El manto está encima de la corteza: Así fue cómo la Luna 'se volvió del revés'

La mayor parte de lo que se sabe sobre el origen de la Luna viene de combinar modelos teóricos con el análisis de rocas recolectadas por los astronautas del programa Apolo hace más de 50 años. Unas muestras de lava basáltica que, sorprendentemente, mostraron altas concentraciones de titanio, un mineral pesado y que, en condiciones normales, no debería estar en la superficie. Años más tarde, los satélites enviados a orbitar y estudiar la Luna descubrieron que esas rocas ricas en titanio se encuentran, sobre todo, en la cara visible de nuestro satélite. Pero cómo y por qué llegaron allí ha sido siempre un misterio.

Debido a que la Luna se formó deprisa y a partir de un material muy caliente, es más que probable que al principio estuviera cubierta por un océano global de magma. Después, a medida que la roca fundida se enfrió, se fueron formando el manto lunar y la brillante corteza que vemos al contemplar la luna llena. Pero las dos capas no aparecen dispuestas en el orden habitual. Lo cual implica que en lo más profundo, bajo la superficie, la luna está tremendamente desequilibrada. Los modelos, de hecho, sugieren que los últimos restos del océano de magma cristalizaron en minerales muy densos, incluida la ilmenita, que contiene una gran cantidad de titanio y hierro.

Lo normal en un planeta, incluída la Tierra, es que los minerales más densos estén debajo y los más ligeros arriba, igual que el aceite flota sobre el agua, pero no al revés. Pero en la Luna no sucedió eso.

«Debido a que estos minerales pesados son más densos que el manto que había debajo -explica Weigang Liang, que ha dirigido el estudio-, crearon una inestabilidad gravitacional, y lo más lógico es que esa capa se hunda más profundamente en el interior de lunar».

De alguna manera, en efecto, en los milenios siguientes ese material más denso tuvo que irse hundiendo hacia el interior, mezclarse con el manto, derretirse y regresar después a la superficie como flujos de lava, dando forma a las rocas ricas en titanio que vemos hoy en la superficie. ¿Pero cómo tuvo lugar ese proceso?

En palabras de Jeff Andrews-Hanna, coautor del artículo, «la Luna, literalmente, se volvió del revés. Y existe muy poca evidencia física que arroje luz sobre la secuencia exacta de los acontecimientos durante esta fase crítica de la historia lunar, lo que causa mucho desacuerdo sobre los detalles de lo que ocurrió».

¿Se hundió ese material más pesado poco a poco, a medida que se iba formando, o lo hizo todo a la vez, después de que la Luna se solidificara por completo? ¿Se hundió globalmente en el interior y luego volvió a aflorar en la cara visible, o migró primero allí y luego se hundió? Y ese hundimiento de material, ¿Fue en una única masa grande o en varias masas más pequeñas?

«Sin pruebas que respalden ninguna idea -afirma el coautor principal Adrien Broquet, del Centro Aeroespacial Alemán en Berlín-, puedes elegir tu modelo favorito. Pero cada modelo tiene profundas implicaciones para la evolución geológica de nuestra Luna».

En un estudio anterior, dirigido por Nan Zhang, de la Universidad de Pekín en Beijing y que también es coautor de este artículo, los modelos ya predecían que la densa capa de material rico en titanio bajo la corteza migró primero al lado cercano de la luna, posiblemente a causa de un impacto gigante en el lado opuesto, y luego se hundió en las profundidades lunares como una red de losas en forma de láminas, que cayeron hacia el interior, casi como si fueran cascadas. Pero al hundirse, esas losas dejaron un pequeño remanente en forma de patrón geométrico de cuerpos lineales de material denso rico en titanio que se cruzan justo debajo de la corteza.

«Al ver las predicciones que hacían esos modelos -dice Andrews-Hanna- fue como si se encendiera una bombilla, porque vemos exactamente el mismo patrón cuando observamos variaciones sutiles en el campo de gravedad de la Luna, revelando una red de material denso que acecha debajo de la corteza».

En el nuevo estudio, los autores comparan simulaciones de una capa rica en ilmenita que se hunde y que encaja con un conjunto de anomalías de gravedad lineal detectadas por la misión GRAIL, de la NASA, cuyos dos satélites orbitaron la Luna entre 2011 y 2012, midiendo pequeñas variaciones en su atracción gravitacional. Estas anomalías lineales rodean una vasta región oscura de la cara visible de la Luna, cubierta por flujos volcánicos conocidos como 'mare' (en latín, 'mar').

De este modo, los autores descubrieron que las firmas de gravedad medidas por GRAIL eran consistentes con las simulaciones de la capa de ilmenita, y que el campo de gravedad podía usarse para mapear la distribución de los restos de ilmenita que quedaron tras el hundimiento de la mayor parte de la capa densa.

«Nuestros análisis -afirma Liang- muestran que, juntos, los modelos y los datos cuentan una historia notablemente consistente. Los materiales de ilmenita migraron hacia el lado cercano y se hundieron en el interior en cascadas en forma de láminas, dejando tras de sí un vestigio que causa anomalías en el campo de gravedad de la luna, tal y como lo ve GRIAL».

Los investigadores también consiguieron ponerle fecha a este evento: las anomalías de gravedad lineal son interrumpidas por las cuencas de impacto más grandes y antiguas en la cara vista de la Luna y, por lo tanto, debieron haberse formado antes. En base a estas relaciones transversales, los autores sugieren que la capa rica en ilmenita se hundió hace 4.220 millones de años, lo que es consistente con su contribución al vulcanismo posterior observado en la superficie lunar.

«El análisis de estas variaciones en el campo gravitacional de la Luna -recalca Broquet- nos permitió echar un vistazo bajo la superficie y ver lo que había debajo».

Sin embargo, y a pesar de que la detección de estas anomalías gravitatorias proporciona evidencia del hundimiento de una capa densa de material hacia el interior de la Luna, lo que se ve en la superficie añade, si cabe, aún más intriga a la historia.

«Fundamentalmente -explica Andrews-Hanna- la Luna está desequilibrada en todos los aspectos». Lo cual significa que la cara cercana, la que mira a la Tierra, y en particular la región oscura conocida como 'Oceanus Procellarum', tiene menos elevación, una corteza más delgada cubierta en gran parte por flujos de lava, y altas concentraciones de elementos típicamente raros como el titanio y el torio.

El otro lado, en la cara oculta, difiere en cada uno de estos aspectos. De alguna manera, se cree que el 'vuelco' del manto lunar está relacionado con la estructura única y la historia de la región Procellarum del lado cercano. Pero los detalles de ese cambio han sido motivo de considerable debate entre los científicos.

«Ahora, nuestro trabajo conecta los puntos entre las pruebas geofísicas de la estructura interior de la Luna y los modelos informáticos de su evolución», añade Liang.

«Por primera vez -prosigue Andrews-Hanna- tenemos una evidencia física que nos muestra lo que estaba sucediendo en el interior de la Luna durante esta etapa crítica de su evolución, y eso es realmente emocionante. Resulta que la historia más antigua de la Luna está escrita debajo de la superficie, y fue necesaria la combinación adecuada de modelos y datos para desvelar esa historia».

«Cuando los astronautas de Artemis finalmente aterricen en la Luna para comenzar una nueva era de exploración humana -concluye Liang-, tendremos una comprensión de nuestro vecino muy diferente a la que teníamos cuando los astronautas del Apolo la pisaron por primera vez».