Rispetto ai satelliti degli altri pianeti del Sistema Solare, la Luna è smisuratamente grande, con un diametro di 3.474 km che è circa il quarto di quello terrestre (12.742 km). L’unica situazione analoga a quella della relazione tra le dimensioni di Terra e Luna è riscontrabile nella coppia Plutone – Caronte, dove il rapporto di Plutone con il proprio satellite è uno straordinario uno a due; non dobbiamo però dimenticare che, da quando nel 2006 una decisione dell’Unione Astronomica Internazionale l’ha relegato al ruolo di pianeta nano, Plutone, con i suoi 2.400 km di diametro, non è più il nono pianeta del Sistema Solare. Di conseguenza, al primo posto della classifica dei satelliti più grandi in rapporto alle dimensioni del pianeta attorno cui orbitano si trova proprio il nostro e si tratta di un primato che, con ogni probabilità, è dovuto proprio alle stesse origini della Luna.
Le varie teorie avanzate nel corso del tempo sulla formazione del Sistema Solare possono spiegare abbastanza facilmente la nascita delle famiglie di lune dei pianeti giganti con l’aggregazione di materiali di scarto rimasti in orbita (modello di co-accrescimento), ma nel caso del sistema Terra – Luna questo modello non funziona. Innanzitutto, bisogna capire come mai la Terra, da sola, avesse così tanta materia in eccesso da poterla “sacrificare” per la creazione di un satellite tanto grande; in aggiunta, il momento angolare del sistema è troppo alto perché la Luna possa essersi formata a partire da un disco in lenta rotazione su se stesso (come è successo invece nel caso di altri sistemi).
Nel corso dell’Ottocento, per spiegare le origini della Luna gli astronomi formularono due ipotesi: la teoria della cattura e la teoria della fissione. Secondo il modello della cattura, la Luna si formò da qualche parte del Sistema Solare, in un punto diverso da quello in cui si trova oggi, e poi a un certo punto fu per l’appunto “catturata” dall’attrazione gravitazionale della Terra. Si noti tuttavia che questo modello non spiega alcune cose (ad esempio, non giustifica il fatto che la Luna sia molto meno densa della Terra); soprattutto, richiede che si verifichi tra i due corpi un altamente improbabile, nonché inverosimile, incontro ravvicinato. L’unico caso noto, nel Sistema Solare, di satellite catturato è quello di Tritone; tuttavia, il pianeta Nettuno attorno a cui orbita è un pianeta gigante e, come se non bastasse, si trova nella parte più esterna del Sistema Solare, caratterizzata da condizioni molto diverse da quelle della regione in cui si muove invece il nostro pianeta (il terzo per distanza dal Sole).
La teoria della fissione, inizialmente, fu promossa dal figlio di Charles Darwin, George, che alle scienze della vita e alla teoria dell’evoluzione preferì l’osservazione del cielo. George Darwin studiò a lungo le forze mareali esistenti fra Terra e Luna e, grazie ai dati raccolti in vari anni di osservazioni, poté concludere (correttamente) che un tempo i due astri erano molto più vicini di quanto non siano oggi; spingendo oltre il ragionamento, Darwin ipotizzò che Terra e Luna dovessero originare da un singolo corpo, in rapida rotazione, da cui fu espulsa la materia che, una volta in orbita, avrebbe poi dato origine al nostro satellite. La teoria della fissione godette di molti anni di popolarità, finché da studi ulteriori condotti nei primi anni del Novecento non emerse che lo scenario dell’espulsione era, fondamentalmente, del tutto impossibile.
Fu poi necessario attendere gli anni Settanta perché i quasi 400 chilogrammi di rocce lunari raccolti durante le missioni Apollo e studiati dagli scienziati della NASA fornissero dati concreti sulla composizione del nostro satellite. I campioni rivelarono che i rapporti fra isotopi stabili nei due corpi celesti sono praticamente identici, elemento che suggerisce un’origine comune.
Una volta consapevoli della realtà dei fatti, alcuni scienziati ripresero in considerazione una teoria degli anni quaranta proposta dal geologo canadese Reginald Aldworth Daly come versione modificata della teoria della fissione di George Darwin. Soprannominata l’ipotesi dell’impatto gigante, e al tempo della sua formulazione poco presa in considerazione nell’ambiente scientifico, la teoria prevedeva che la materia che avrebbe poi formato la Luna provenisse sì da una sorta di proto-Terra, ma non sarebbe stata espulsa a causa delle forze centrifughe legate a una rapida rotazione; piuttosto, la causa sarebbe da ricercarsi in una collisione interplanetaria con un corpo delle dimensioni di un pianeta.
Grazie ai lavori di William Hartmann e Donald Davis prima, e quelli di Alastair Cameron e William Ward qualche anno dopo, a metà degli anni settanta, fu poi formulata un’ipotesi più precisa: un corpo delle dimensioni di Marte avrebbe potuto formarsi nella nostra regione del Sistema Solare e, a un certo punto, colpire tangenzialmente la Terra. Un evento del genere sarebbe risultato nella fusione e successiva espulsione in orbita di grandi quantità del corpo impattante insieme a una parte sostanziale del mantello terrestre, mentre la maggior parte del nucleo ferroso del corpo impattante sarebbe stato assorbito dalla Terra. Il calore generato dall’impatto spiegherebbe la mancanza di acqua nelle rocce lunari, anche se non avrebbe dovuto essere troppo intenso perché, altrimenti, non potrebbe rendere conto della sopravvivenza di elementi volatili nei campioni riportati dalle missioni Apollo.
Nel 2000, il geochimico britannico Alexander Halliday propose, come nome per il pianeta responsabile dell’impatto, quello della dea greca Theia, madre di Selene (dea della Luna, secondo la mitologia greca). Secondo la teoria oggi più condivisa, Theia deve essersi formata molto vicino alla Terra (altrimenti non si spiegherebbe la composizione molto simile delle rocce terrestri e lunari), in specifiche posizioni di equilibrio gravitazionale lungo l’orbita della Terra intorno al Sole (detti punti di Lagrange), dove l’influenza del nostro pianeta sarebbe stata minima. In questi punti, Theia avrebbe potuto crescere fino a raggiungere il 10 per cento circa della massa della Terra, prima che la sua orbita venisse disturbata per sempre, condannando il pianeta a un’inevitabile collisione con il nostro circa 4,45 miliardi di anni fa.
Restano però alcune questioni aperte, per risolvere le quali è stato anche ipotizzato che la Terra e la Luna si siano in realtà formate insieme a partire da una collisione fra due corpi inizialmente molto più grandi. Molto recentemente, nel 2016, il californiano Edward Young ha portato nuove prove chimiche del fatto che Theia e la Terra avrebbero veramente potuto collidere una contro l’altra, mescolando i rispettivi materiali costituenti.
Una prova definitiva di cosa possa essere davvero successo non è (ancora?) alla nostra portata, ma sembra comunque chiaro che abbiamo ancora molte cose da capire sull’argomento e che le origini della Luna, e forse anche della stessa Terra, sono state piuttosto complesse.
