• Começa com um estrondo

Por que as duas faces da Lua são tão diferentes

O lado oculto da Lua é incrivelmente diferente do lado voltado para a Terra. 63 anos depois, sabemos por que as faces da Lua não são iguais.

Principais conclusões

• O lado próximo da Lua enfrentou a Terra por praticamente todos os últimos 4,5 bilhões de anos. Os habitantes da Terra contemplaram suas icônicas montanhas, crateras e marias escuras (bacias) por toda a história.
• Mas em 1959, a humanidade finalmente voou uma espaçonave ao redor da Lua para o lado oposto, o lado mais distante da Lua, e viu um rosto totalmente diferente e praticamente irreconhecível.
• Por mais de meio século, nos perguntamos por que esses dois lados do mesmo corpo planetário eram tão diferentes. Graças à física da Terra primitiva, podemos finalmente ter a resposta.

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A Lua, de longe, é o objeto mais brilhante e o maior objeto visível aos olhos humanos no céu noturno da Terra. Comparada a Vênus, o próximo objeto mais brilhante que aparece, a Lua tem trinta vezes o diâmetro, ocupa quase 1.000 vezes a área da superfície e parece cerca de 1.000.000 vezes mais brilhante que Vênus. Além disso, a Lua não aparece como um disco uniforme para nós, mas mostra diferenças incríveis de um lugar para outro na superfície, mesmo quando visto de nossa perspectiva limitada aqui na Terra.

A olho nu, essas diferenças podem parecer apenas manchas claras e escuras: o chamado “homem na Lua” é a característica mais fácil de ver. Mas se você der uma olhada através de um telescópio, você não verá apenas aquelas manchas escuras em silhueta contra as partes mais brilhantes, mas também cumes de montanhas, crateras com paredes altas e raios saindo delas, e relevo sombrio ao longo da fronteira dia-noite , conhecido como o terminador da Lua.

Embora essas características possam ser familiares, todas elas contêm pistas sobre a história antiga da Lua e podem nos ajudar a entender por que a “face” da Lua que vemos não é a única perspectiva que importa.

Um mosaico anotado do lado próximo da Lua da câmera de grande angular do Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA. A maria, crateras proeminentes, além de paredes, raios e cordilheiras podem ser vistas. Foi um choque quando descobrimos que essa visão do lado próximo da Lua não foi replicada na face do outro lado.

Mesmo com um par de binóculos de prateleira ou o telescópio mais barato que você pode encontrar, há duas características principais sobre a Lua que você não pode perder:

1. Que tem muitas crateras e que as áreas de cores mais claras geralmente têm mais crateras do que as áreas mais escuras. Muitas regiões de crateras incluem pequenas crateras dentro de crateras de tamanho médio dentro de crateras gigantes, o que fornece evidências de que as crateras maiores são tão antigas que as mais novas e menores se formaram sobre elas.
2. Que tem essas áreas escuras conhecidas como maria (latim para “mares”), que têm relativamente poucas e principalmente crateras menores nelas. Essas regiões são notáveis ​​por terem uma cor e composição significativamente diferentes da maioria da Lua.

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É verdade que o mesmo lado da Lua está sempre voltado para nós, mas diferentes porções do hemisfério lunar ficam iluminadas ao longo do mês, dependendo das posições relativas da Terra, da Lua e do Sol.

Embora a Lua esteja travada por maré na Terra para que o mesmo lado esteja sempre voltado para o nosso planeta, o fato de a órbita da Lua ser elíptica e seguir as leis de movimento de Kepler garante que ela pareça balançar para frente e para trás ao longo de um mês. : um fenômeno conhecido como libração lunar. No geral, 59% da superfície lunar total, não 50%, é visível da Terra ao longo do tempo.

Além disso, como a órbita da Lua é elíptica, movendo-se mais rápido quando está mais perto da Terra e mais devagar quando está mais longe, a face visível da Lua muda levemente, um fenômeno conhecido como libração lunar . Mesmo que isso signifique que, ao longo de muitos meses, pudemos ver um total de 59% da Lua, não foi até 63 anos atrás, quando a espaçonave soviética lua 3 girou para o lado mais distante da Lua, que conseguimos nossas primeiras fotos do lado mais distante da Lua.

