza dibujos sobre ella decide que no le gusta lo que ha hecho y tira pegotes de arcilla nuevos sobre la superficie, para luego mezclarlos con la arcilla primitiva y empezar otra vez el proceso. Curiosamente, hay indicios de que podría haber existido ya vida primitiva sobre la superficie Terrestre entonces (aunque no son claros), pero se habría tratado de formas de vida tan simples que pudieron sobrevivir lo que, para seres más complejos, hubiera sido un auténtico Apocalipsis.

Pero, si aceptamos el LHB como una explicación tanto del lento enfriamiento terrestre como de la edad de los impactos lunares, no podemos parar ahí, y estoy seguro de que tú te estás haciendo la misma pregunta que se hicieron los astrónomos que plantearon la hipótesis: ¿por qué? ¿Qué causó ese cataclismo? ¿Por qué el Sistema Solar ya formado no se mantuvo más o menos estático hasta nuestros días, y por qué el cambio se produjo entonces?

La verdad es que no lo sabemos seguro, igual que no estamos seguros de que la hipótesis del LHB sea cierta, pero existen varias posibilidades que han sido propuestas a lo largo de los años. Una cosa que sí debe quedar clara es que el Sistema Solar no es estático — las cosas cambian todo el tiempo, aunque no lo parezca, y a veces cambios pequeños en la distribución de masas del sistema pueden producir una especie de “efecto dominó” de características cataclísmicas; de modo que no se trata de una idea descabellada.

En 2002 los astrónomos John Chambers y Jack Lissauer plantearon una posible causa del LHB: la existencia de un quinto planeta rocoso más allá de Marte, el denominado Planeta V, que podría haber estado entre Marte y el cinturón de asteroides. Utilizando simulaciones por ordenador, Chambers y Lissauer construyeron un modelo en el que el Planeta V tenía una órbita inestable debido a su interacción gravitatoria con los planetas interiores; sin embargo, la inestabilidad era suficientemente pequeña como para que la órbita se modificase poco a poco, de modo que hubo que esperar hasta alrededor de 4 000 millones de años atrás para que el planeta finalmente entrase en una órbita altamente elíptica que lo llevaría primero a cruzar el cinturón de asteriodes y luego a precipitarse hacia el Sol, donde desaparecería.

Al atravesar el cinturón de asteroides, el Planeta V impactó contra algunos de ellos, pero además modificó la órbita de muchos otros, haciendo que cayeran hacia la región interior del Sistema: hacia Marte, Venus, la Tierra (y su satélite) y Mercurio, produciendo el cataclismo que denominamos intenso bombardeo tardío. Los modelos matemáticos empleados por estos científicos encajan muy bien con los datos que tenemos pero, por supuesto, no son una prueba concluyente ni de la existencia del LHB ni de la explicación del Planeta V.

Otra posible explicación es que la formación del Sistema Solar exterior haya tardado más de lo que pensábamos: algunos modelos muestran que los planetas rocosos interiores se formaron rápidamente, pero la menor densidad de material en la región externa del disco de acreción que formó nuestro sistema pudo hacer que Urano y Neptuno se formasen relativamente tarde — hace unos 4 000 millones de años. Su presencia entonces alteró el equilibrio de muchos cuerpos pequeños del sistema, haciendo que muchos de ellos tuvieran órbitas inestables que los llevaron a caer hacia la región interior e impactar contra los planetas rocosos y sus satélites. Sin embargo, las teorías más aceptadas actualmente postulan una formación muy rápida de los gigantes gaseosos, algo que desmonta esta teoría, ya que Urano y Neptuno hubieran existido entonces desde mucho antes que se produjera el LHB.

Finalmente, otra serie de simulaciones por ordenador realizadas por R. Gomes, H.F. Levinson, K. Tsiganis y A. Morbidelli, y publicadas en Nature en 2005 (fíjate en cómo estamos hablando de hipótesis que se están creando casi según lees) postulan otra posible explicación: si la densidad de los objetos más allá de Neptuno –a los que llegaremos en su momento, porque son muy interesantes– es suficientemente grande, es posible que su “tirón gravitatorio” sobre los gigantes gaseosos en la juventud del Sistema Solar haya ido modificando poco a poco su órbita. Unos de ellos afectaron a otros, de manera que casi todos se fueron alejando poco a poco del Sol excepto Júpiter, que se acercó ligeramente a la estrella. Llegado cierto momento, Júpiter y Saturno entraron en una resonancia orbital 1:2 y el Sistema Solar se volvió muy, muy inestable.

Dos cuerpos celestes entran en resonancia orbital cuando sus períodos orbitales (el tiempo que tarda cada uno en dar una vuelta completa) forman una relación sencilla de números enteros. A veces esto no significa mucho, pero otras puede tener consecuencias determinantes: puede hacer que se queden “fijos” en esas órbitas, al tirar uno del otro de modo que no puedan escapar de ellas, en cuyo caso se tiene una configuración muy estable… o puede suceder justo lo contrario, si los tirones gravitatorios crean órbitas excéntricas en esos cuerpos o en otros.

En el caso de una resonancia 1:2 entre Júpiter y Saturno, los modelos de Gomes y su equipo muestran que multitud de objetos pequeños del cinturón de asteroides sufrirían perturbaciones en sus órbitas que los precipitarían hacia el interior del sistema mientras los dos grandes gigantes gaseosos seguirían modificando sus propias órbitas hasta tener las actuales –que no tienen esa resonancia–. Esto explicaría, por supuesto, el LHB de manera satisfactoria.

Si te fijas, todas las explicaciones que he mencionado tienen algo en común: parten de la base de un Sistema Solar en continua transformación, algo en gran medida opuesto a lo que solemos pensar, y a lo que parecen mostrar muchos textos divulgativos. Pero recuerda, por poner solo un ejemplo, lo que dijimos al hablar sobre la Tierra, la Luna y la distancia entre ellas, y lo enorme que fue en el cielo hace unos cuantos eones. Todo cambia todo el tiempo, aunque la escala en la que lo haga nos haga pensar a nosotros (pequeños y efímeros monos) que nada está pasando.

Desde luego, sigue habiendo muchos que cuestionan las garantías de este modelo debido a las pruebas experimentales de que disponemos. Sin embargo, es de esperar que a largo plazo podamos disipar nuestras dudas: si el LHB sucedió, las muestras rocosas de otros planetas interiores, como Mercurio o Marte, especialmente las de impactos de meteoritos (Mercurio está, como recordarás, plagadito de cráteres muy bien conservados por sus características similares a las de la Luna), mostrarán ese peculiar apelotonamiento alrededor de 3 800-4 100 millones de años. En uno u otro sentido, la futura exploración del Sistema Solar eliminará el dilema al respecto: como sucede tantas veces, simplemente tenemos que tener paciencia y esperar.

En la próxima entrega de la serie empezaremos a acercarnos al siguiente planeta rocoso del sistema, y el lugar del Universo en el que más objetos humanos están funcionando ahora mismo después de la Tierra. Hablaremos del Planeta Rojo: Marte.

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Vía: El Tamiz