L’era Artemis della NASA potrebbe finalmente risolvere tre grandi misteri lunari

Se gli ambiziosi piani di esplorazione lunare dell’agenzia avranno successo, gli scienziati copriranno la Luna di sensori trovando le risposte a diverse domande che si pongono da tempo sul nostro satellite e non solo
di Robin George Andrews/Scientific American
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In questo momento tutti gli occhi sono puntati su Artemis II, la storica missione della NASA che ha appena inviato astronauti intorno alla Luna per la prima volta in oltre mezzo secolo. Ma, come spiegato dall’amministratore della NASA Jared Isaacman durante il recente evento Ignition dell’agenzia spaziale a Washington, negli Stati Uniti, Artemis II è solo l’inizio di un più ampio sforzo statunitense per popolare la Luna con astronauti e robot per la ricerca di risorse. Se questa ricerca procederà al ritmo frenetico desiderato da Isaacman, allora il compagno celeste della Terra diventerà anche un luogo di profonde rivelazioni scientifiche.

Anche se la Luna è così vicina, sappiamo sorprendentemente poco di essa con certezza. Gli astronauti dell’Apollo portarono indietro una gran quantità di rocce lunari e lasciarono alcuni esperimenti geologici di breve durata, ma la maggior parte della nostra attuale conoscenza lunare deriva da satelliti in orbita, osservazioni telescopiche dalla Terra e dalla manciata di missioni di recupero campioni intraprese recentemente dalla Cina.

Affamati di ulteriori dati in situ, i ricercatori non possono ancora placare un desiderio scientifico più grande: studiare la Luna come una Stele di Rosetta per l’origine e l’evoluzione del nostro mondo e del sistema solare in generale. Ora, grazie all’elevata frequenza proposta per le missioni lunari – con equipaggio e robotiche, sia da parte di agenzie spaziali che dell’industria privata – sembra che il loro desiderio sarà esaudito. La tettonica terrestre, il vulcanismo, gli oceani, l’atmosfera e la vita hanno cancellato le registrazioni geologiche delle epoche più remote del pianeta. Ma la Luna, priva di tale tumulto, le ha preservate. Ciò rende l’orbita argentea della Terra “un perfetto laboratorio geologico”, afferma Sara Russell, planetologa presso il Natural History Museum di Londra, nel Regno Unito.

Con questo spirito, ecco i più grandi misteri che gli scienziati che si dedicano allo studio della Luna sperano ora di risolvere.

Come fa la Luna a essere ancora viva, geologicamente parlando?

Il calore che rimescola le profondità di pianeti e lune è ciò che conferisce loro “vita” geologica, dalle eruzioni vulcaniche e i terremoti al sollevamento delle montagne e lo scavo dei bacini oceanici. Ma quando il calore svanisce, un mondo muore, geologicamente parlando.

Gli scienziati conoscono tre modi principali per mantenere accesi i fuochi, in senso metaforico: il calore “primordiale” rimasto dagli impatti avvenuti durante le collisioni che hanno portato alla formazione del mondo, il calore derivante dal decadimento di elementi radioattivi e il calore frizionale delle forze tidali (mareali) che possono impastare le viscere di un mondo come fossero farina.

La Luna è molto più piccola della Terra, quindi il suo calore primordiale avrebbe dovuto disperdersi nello spazio molto tempo fa. I campioni lunari e i modelli teorici suggeriscono che non vi sia un’abbondanza nascosta di elementi radioattivi. E calcoli accurati mostrano che l’attrazione gravitazionale della Terra non dovrebbe causare un significativo riscaldamento mareale lunare. Eppure, dei “terremoti lunari” superficiali scuotono ancora la Luna, mentre le stime dell’età basate sul conteggio dei crateri della sua superficie martoriata suggeriscono che parte del vulcanismo possa risalire a 100 milioni di anni fa – che, su scale temporali geologiche, è ieri.

