Durante décadas, la formación de los planetas rocosos ha sido una de las grandes preguntas abiertas de la ciencia planetaria. Sabemos que la Tierra, Marte, Venus y Mercurio surgieron del disco de gas y polvo que rodeaba al joven Sol, pero reconstruir exactamente qué ocurrió después resulta mucho más difícil. No existen imágenes de aquella época y la mayor parte de los materiales originales desaparecieron o fueron transformados durante miles de millones de años.
Un nuevo estudio publicado en Nature Astronomy propone ahora una explicación especialmente llamativa: la Tierra y Marte pudieron formarse de maneras sustancialmente diferentes pese a haber nacido en el mismo sistema solar. Investigadores de la Universidad de Copenhague han utilizado la composición química de ambos planetas y modelos estadísticos para reconstruir sus primeras etapas de crecimiento.
La conclusión central es que la formación planetaria habría seguido una fórmula híbrida, pero con proporciones muy diferentes. Según el modelo, al menos el 75% de la masa de la Tierra procedería de dos protoplanetas que crecieron principalmente mediante acreción de guijarros, mientras que los planetesimales habrían aportado hasta aproximadamente un 25%. En Marte ocurriría prácticamente lo contrario: alrededor de tres cuartas partes de su masa procederían de planetesimales y aproximadamente una cuarta parte de la acumulación de partículas pequeñas.
Para entender la importancia del resultado hay que detenerse en las dos principales vías de crecimiento planetario que estudia la investigación. La primera es la acreción de planetesimales. En este escenario, pequeños cuerpos sólidos, algunos de decenas o cientos de kilómetros, chocan entre sí, se unen y van construyendo cuerpos progresivamente mayores. Es una versión cósmica de una acumulación por impactos sucesivos.
La segunda es la acreción de guijarros. En lugar de depender fundamentalmente de grandes colisiones, un cuerpo que ya ha adquirido cierta masa puede capturar enormes cantidades de pequeñas partículas sólidas que se desplazan dentro del disco protoplanetario. La interacción entre la gravedad del cuerpo y el gas del disco facilita que esas partículas terminen incorporándose al planeta.
Estas dos vías no son necesariamente excluyentes. De hecho, el estudio de Copenhague respalda un modelo híbrido en el que ambos mecanismos intervienen. Lo novedoso es que la investigación plantea que la proporción entre ellos habría sido radicalmente distinta en la Tierra y Marte.
La diferencia ayuda además a explicar por qué dos planetas rocosos vecinos pueden terminar siendo tan distintos. La Tierra posee una gran masa, océanos, una atmósfera dinámica y una intensa actividad geológica, mientras Marte es mucho más pequeño y perdió gran parte de su atmósfera y de su agua superficial. El nuevo estudio no pretende explicar por sí solo toda esa evolución posterior, pero introduce una variable fundamental: ambos mundos pudieron comenzar con historias de construcción diferentes.
La química como una máquina del tiempo
La parte más interesante del trabajo está en cómo los investigadores intentan reconstruir un proceso ocurrido hace 4.500 millones de años. Para ello recurren a la composición química de la Tierra y Marte, especialmente a determinados elementos volátiles presentes en sus capas exteriores.
El sodio, el zinc y el potasio resultan especialmente útiles porque pueden evaporarse con relativa facilidad cuando las temperaturas son elevadas. Por ello, la cantidad que termina conservándose en el planeta puede proporcionar información sobre las condiciones y los procesos que acompañaron su formación.
La lógica es parecida a la de una investigación forense: si los acontecimientos originales han desaparecido, hay que buscar las huellas que dejaron. En este caso, esas huellas están almacenadas en la composición de los materiales que forman la corteza y el manto. Los investigadores introdujeron esos datos en modelos estadísticos para comprobar qué combinación de procesos reproduce mejor la composición observada.
El modelo parte de una cuestión especialmente importante: durante la acreción de guijarros, los materiales volátiles pueden perderse a medida que las partículas atraviesan el entorno caliente próximo al planeta. Los investigadores realizaron simulaciones para estimar esa pérdida y después compararon el resultado con la composición conocida de la Tierra y Marte.
De ahí surge la diferencia. La Tierra encaja mejor con un escenario en el que dos protoplanetas crecieron rápidamente mediante la incorporación de pequeñas partículas y posteriormente aportaron la mayor parte de la masa del planeta. Marte, en cambio, encaja mejor con una historia dominada por la acumulación y las colisiones entre planetesimales.
¿Por qué se formaron de manera diferente?
Ante esto, la siguiente pregunta es inevitable: si ambos planetas nacieron en el mismo sistema solar, ¿por qué recibieron recetas diferentes? Aunque la respuesta todavía no está completamente resuelta, se sabe que el disco protoplanetario que rodeaba al joven Sol no era homogéneo, ya que existían marcadas diferencias de temperatura, densidad, composición y movimiento de materiales según la distancia a la estrella. Además, la dinámica del sistema primitivo permitía que los cuerpos que se desplazaban por dicho disco intercambiaran material y modificaran sus órbitas constantemente.Eso significa que compartir una misma cuna cósmica no implica recibir los mismos ingredientes ni crecer mediante los mismos mecanismos. La posición de un embrión planetario, la disponibilidad de partículas, el momento en el que alcanzó determinada masa y las interacciones con otros cuerpos pudieron cambiar profundamente su evolución.
En ese sentido, la Tierra y Marte serían dos resultados distintos de un mismo proceso general. La materia prima era común, pero la combinación de ingredientes, tiempos y mecanismos no tuvo por qué ser idéntica.
Los propios investigadores introducen una cautela fundamental: los porcentajes obtenidos por el modelo no deben interpretarse como cifras exactas e inmutables. La composición química de los materiales originales que dieron lugar a la Tierra y Marte no se conoce perfectamente.
El estudio incorpora, entre otras hipótesis, la posibilidad de que determinados planetesimales fueran químicamente semejantes al asteroide Vesta y que la pérdida de elementos volátiles fuera más eficiente durante la acreción de guijarros que durante los grandes impactos. Si se modifican algunas de esas premisas, también cambian las proporciones calculadas.
Por eso, el valor del trabajo no reside únicamente en afirmar que la Tierra tuvo un 75% de una procedencia y Marte un 75% de otra. Lo importante es que, al modificar las condiciones del modelo, la diferencia general entre ambos planetas continúa apareciendo. Los autores consideran que esto refuerza la hipótesis de que sus procesos de formación fueron realmente distintos.
Y existe una conexión directa con una de las grandes preguntas de la astronomía actual: la habitabilidad. El agua y otros elementos volátiles son esenciales para determinar las condiciones de un planeta. Si los científicos comprenden mejor cómo se pierden esos componentes durante la formación, podrán estimar con mayor precisión qué cantidad puede conservar un planeta recién formado. @mundiario
