La luna della Terra è di vitale importanza nel rendere la Terra il pianeta che conosciamo oggi: la luna controlla la lunghezza del giorno e le maree oceaniche, che influenzano i cicli biologici delle forme di vita sul nostro pianeta. La luna contribuisce anche al clima terrestre stabilizzando l'asse di rotazione della Terra, offrendo un ambiente ideale per lo sviluppo e l'evoluzione della vita.
Poiché la luna è così importante per la vita sulla Terra, gli scienziati ipotizzano che una luna possa essere una caratteristica potenzialmente benefica nel rendere altri pianeti abitabili. La maggior parte dei pianeti ha lune, ma la luna della Terra è distinta in quanto è grande rispetto alle dimensioni della Terra; il raggio della luna è più grande di un quarto del raggio della Terra, un rapporto molto più grande della maggior parte delle lune rispetto ai loro pianeti.
Miki Nakajima, assistente professoressa di scienze della terra e dell'ambiente presso l'Università di Rochester, trova questa distinzione significativa. E in un nuovo studio che ha condotto, pubblicato su Nature Communications, lei e i suoi colleghi del Tokyo Institute of Technology e dell'Università dell'Arizona, hanno esaminato le formazioni lunari e concluso che solo alcuni tipi di pianeti possono formare lune grandi rispetto ai loro pianeti ospiti.
Molti scienziati ritengono da tempo che la grande luna della Terra sia stata generata da una collisione tra la proto-Terra, la Terra nelle sue prime fasi di sviluppo, e un grande impattatore delle dimensioni di Marte, circa 4,5 miliardi di anni fa. La collisione ha provocato la formazione di un disco parzialmente vaporizzato intorno alla Terra, che alla fine si è addensato formando la luna.
Per scoprire se altri pianeti possono formare lune altrettanto grandi, Nakajima e i suoi colleghi hanno condotto simulazioni di impatto al computer, con un certo numero di ipotetici pianeti rocciosi simili alla Terra e pianeti ghiacciati di varie masse. Speravano di identificare se gli impatti simulati avrebbero portato a dischi parzialmente vaporizzati, come il disco che ha formato la luna della Terra.
I ricercatori hanno scoperto che i pianeti rocciosi più grandi di sei volte la massa della Terra (6M) e i pianeti ghiacciati più grandi di una massa terrestre (1M) producono dischi completamente, piuttosto che parzialmente, vaporizzati, e questi dischi completamente vaporizzati non sono in grado di formare lune frazionalmente grandi.
"Abbiamo scoperto che se il pianeta è troppo massiccio, questi impatti producono dischi completamente vaporizzati perché gli impatti tra pianeti massicci sono generalmente più energetici di quelli tra piccoli pianeti", ha spiegato Nakajima.
Dopo un impatto che si traduce in un disco vaporizzato, nel tempo, il disco si raffredda e emergono le lune liquide, i mattoni di una luna. In un disco completamente vaporizzato, le moonlet in crescita nel disco sperimentano una forte resistenza del gas, cadendo sul pianeta molto rapidamente. Al contrario, se il disco è solo parzialmente vaporizzato, le moonlet non sentono una resistenza al gas così forte.
"Di conseguenza, concludiamo che un disco completamente di vapore non è in grado di formare lune frazionalmente grandi", ha affermato Nakajima. "Le masse planetarie devono essere più piccole di quelle soglie che abbiamo identificato per produrre tali lune". I vincoli delineati da Nakajima e dai suoi colleghi sono importanti per gli astronomi che studiano il nostro universo; i ricercatori hanno rilevato migliaia di esopianeti e possibili esomoni, ma devono ancora individuare definitivamente una luna in orbita attorno a un pianeta al di fuori del nostro sistema solare.
Questa ricerca può dare loro un'idea migliore di dove guardare. Come dice Nakajima: "La ricerca di esopianeti si è tipicamente concentrata su pianeti più grandi di sei masse terrestri. Stiamo proponendo che invece dovremmo guardare a pianeti più piccoli perché sono probabilmente candidati migliori per ospitare lune frazionalmente grandi".