Gli scienziati, naturalmente, si pongono delle domande. “La Luna è ancora vulcanicamente attiva?”, si chiede Thomas Watters, scienziato senior del Center for Earth and Planetary Studies del National Air and Space Museum della Smithsonian Institution di Washington. Per scoprire quanta “vita” geologica persista ancora – e perché – “dobbiamo dare un’occhiata migliore alla struttura interna della Luna”, dice Watters.

Per scavare nel cuore (geologico) della questione, gli scienziati vogliono conoscere il segreto più profondo della Luna: che cosa succede nelle sue profondità più abissali.

“La Luna ha un nucleo solido o un nucleo liquido?”, dice Yuqi Qian, geologo lunare dell’Università di Hong Kong. “Ancora non lo sappiamo.”

I sismometri offrono una soluzione risolutiva, consentendo agli scienziati di usare i terremoti lunari (siano essi naturali o indotti dagli impatti lunari di meteoroidi vaganti) per eseguire efficacemente una TAC del sottosuolo profondo. Ma la copertura è attualmente inesistente; ciò che sappiamo del mondo sotterraneo lunare è stato fornito dai sismometri dell’era Apollo che hanno funzionato fino al 1977. E questi erano tutti posizionati in una sola zona della faccia vicina della Luna. “Non abbiamo alcun sismometro dispiegato sulla faccia lontana”, dice Qian.

La situazione sta per cambiare. Se le proiezioni attuali sono attendibili, la prossima volta che degli astronauti sbarcheranno sulla Luna sarà con la missione Artemis IV, prevista per il 2028. Quando i membri dell’equipaggio raggiungeranno il sito di atterraggio vicino al polo sud lunare, porteranno con sé un apparato sismometrico all’avanguardia chiamato Lunar Environment Monitoring Station, o LEMS. Successivamente, come parte dell’iniziativa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) della NASA, una rete di sensori nota come Farside Seismic Suite sarà dispiegata roboticamente nella regione omonima. Notizie recenti suggeriscono che la Cina potrebbe effettuare il suo primo sbarco con equipaggio da qualche parte sulla faccia vicina della Luna, e anche quegli astronauti probabilmente porteranno dei sismometri

In altre parole, gli “astronauti di Artemis poseranno alcuni dei primi nodi di una rete sismica globale”, afferma Nicholas Schmerr, sismologo e planetologo dell’Università del Maryland, negli Stati Uniti.

Anche i campioni saranno vitali. Le rocce prelevate dalle missioni robotiche cinesi Chang’e 5 e 6 indicano un vulcanismo attivo fino ad almeno due miliardi di anni fa. Per ampliare la nostra visione alle epoche più recenti della Luna è necessario prelevare materiale più giovane dalla superficie. Per ora, spiega Qian, “non abbiamo campioni più recenti di quelli”.

Gli scienziati sperano inoltre che i futuri atterraggi individuino e campionino sezioni espulse del mantello lunare – il ventre primordiale e meno alterato della crosta lunare. Se le rocce del mantello dovessero rivelarsi sature di sottoprodotti del decadimento radioattivo, ciò significherebbe probabilmente che l’interno della Luna è più ricco di radioisotopi generatori di calore di quanto gli scienziati avessero pensato – spiegando così perché è ancora in preda alle convulsioni ben oltre la sua presunta data di scadenza geologica.

Come si è formata la Luna?

La storia delle origini più accreditata coinvolge Theia – un protopianeta delle dimensioni di Marte – che si schiantò contro la proto-Terra primordiale, con i detriti di entrambi i corpi che si coalizzarono rapidamente per formare la Luna. Questa non è solo una favola: è supportata da robuste simulazioni al computer basate su abbondanti prove geochimiche. I campioni del mantello lunare, tuttavia, potrebbero testare ulteriormente questa teoria, mentre le osservazioni geofisiche potrebbero spiegare la caratteristica più strana della Luna.