Embora não foi muito impressionante em termos de qualidade de imagem, foi notável por uma razão inesperada: o lado próximo da Lua parece muito diferente, em termos de feições de crateras e feições de maria, do lado distante, que sempre está voltado para longe de nós. Essa descoberta foi um choque e, por décadas, mesmo quando nossa imagem e compreensão desse lado indescritível de nosso vizinho planetário mais próximo melhorou em qualidade, faltou uma explicação sobre por que essa diferença existia.

A imagem original do lado oculto da Lua da missão Luna 3 da URSS (A), juntamente com sua restauração digital moderna (B), comparada com uma visão moderna do lado oculto da Lua do Lunar Reconnaissance Orbiter (C) da NASA.

Então, quais são as grandes diferenças entre o lado próximo e o lado distante?

Uma coisa que você notará imediatamente é a quase completa ausência da maria negra do outro lado. Há um proeminente no hemisfério norte da Lua, mas é pequeno. Talvez existam alguns menores, mais rasos e conectados no hemisfério sul, mas nenhum deles é tão largo, profundo ou abrangente quanto qualquer um do lado próximo da Lua. Os maria são muito diferentes entre o lado próximo e o lado distante.

Talvez a segunda coisa que você verá seja o quanto mais proeminente e completamente cheio de crateras é o lado mais distante. Com muito mais área de superfície desprovida dessas marias, há mais regiões que parecem ser mais antigas e com mais crateras. Isso leva a mais crateras com raios que parecem irradiar delas, até mesmo cruzando umas com as outras do outro lado.

Embora isso tenha sido descoberto pela primeira vez em 1959, demorou muito mais para encontrar uma razão para esse mistério. Veja bem, há uma explicação óbvia — que talvez você tenha pensado em si mesmo — mas acaba sendo errado.

Esta visão da Apollo 8 da superfície lunar olha para o sul a 162 graus de longitude oeste, mostrando um terreno acidentado que é característico do hemisfério lunar do lado oposto. As feições com muitas crateras, incluindo muitas crateras dentro de crateras, mostram sua idade, enquanto a falta de maria revela uma espessura crustal maior do que o lado próximo.

Nossa experiência nos diz que o Sistema Solar está cheio de cometas e asteróides perigosos, mergulhando periodicamente nos confins da vizinhança de nossa estrela. Quando as coisas vão bem para os mundos internos, esses corpos produzem exibições espetaculares, como caudas de cometas e chuvas de meteoros. Mas quando as coisas vão mal, um desses grandes corpos se choca com um maior, criando um impacto catastrófico e, se houver vida no mundo que for atingido, um potencial evento de extinção.

A explicação “óbvia” seria que, quando essas rochas espaciais maciças se dirigem para a Lua a partir do distante lado, não há nada no caminho, e todo objeto que o atingiria absolutamente o faz. Mas quando você se aproxima da Lua do aproximar lado, a Terra está no caminho, e que podemos agir como um escudo para objetos que, de outra forma, impactariam o lado mais próximo da Lua. Ao fazer isso, a Terra poderia absorver esses impactos ou desviar gravitacionalmente esses impactos potenciais para longe da Lua.

Essa é a explicação óbvia.

Embora a Terra possa ser grande e massiva em comparação com a Lua, ambos os corpos são muito pequenos em comparação com a distância entre eles. Leva cerca de 1,25 segundos para a luz viajar de ida da Terra para a Lua, e a separação Terra-Lua é cerca de 40 vezes o diâmetro da Terra.

Mas quando olhamos para os detalhes do sistema Terra-Lua, essa explicação tem alguma razão?

É uma boa tentativa de dar sentido ao que vemos, mas o fato de que a distância Terra-Lua é cerca de quarenta vezes maior que o diâmetro da Terra significa que a diferença no número de impactos no lado mais próximo da Lua em relação ao lado distante deve ser inferior a 1% quando executamos os números. E isso simplesmente não é o caso; o lado distante é cerca de 30% mais cheio de crateras do que o lado próximo, uma diferença tremenda que não pode ser explicada quantitativamente por esse efeito de deflexão gravitacional.

