Cuando un astrónomo aficionado consigue un telescopio, o cuando los visitantes de la Noche de las Estrellas se asoman por alguno de los 100 telescopios (o más) que se montan en dicha fecha en la Ciudad Universitaria de la BUAP, lo que más les llama la atención es la Luna.
Pues bien, en 1609, Galileo Galilei fue el primero en apuntar hacia la Luna mediante un telescopio. Galileo describió detalladamente en su obra Siderius Nuncius (Mensajero Sideral) las observaciones astronómicas que en los dos últimos meses había logrado con el telescopio que acababa de construir. Hasta ese entonces se creía que la Luna y los cuerpos celestes eran esferas perfectas, pues lo de allá arriba debía ser perfecto, divino, no como lo de la Tierra. De sus observaciones lunares, Galileo concluyó:
“…La Luna no es lisa ni tiene forma exactamente esférica, como ha opinado la turba de filósofos, lo mismo que de otros cuerpos celestes. Todo lo contrario. Es desigual, áspera, con cavidades, con elevaciones, tal cual la tierra en su superficie, que tiene montes y cañadas, valles y depresiones…”
Las depresiones circulares en la superficie Lunar observadas por Galileo eran lo que ahora conocemos como “cráteres”. De hecho, la palabra cráter viene del griego κρατήρ (kratēr), que significa “tazón para mezclar” y se acuñó debido a la similitud de las depresiones lunares con la forma de un tazón antiguo que se utilizaba para mezclar vino y agua.
Pero ¿cuál era el origen de dichos cráteres?
Décadas después de las observaciones de Galileo se propusieron dos mecanismos posibles: impactos y erupciones. Mientras que una erupción volcánica claramente generaría un cráter, en aquel entonces se consideraba al espacio vacío y la hipótesis de impactos quedó olvidada. Así, durante más de 200 años la hipótesis del origen volcánico fue dominante. Destacados astrónomos intentaron rescatar la teoría de impacto a inicios del siglo XIX, como el alemán Franz Von Paula Gruithuisen. Infortunadamente, el mismo Gruithuisen había publicado unos meses antes haber observado vacas pastando en las praderas lunares; acusado de “lunático” fue ignorado. La hipótesis de impacto fue retomada a inicios del siglo pasado, cuando Alfred Weneger realizó impactos en materiales granulares a escala de laboratorio durante dos años (1918-1919). Las distintas morfologías de los cráteres obtenidos en sus experimentos reproducían aquellas observadas en la Luna: cráteres simples, con picos centrales, terrazas, borde elevados, etcétera, (Weneger 1921). Por otro lado, estudios geológicos realizados desde 1866 del cráter Barringer (Meteor Crater) en Arizona concluyeron que dicho cráter había sido formado por un meteorito de acero de unos 200 metros de diámetro. Todo apuntaba a que, como el cráter de Arizona, los cráteres lunares habían sido formados por impactos de meteoritos. Trabajos posteriores apuntalaron la teoría de impacto, la cual fue finalmente aceptada allá por los años 70’s, después de la llegada del hombre a la Luna.
Increíble, ¿no? Aunque todos hoy en día respondemos con certeza que los cráteres lunares fueron formados por impactos de meteoritos, llevamos solamente unos 50 años aceptando totalmente dicha teoría.
Cráteres en el laboratorio y sistemas de rayos
¿Y ahí termina la historia de los cráteres? Pues no. Dado que el proceso de formación de un cráter por impacto de meteorito no puede estudiarse a escala natural, durante las últimas décadas se han realizado estudios a escala de laboratorio usando materiales granulares. En un experimento típico, una esfera sólida se impacta contra una cama de arena y se filma con una cámara de alta velocidad (digamos que equivalente a tomar miles de fotos en un segundo). Tras la colisión, el material es expulsado desde el punto de impacto formando una cortina uniforme de granos que se dispersa radialmente, mientras se crea una depresión en el suelo que toma la forma final del cráter. De dichos experimentos, se ha demostrado que la morfología de los cráteres resultantes a esta pequeña escala y las ecuaciones que describen su forma y tamaño son muy similares a las encontradas en cráteres planetarios.
Figura 1. Imagen de la Luna. Crédito: Eleazar Trujillo-García
Finalmente, observa detalladamente la Luna de la Figura 1 (o la del cielo nocturno si cuentas con un telescopio). Seguramente notarás unas lineas delgadas en forma de rayos saliendo del cráter más visible; dicho cráter se llama Tycho, y al conjunto de líneas se les denomina “sistema de rayos”. Resulta que los sistemas de rayos han sido un enigma para los científicos durante los últimos 50 años. Es sabido que son eyecciones de material que salen del punto de impacto, pero no queda claro el mecanismo que las generó.
Nuevamente los experimentos a escala de laboratorio han sido de gran ayuda. En los dos últimos años, se mostró que existen dos condiciones bajo las cuales dichas eyecciones son producidas: a) cuando un proyectil esférico impacta contra una superficie ondulada (Sabuwala 2018), o b) cuando un proyectil con curvaturas pronunciadas impacta contra una superficie plana (Pacheco 2019). Lo anterior parece ir bien con la lógica, ya que las superficies planetarias no son necesariamente planas y los meteoritos no son esferas perfectas. Los sistemas de rayos son entonces producidos cuando el material es expulsado en dirección no-radial, ya sea debido a la topografía de la superficie, a la forma del proyectil, o una combinación de ambas, que producen eyecciones que pueden converger y ser redirigidas en un solo rayo.
Figura 2. Comparación de la expulsión de material uniforme debido al impacto de un proyectil perfectamente esférico y el sistema de rayos producido por un proyectil con protuberancias. Crédito: Felipe Pacheco Vázquez (IFUAP)
Durante la Noche de las Estrellas 2019, que se celebrará el próximo 30 de noviembre, puedes asistir a la Ciudad Universitaria de la BUAP y aprender más sobre experimentos con materiales granulares que han permitido explicar tanto la morfología de cráteres como la formación de sistemas de rayos. También puedes visitar el laboratorio en donde se realizaron los experimentos que explican uno de los mecanismos de formación de cráteres. Dichos experimentos también mostraron que los cráteres se hacen circulares independientemente de la forma del proyectil cuando el impacto es muy energético, lo cual explica por qué los cráteres que observas con tu telescopio en la superficie de la Luna son circulares, aun cuando los meteoritos que los formaron son amorfos.
¡Te esperamos en la BUAP!
Referencias
Weneger. (1921). Die Entstehung der Mondkrater, Sammlung Vieweg, Heft 55
Sabuwala y otros. (2018).Phys. Rev. Lett. 120, 264501
Pacheco. (2019). Phys. Rev. Lett. 122, 164501