La faccia vicina è coperta da vaste macchie scure di roccia vulcanica raffreddata chiamate mari. La faccia lontana ne è priva e sembra invece più simile a Mercurio: una terra piena di crateri con creste montuose frastagliate. Perché la Luna ha due facce così diverse?

Una possibile spiegazione deriva da un’idea soprannominata luce terrestre (earthshine). Eoni fa, quando la Luna si formò, orbitava intorno alla Terra 15 volte più vicino. A un certo punto, la Luna entrò in rotazione sincrona, il che significa che un emisfero (la faccia vicina) era sempre rivolto verso la Terra. E poiché il nostro pianeta allora era una palla di magma ribollente, la faccia vicina lunare deve essere stata cotta come una crème brûlée, che si fondeva e formava delle bolle. Flussi di roccia vaporizzata sfrecciavano intorno alla Luna, raffreddandosi e precipitando sulla faccia lontana per creare la sua crosta spessa e irregolare.

Anche in questo caso, la sismologia offre una soluzione definitiva. Una rete di sismometri, specialmente sulla faccia lontana, potrebbe rivelare indizi cruciali altrimenti nascosti. “Qual è la struttura della Luna?”, chiede Russell. “È importante scoprirlo, poiché ci aiuterà a capire come la Luna si è formata inizialmente dai detriti di un impatto gigante e come si è poi evoluta.”

Da dove proviene l’acqua della Luna?

La NASA vuole fortemente far sbarcare i suoi astronauti vicino al Polo Sud lunare (e persino costruirvi una base lunare) perché è lì che i crateri perennemente in ombra ospitano una certa quantità di ghiaccio d’acqua – una risorsa potenziale per idratare gli esseri umani, coltivare prodotti agricoli e produrre carburante per razzi.

Non è un caso, quindi, che la prospezione [esplorazione del sottosuolo tramite misurazioni geofisiche sul terreno, NdR.]lunare sia stata un tema caldo all’evento Ignition della NASA. Gli astronauti potrebbero, in linea di principio, scendere nei crateri pericolosamente bui e freddi per cercare di persona, ma la maggior parte di questa ricerca d’acqua sarà condotta dai robot.

Il rover VIPER della NASA (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) userà i suoi strumenti per fiutare l’acqua nel sottosuolo, per poi usare un trapano e confermare i suoi sospetti. E la jeep lunare di prossima generazione – il Lunar Terrain Vehicle – farà qualcosa di simile, sia che venga pilotata dagli astronauti o (come probabilmente accadrà per la maggior parte della sua permanenza lunare) sia che navighi autonomamente sulla superficie. E a bordo di una imminente missione sulla superficie con equipaggio ci sarà il Lunar Dielectric Analyzer, uno strumento in grado di rilevare correnti elettriche nel terreno sottostante, che può rivelare la presenza di ghiaccio. “Questo ci aiuterà davvero a capire dove si trova l’acqua sulla Luna e in quale forma”, afferma Russell.

Questo sforzo non è solo pragmatico. Gli scienziati ancora non sanno davvero da dove provenga l’acqua della Terra. Comete ricche di ghiaccio o asteroidi più secchi sono i due principali sospettati. Studi geochimici su vari meteoriti e sugli oceani terrestri indicano gli asteroidi come il colpevole più probabile, ma il caso è tutt’altro che chiuso. Consultare il terreno relativamente incontaminato della Luna – gran parte del quale è rimasto congelato nel tempo per miliardi di anni – potrebbe aiutare a risolvere finalmente questo mistero.

“Se c’è ghiaccio d’acqua sulla Luna, il suo segnale potrebbe essere più primitivo”, dice Qian. E poiché la Terra e la Luna hanno una storia antica molto simile, allora “l’origine dell’acqua sulla Luna è probabilmente la stessa dell’origine dell’acqua sulla Terra”, conclude Russell. Tutto ciò che gli scienziati devono fare ora, quindi, è trovarla.