A origem de Theia no Sistema Solar interior: a colisão que acabou por criar a Lua

Há cerca de 4,5 mil milhões de anos, um corpo com dimensões aproximadas às de Marte, conhecido como Theia, embateu na proto-Terra. O choque foi tão energético que transformou ambos os objetos numa massa incandescente de rocha e metal fundidos. Quando os fragmentos ejetados voltaram a juntar-se, o sistema estabilizou em dois corpos distintos, presos por gravidade numa dança orbital: a Terra e a Lua.

A grande pergunta, porém, permanece: de onde veio Theia? As evidências mais recentes apontam para uma origem surpreendentemente “aqui perto” - no Sistema Solar interior, a região mais quente e densa do disco onde se formaram os planetas rochosos. Mais ainda, Theia poderá ter nascido ainda mais perto do Sol do que a órbita onde a Terra se encontra hoje, e possivelmente mais perto do que grande parte do material que acabou por se agregar na formação do nosso planeta jovem.

Estas conclusões são apresentadas num estudo recente conduzido por investigadores do Instituto Max Planck de Investigação do Sistema Solar (MPS) e da Universidade de Chicago.

Isótopos como “impressões digitais” da formação de Theia e da proto-Terra

Para reconstruir esta história antiga, a equipa analisou amostras da Terra, da Lua e de meteoritos, comparando as proporções de diversos isótopos - variantes de um mesmo elemento químico que diferem por terem menos ou mais neutrões no núcleo, tornando-se mais leves ou mais pesados.

Segundo o cosmoquímico do MPS Thorsten Kleine, a composição química de um corpo funciona como um arquivo: regista a sua trajetória de formação, incluindo onde se formou no disco protoplanetário.

As diferenças de isótopos não se distribuem ao acaso. No passado remoto, pequenas variações no interior da enorme nuvem molecular que deu origem ao Sol e ao seu disco protoplanetário favoreceram a acumulação desigual de elementos e isótopos em zonas distintas. Como uma massa mal misturada, essas proporções ficaram “presas” ao material local, deixando uma assinatura química que pode ser rastreada milhares de milhões de anos depois.

Como a diferenciação planetária separa ferro e zircónio (e porque isso importa)

À medida que um planeta arrefece, os seus materiais não ficam uniformemente distribuídos: tendem a separar-se consoante a massa, o ponto de fusão, a solubilidade e a afinidade por outros minerais. Por isso, certos elementos surgem em concentrações diferentes nas várias camadas do planeta. Na Terra, por exemplo, ferro e zircónio apresentam distribuições distintas entre as suas camadas internas.

O ferro, acompanhado por metais com forte afinidade por ele - como o molibdénio - teria afundado rapidamente rumo às profundezas do núcleo da proto-Terra, concentrando-se no interior do planeta. O zircónio, pelo contrário, manteve-se no manto ao longo de toda a existência da Terra e não migrou para o núcleo.

Daqui resulta uma inferência importante: se hoje existe ferro no manto terrestre, uma parte relevante desse ferro pode ter chegado depois de a Terra se ter reorganizado e solidificado - potencialmente trazido por um impacto colossal capaz de reconfigurar o planeta, como o impacto associado a Theia.

Meteoritos não carbonáceos (NC) e condritos carbonáceos (CC): cápsulas do tempo do Sistema Solar

Para perceber a origem do objeto que transportou esse material, os investigadores compararam assinaturas isotópicas de diferentes regiões do Sistema Solar. É aqui que entram os meteoritos, que são particularmente úteis por manterem, em muitos casos, uma composição muito antiga, funcionando como cápsulas do tempo.

• Os meteoritos provenientes do Sistema Solar interior, isto é, da zona do disco onde se formaram os planetas rochosos, são conhecidos como meteoritos não carbonáceos (NC). Têm natureza sobretudo rochosa e, por se formarem mais perto do Sol, perderam grande parte do carbono e de outros materiais voláteis, “cozidos” pelas temperaturas mais elevadas.
• Os meteoritos associados ao Sistema Solar exterior são os condritos carbonáceos (CC). Formaram-se em ambientes mais frios e, por isso, tendem a ser mais ricos em carbono, preservando também água retida no seu interior.

De forma geral, as proporções isotópicas observadas no manto terrestre alinham-se com meteoritos típicos do Sistema Solar interior. No entanto, ao isolar o contributo atribuído a Theia, a equipa encontrou um conjunto de rácios isotópicos que, segundo os autores, não coincidia com os blocos de construção habituais associados à Terra e incluía valores que não tinham sido reconhecidos anteriormente.

Theia no Sistema Solar interior: um cenário em que Terra e Theia eram vizinhas

A equipa também verificou que a “assinatura” química lunar para elementos como ferro, crómio, cálcio, titânio e zircónio é muito semelhante à da Terra. Essa proximidade força a procurar subtilezas noutros marcadores isotópicos e noutras comparações com materiais conhecidos do Sistema Solar, para se estimar quais terão sido os ingredientes que compunham Theia.

No conjunto, o cenário considerado mais convincente é que tanto a Terra como Theia se formaram sobretudo a partir de material do Sistema Solar interior. Como resume o autor principal, o geocientista do MPS Timo Hopp, a explicação que melhor encaixa nos dados é que a maior parte dos “tijolos” de construção de ambos os corpos veio dessa região - o que torna plausível que a Terra e Theia tenham sido vizinhas durante a fase de acreção.

Depois do impacto: a Lua continua a afastar-se

O resto da história é bem conhecido: a colisão entre estes dois corpos acabou por dar origem à Lua. Desde então, a Lua tem-se afastado lentamente da Terra e, atualmente, está a aumentar a sua distância a um ritmo de cerca de 3,8 centímetros por ano - um valor pequeno à escala humana, mas significativo em escalas geológicas.

O que estas conclusões mudam e o que pode vir a seguir

Se Theia se formou no Sistema Solar interior e possivelmente ainda mais perto do Sol do que a Terra atual, isso reforça a ideia de que as diferenças químicas decisivas entre objetos podem ser subtis e exigir comparações isotópicas muito detalhadas. Em outras palavras, dois corpos “próximos” no mapa do disco protoplanetário podem partilhar muitas semelhanças, mas ainda assim preservar pequenas diferenças capazes de denunciar trajetórias de formação distintas.

Além disso, novas análises a amostras lunares e a meteoritos - bem como futuras recolhas em missões de retorno de amostras - poderão ajudar a refinar a “lista de ingredientes” de Theia, testando se as assinaturas isotópicas atribuídas ao impactor se repetem noutros materiais do Sistema Solar interior ou se representam, de facto, uma combinação rara.

Esta investigação foi publicada na revista Ciência.