Além disso, esta explicação não oferece diferenças para a abundância e tamanho dos maria que aparecem no lado próximo versus o lado distante. Os impactos não são pensados ​​para causar isso; eles são o resultado de fluxos de lava basáltica. O fato de a Terra oferecer uma pequena quantidade de proteção planetária para o lado mais próximo da Lua simplesmente não pode explicar esse recurso.

Então, o que explica as diferenças entre o lado próximo e o lado distante? A resposta, ao que parece, tem algo a ver com colisões espaciais, mas não com cometas e asteróides.

Esta animação apresenta imagens de satélite do lado mais distante da Lua, iluminada pelo Sol, enquanto cruza entre a Earth Polychromatic Imaging Camera (EPIC) da espaçonave DSCOVR e o telescópio, e a Terra – um milhão de milhas (1,6 milhão de km) de distância. O lado distante da Lua é muito diferente do lado próximo.

Comparado com tudo o que nosso planeta experimentou nos últimos 65 milhões de anos, o asteroide que eliminou os dinossauros foi um grande problema. Tinha cerca de 5 a 10 km de diâmetro, ou o tamanho de uma montanha muito grande. Mas se voltarmos cerca de 4,55 bilhões de anos na história, descobriríamos que o impactor de Chicxulub não foi absolutamente a maior colisão na história da Terra, nem de longe.

Nós nem percebemos isso até que trouxemos rochas da Lua e descobrimos que elas são feitas exatamente do mesmo material que a Terra é feita! Esta foi uma grande surpresa, porque nenhum outro companheiro de lua/planeta no Sistema Solar— nem Júpiter e suas luas, nem Marte e suas luas, nem Saturno e suas luas — são assim. Por que isso seria o caso?

Cerca de 4,5 bilhões de anos atrás, quando o Sistema Solar ainda estava em sua infância, a Terra estava formada principalmente e tinha cerca de 90-95% de sua massa atual. Mas havia outro planetóide muito grande do tamanho de Marte que estava em uma órbita quase idêntica à da Terra. Por dezenas de milhões de anos, esses dois objetos dançaram de forma instável para longe e em direção um ao outro. E então, finalmente, cerca de 50 milhões de anos após a formação do Sistema Solar, eles colidiram um com o outro!

Quando dois grandes corpos colidem, como aconteceu entre a Terra e Theia no início do Sistema Solar, eles geralmente formam mais um corpo massivo como resultado, mas os detritos levantados da colisão podem se unir em uma ou mais luas grandes. Este provavelmente foi o caso não apenas da Terra, mas também de Marte e Plutão e seus sistemas lunares.

A grande maioria de ambos os protoplanetas acabou formando a Terra, enquanto uma grande quantidade de detritos foi lançada para o espaço. Com o tempo, uma quantidade significativa desses detritos se uniu gravitacionalmente para formar a Lua, enquanto o resto caiu de volta à Terra ou escapou para outro lugar do Sistema Solar. Por mais louco que parecesse quando foi proposto na década de 1970, essa passou a ser a teoria aceita - verificada por muitos fenômenos observáveis ​​que correspondem às previsões - nos últimos 40 anos. Além disso, agora há evidências de que as luas em torno de outros mundos rochosos, como Marte e Plutão, provavelmente também se formaram a partir de impactos gigantes.

Essa colisão deve ter acontecido muito cedo na história do Sistema Solar, e a Terra ainda estava muito quente quando aconteceu: cerca de 2.700 Kelvin! A Lua, inicialmente, provavelmente estava localizada muito mais perto de nós e estava girando mais rapidamente, mas ainda estava a dezenas de milhares de quilômetros de distância. Depois de apenas centenas de milhares de anos, a Lua parou de girar, tornando-se presa de maré à Terra.

Mas há um grande efeito de ter essa fonte extra de calor (a Terra) por perto, além de ter a Lua já travada por maré (com um lado sempre voltado para nós) para nós. Combinados, esses dois efeitos significavam que o lado próximo da Lua ficaria muito mais quente, por muito tempo, do que o lado distante!

