¿Por qué los cráteres son "redondos"?

T.E.L: 4 min.

En la Luna, Marte, Mercurio o en la Tierra, los cráteres son casi perfectamente circulares. ¿O no?

En la revista Scientific American se preguntó por qué los cráteres de impacto son siempre redondos teniendo en cuenta que deben tener diferentes ángulos, la mayoría deberían ser elongados o con forma de gota.

La respuesta la dio un profesor de física Gregory A. Lyzenga en la edición impresa de octubre de 1999, que se puede leer online (ver enlace abajo). La traducción de la respuesta que sigue es mía:

Cuando los geólogos y astrónomos reconocieron que los cráteres lunares y terrestres eran producidos por impactos, conjeturaron que el objeto impactado debería estar enterrado debajo de la superficie del suelo del cráter. (Mucho esfuerzo se realizó en localizar un enorme meteorito de níquel-hierro que se creía que yacía debajo del famoso cráter Barringer en Arizona).
Más tarde, sin embargo, los científicos se dieron cuenta de que a las velocidades típicas del sistema solar, varias decenas de kilómetros por segundo, cualquier cuerpo que impacte se vaporizaría al chocar.
En el momento en que un asteroide colisiona con un planeta, hay una liberación explosiva de la energía cinética del asteroide. La energía es brutalmente depositada en una zona focalizada de la corteza planetaria. Esta abrupta y focal liberación se parece más que cualquier cosa a la poderosa detonación de una bomba. Como en el caso de una explosión de bomba, la forma del cráter resultante es redonda: la eyección es liberada en todas direcciones por igual, independientemente de la dirección de llegada de la bomba.

Cráter Barringer en Arizona

Este comportamiento puede parecer raro en nuestra experiencia cotidiana de lanzar una roca hacia una cama de arena o lodo, porque en esos casos la forma y tamaño del "cráter" es dominada por las dimensiones físicas del objeto rígido. En el caso de los impactos astronómicos, sin embargo, la forma física y la dirección de acercamiento del meteorito es insignificante comparada con la tremenda energía cinética que lleva.

Una excepción a esta regla se da solo si el impacto ocurre a un ángulo muy bajo. Si el ángulo de impacto es casi horizontal, las partes baja, media y alta del asteroide impactante chocarán con las superficie a distintos puntos esparcidos a lo largo de una línea. En ese caso, en vez de depositar la energía en un punto focal, se liberará en una zona elongada, como si nuestra "bomba" tuviera la forma de una larga varilla.

Así, un cráter tendrá una forma elíptica solo si el ángulo de impacto es tan bajo que diferentes partes del objeto chocan con la superficie a lo largo de un rango de distancias que es apreciable en comparación con el tamaño final del cráter. Como el cráter final puede ser hasta 100 veces mayor que el diámetro del objeto impactante, esto requiere un impacto a un ángulo de no más de unos pocos grados sobre la horizontal. Por esta razón, la mayor parte de los impactos producen cráteres redondos o casi redondos, tal como se observa.

Cráter Victoria en Marte

EL ORIGEN DE LOS CRÁTERES

A esta respuesta la vamos a completar un poco. Por un lado, desde el punto de vista histórico, vale dejar en claro que al principio se consideró que los cráteres lunares no eran producidos por impactos, sino por volcanes. Las zonas oscuras de la Luna (marias o mares) son zonas de lava. Como narra Neil deGrasse Tyson en un reciente video, ésas fueron zonas elegidas en el Programa Apollo de NASA para descender en la superficie lunar, ya que son muy planas.

Se conocían los cráteres lunares desde hacía varios siglos, Galileo mediante, pero todo cambió luego de 1960 con la exploración humana del satélite. Es que varios cráteres no tienen a su alrededor ningún "mar" de lava, por lo que resultaba difícil explicarlos solo a través de erupciones.

Cráter Theophilus en la Luna

En ese mismo video, el astrónomo y divulgador estadounidense, agrega que hay que considerar que los objetos están unidos por una energía interna. Si la energía cinética es mucho mayor, al impactar, esa energía mucho mayor a la interna hace explotar al objeto en todas direcciones. Esto se puede ver de forma simple si tiramos bolas de nieve (o barro) hacia una pared. Comprimimos un poco el material con nuestras manos y luego lo arrojamos con fuerza. A nivel astronómico, las energías son, obviamente, mucho mayores.

Cráter Schmidt en la Luna

IMPACTOS OBLICUOS

Se sabe, además, que la mayoría de los impactos no se producen en forma vertical (90º), sino a 45º la mitad de las veces, a 30º una cuarta parte y a 10º un 3%. Se usa para esto una fórmula sugerida por Shoemaker en 1962 (y Gilbert antes).

Se han realizado pruebas de laboratorio lanzando objetos de diferentes materiales hacia distintas superficies, con varias velocidades y ángulos.

Aquí vemos algunos resultados donde se muestra en los gráficos la "circularidad" de los cráteres en el eje vertical, donde 1 es circular, y los diferentes ángulos de 0 a 90 en el eje horizontal. Como se ve, en la mayoría de los casos, el resultado es circular (Gault, 1978).

Este tipo de estudios se siguió realizando. Un caso más reciente (Michikami 2016) muestra algo similar:

OTRAS VARIABLES

NASA publicó una imagen en 2016 de un cráter marciano que no es circular. Se muestra el cráter de impacto de casi 3 kilómetros formado en las escarpadas paredes de Tithonium Chasma. La eyección de material sería homogénea en todas direcciones si la superficie antes del impacto fuera plana y el ángulo de impacto no muy bajo. Sin embargo, dada la natural inclinación de la superficie aquí, el material eyectado se agrupó cuesta abajo, generando un depósito con forma de lengua.

Ahora podríamos preguntarnos por qué los cráteres de erupción son circulares y así volveríamos al lugar desde el que empezamos, para terminar...redondamente☉

Fuentes y enlaces relacionados

Why are impact craters always round? Most incoming objects must strike at some angle from vertical, so why don't the majority of impact sites have elongated, teardrop shapes?

https://www.scientificamerican.com/article/why-are-impact-craters-al/

Neil deGrasse Tyson Explains Why Craters Are Round

https://www.youtube.com/watch?v=xRnr79Fa554&ab_channel=StarTalk

On the Shape of Impact Craters

https://www.nasa.gov/image-feature/on-the-shape-of-impact-craters

Shaping the Planets: Impact Cratering

https://www.lpi.usra.edu/education/explore/shaping_the_planets/impact-cratering/

Experimental studies of oblique impact

Gault, D. E. & Wedekind, J. A.

http://adsabs.harvard.edu/full/1978LPSC....9.3843G

E.M. Shoemaker

Interpretation of lunar craters