El colosal impacto que formó las lunas de Marte

¿De dónde vienen Fobos y Deimos, las dos lunas de Marte? Durante mucho tiempo, sus formas irregulares parecían sugerir que se trataba de asteroides "capturados" por la gravedad del Planeta Rojo. Sin embargo, las trayectorias de sus órbitas contradicen frontalmente esta hipótesis. Ahora, dos estudios independientes, aunque complementarios, acaban de aclarar el misterio. Uno de los trabajos se publica en The Astrophysical Journal y ha sido llevado a cabo por investigadores del CNRS francés (Centre National de la Recherche scientifique) y la Universidad de Marsella y muestra que el único escenario compatible con las propiedades de Fobos y Deimos es el de una gran colisión contra Marte. En el segundo estudio, investigadores franceses, belgas y japoneses realizaron una simulación informática para mostrar cómo ambos satélites pudieron formarse a partir de los escombros de un gigantesco impacto entre Marte y un protoplaneta que debió tener un tercio de su tamaño. El trabajo se publicó ayer en la revista Nature Geoscience.

El origen de los dos satélites naturales de Marte, Fobos y Deimos, ha sido hasta ahora un misterio. Debido a sus tamaños pequeños y a sus formas irregulares ambos se parecen mucho a asteroides, pero nadie ha podido comprender, ni reconstruir, el proceso que permitió a Marte "capturar" estos dos cuerpos errantes y convertirlos en dos satélites con órbitas ecuatoriales casi perfectamente circulares.

Pero existe otra teoría. En los lejanos tiempos de su formación, hace unos 4.000 millones de años, Marte sufrió una gigantesca colisión con otro cuerpo de tamaño planetario. Algo parecido a lo que sucedió aquí, en la Tierra, cuando los escombros levantados por el impacto de un cuerpo del tamaño de Marte dieron origen a nuestra Luna. Sin embargo, por qué alrededor de Marte los restos del impacto crearon dos satélites pequeños y no uno grande, como sucedió en nuestro planeta?

Una tercera posibilidad es que Fobos y Deimos se formaran al mismo tiempo que el propio Marte, lo cual encajaría con el hecho de que ambos tengan casi exactamente la misma composición que el planeta, aunque su baja densidad parece contradecir esta hipótesis. Ahora, por fin, el rompecabezas ha sido resuelto por los dos estudios independientes publicados esta semana: las lunas marcianas se formaron, sin lugar a dudas, como consecuencia de una gran colisión sucedida hace varios miles de millones de años.

Una gran luna desaparecida

En uno de los trabajos, los investigadores franceses, belgas y japoneses ofrecen, por primera vez, un escenario completo y coherente para la formación de Fobos y Deimos. Las dos lunas se formaron tras una colisión entre Marte y un cuerpo primordial de un tercio de su tamaño, entre 100 y 800 millones de años después del comienzo de la formación del Planeta Rojo. Según los investigadores, los escombros de esta colisión crearon un espeso disco alrededor de Marte, con una zona interna hecha de materia muy densa y fundida por el calor del impacto, y una zona externa delgada y fría, formada principalmente por gases. En la zona interior del disco, muy cerca de Marte, llegó a formarse una gran luna mil veces mayor que Fobos, que sin embargo desapareció poco después.

Sin embargo, las interacciones gravitatorias creadas en el disco exterior por ese primer gran satélite debieron de actuar como un catalizador para la recolección de los desechos necesarios para formar otras lunas más pequeñas, y más distantes del propio Marte. Apenas unos pocos miles de años tras el impacto inicial, pues, Marte se vio rodeado por un grupo de unas diez pequeñas lunas y por un gigantesco satélite que orbitaba muy cerca de él. Pero esa situación duró poco, puede que no mas de un puñado de millones de años. Entonces, la propia gravedad marciana hizo que la mayor parte de esos satélites, incluído el más grande, volvieran a caer sobre el Planeta Rojo. Solo las dos lunas más pequeñas y alejadas, Fobos y Deimos, lograron quedarse.

Debido a la gran cantidad de fenómenos físicos que formaron parte de este proceso, no es posible llevar a cabo una sola simulación que reconstruya la escena en su totalidad. Por eso, el equipo capitaneado por Pascal Rosenblatt y Sébastien Charnoz tuvieron que combinar tres simulaciones de última generación para dar cuenta de la física detrás de la gigantesca colisión, de la dinámica de los escombros resultantes del impacto y su proceso de acreción para formar los satélites, así como de la evolución a largo plazo de esos satélites.

Firma de luz

En el otro estudio, los investigadores del Instituto de Astrofísica de Marsella y del CNRS francés descartaron la posibilidad de que Fobos y Deimos hubieran sido capturados por Marte basándose en argumentos estadísticos sobre la diversidad de las composiciones de las rocas del cinturón de asteroides. Los científicos, además, demostraron que la "firma de luz" emitida por Fobos y Deimos es incompatible con la de la mayor parte de los asteroides del cinturón. En efecto, a partir de la firma de luz dedujeron que ambos satélites marcianos están hechos de polvo de grano muy fino, una composición muy diferente a la de las principales clases de componentes del cinturón. Sus resultados, pues, llevaron a los investigadores a apoyar el escenario de la colisión.

La teoría del impacto, además, podría explicar también por qué el hemisferio norte de Marte tiene una altitud tan baja comparado con el hemisferio sur. La razón podría ser que la cuenca boreal marciana estuviera formada por los restos de la gigantesca colisión. La investigación, por último, sugiere que los sistemas de satélites que se crearon tras el impacto afectaron a la velocidad de rotación del planeta. En aquellos momentos, por ejemplo, la Tierra estaba rotando muy rápidamente (en menos de cuatro horas), mientras que Marte lo hacía seis veces más despacio.