Cerca de 50 milhões de anos após a formação da Terra, ela foi atingida por um grande objeto do tamanho de Marte chamado Theia. As consequências da colisão superaqueceram a Terra e levantaram uma enorme quantidade de detritos, uma grande fração dos quais acabou formando a Lua. O restante escapou do sistema Terra-Lua ou caiu em um dos dois corpos. Enquanto o lado mais distante da Lua esfriava mais rapidamente, o lado mais próximo, por estar voltado para a Terra quente, permaneceu mais quente por muito mais tempo.

Os maria que vemos são evidências de fluxos de lava, onde a rocha derretida fluiu para as grandes bacias e planícies na superfície lunar. Enquanto o lado distante da Lua esfriou relativamente rápido e formou uma crosta espessa em pouco tempo, o lado próximo experimentou um grande gradiente de temperatura, causado por estar próximo de uma Terra muito quente e muito mais próxima.

O que acontece ao rock na presença de calor suficiente? Passa da fase sólida para a fase líquida. O lado próximo da proximidade da Lua com uma Terra jovem e muito quente deixou grandes porções do lado próximo da Lua no estado líquido por mais tempo, o que significa que quaisquer impactos seriam simplesmente absorvidos por um mar de lava derretida. Assim como os meteoros que atingem os oceanos da Terra, os que aterrissam nos antigos oceanos de lava da Lua não deixaram cicatrizes!

No final de 1969, a lava pode ser vista fluindo para a Cratera 'Alo'i durante a erupção do Mauna Ulu. Quando uma rocha é lançada na lava, seja da Terra ou de um impacto extraterrestre, uma cratera de impacto não permanecerá, pois o líquido simplesmente se formará novamente ao redor do local do impacto. Isso também se aplica ao material fundido na Lua.

Foi apenas em 2014, impressionantes 55 anos depois de vislumbrarmos pela primeira vez o lado oculto da Lua, que um estudo de Arpita Roy, Jason Wright e Stein Sigurdsson parecia ter sintetizado esta história completa e apresentou as provas necessárias para apoiá-lo .

O que eles fizeram foi notável para demonstrar o poder dessa explicação. Eles criaram um modelo do sistema Terra-Lua primitivo e acompanharam sua evolução. Uma vez que a Lua se forma, geralmente gira rapidamente em relação à Terra, mas as forças de maré que atuam na Lua eram muito fortes: a Terra é muito massiva em comparação com a Lua (cerca de 70 vezes mais maciça) e, se a Lua estivesse mais próxima no passado, as forças de maré poderiam ter sido suficientes para bloquear a Lua para nós em ~ 100.000 anos ou menos.

O estudo mostrou que simplesmente por ter uma Terra quente perto o suficiente de uma Lua bloqueada por maré – apenas adicionando essa fonte de calor unilateral – poderia criar a diferença de espessura da crosta, bem como diferenças químicas elementares entre os dois lados.

Essas seis vistas ortográficas mostram uma mistura do lado próximo e do lado distante da Lua em intervalos de rotação de 60 graus, como tirada com a câmera de grande angular da missão Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA. Todas as imagens são centradas em 0 graus de latitude.

Finalmente, depois de mais de meio século ponderando sobre o mistério do lado oculto da Lua, podemos afirmar com confiança não apenas como a Lua se formou, mas por que suas duas faces são tão diferentes! Sabemos que a Lua brilha refletindo a luz do Sol, mas quem imaginaria que era a jovem Terra, brilhando forte e quente no céu da Lua, que tornaria os dois lados tão diferentes?

E, no entanto, essa é precisamente a explicação que funciona. Não importa quão louca ou incomum sua ideia possa ser, se ela tiver um poder explicativo suficientemente forte para explicar o que observamos, pode ser a ideia necessária para resolver qualquer quebra-cabeça que você esteja considerando. Isso é apenas parte da maravilha e alegria da ciência, e da emoção de descobrir os segredos da nossa realidade!

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