Sapere Scienza

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Piogge di meteoroidi liberano acqua dal suolo lunare

20 Maggio 2019

C'è acqua sulla Luna? Misurare la sua presenza e comprenderne l'origine è un obiettivo importante per gli scienziati, sia per ricostruire la storia e l'evoluzione del nostro satellite naturale, sia per poter progettare nuove missioni. I ricercatori della NASA e del Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory di Laurel, nel Maryland (Stati Uniti), hanno pubblicato su Nature Geoscience i risultati dell'elaborazione dei dati raccolti dalla missione LADEE, la prova che raffiche di meteoroidi, impattando sulla superficie lunare, riescono a liberare acqua presente nel sottosuolo.

 

La missione LADEE

 

LADEE, Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, è una missione robotica che ha orbitato intorno alla Luna per raccogliere informazioni dettagliate sulla sua atmosfera, sulle condizioni in prossimità della sua superficie e sull'influenza dell'ambiente sulla polvere lunare. Per fare questo LADEE è stata equipaggiato di tre strumenti:

  • Ultraviolet and Visible Light Spectrometer, lo spettrometro che misura la radiazione visibile e ultravioletta, in grado di determinare la composizione dell'atmosfera lunare analizzando le "impronte digitali", basate sulle radiazioni elettromagnetiche in questa finestra di lunghezze d'onda, dei materiali presenti;
  • Lunar Dust Experiment, che raccoglie e analizza campioni di particelle di polvere lunare presenti in atmosfera;
  • Neutral Mass Spectrometer, lo spettromettro di massa capace di misurare particelle neutre (non cariche elettricamente) e che analizza la variazione dei tipi di gas, la loro densità e la loro distribuzione nell'atmosfera lunare durante il passaggio tra condizioni differenti quale, ad esempio, l'esposizione al vento solare.

Abbiamo parlato sino a ora di atmosfera ma l'involucro di gas in cui è avvolta la Luna, grazie alla sua gravità, è estremamente sottile e rarefatto e per questo è più appropriato chiamarlo esosfera. Nonostante queste caratteristiche, i gas ritrovati intorno al satellite hanno effetti importanti sulle condizioni vicine alla superficie.

 

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Una raffica di meteoroidi libera l'acqua del suolo

 

Come ha raccontato in un articolo Mehdi Benna, autore principale del lavoro pubblicato su Nature Geoscience, nel gennaio 2014 si apprestava a elaborare e verificare i dati raccolti pochi giorni prima dal Neutral Mass Spectrometer a bordo di LANDEE: il veicolo spaziale aveva orbitato intorno alla Luna solo per pochi mesi e ci si aspettava che l'analisi dei dati durasse una manciata di minuti. Non fu così. Durante la sottrazione del rumore di fondo dovuto al degassamento di specie chimiche volatili dallo strumento, ci si accorse che per l'acqua il livello del fondo non seguiva l'andamento previsto, anzi, mostrava variazioni episodiche molto pronunciate. I 5 minuti di analisi divennero così 4 anni di controlli e ricerca. A cosa erano legate quelle fluttuazioni? Quei picchi erano dovuti al bombardamento di micrometeoroidi a cui è sottoposta costantemente la superficie lunare: la quantità di acqua rilasciata e la sua frequenza, osservate durante i 7 mesi di missione, sono correlati a raffiche di meteoroidi in cui si è imbattuta la Luna.

 

 

Cosa sono i meteoroidi? Pezzi di piccole dimensioni di residuo metallico o roccioso che si muovono nello spazio. Questi frammenti devono penetrare almeno per 8 centimetri al di sotto della superficie per far sì che l'acqua venga rilasciata. Grazie alla modellazione di come l'acqua è liberata nell'esosfera dagli impatti, è stato scoperto che la distribuzione statistica delle osservazioni dello spettrometro di massa indica una superficie lunare che ha uno strato arido di numerosi centimetri al di sotto del quale c'è un suolo uniformemente idratato, costituito da regolite, suolo e pezzi di roccia a cui le molecole di acqua sono legate. In questo caso, quando si parla di suolo idrato, intendiamo una concentrazione di acqua calcolata dai ricercatori pari a un intervallo compreso tra 200 e 500 parti per milione (o tra 0,02 e 0,05 percento in peso): più arido del più arido dei suoli terrestri.
Come avviene quindi il rilascio dell'acqua? Poiché il materiale lunare è sciolto, ossia non coeso, anche i meteoroidi piccoli pochi millimetri possono penetrare tanto da rilasciare una nuvola di vapore. Per ciascun impatto una piccola onda d'urto si diffonde e espelle acqua dall'area circostante. Circa due terzi di quest'acqua si disperde nello spazio ma il rimanente terzo ritorna sulla superficie.

 

Risultati per capire il passato e costruire il futuro

 

Questi risultati potrebbero spiegare la presenza di depositi di ghiaccio imprigionati nell'ombra dei crateri vicini ai poli, trappole fredde in cui il vapore d'acqua e altri composti volatili rimangono stabili per lungo tempo, anche numerosi miliardi di anni. L'impatto con i meteoroidi può trasportare acqua sia fuori che dentro le trappole. Inoltre queste scoperte pongono le basi per studi futuri sulle origini e il destino dei composti volatili sulla Luna e forniscono una valutazione quantitativa dei depositi di acqua che potrebbero essere disponibili in situ, come risorsa per future esplorazioni robotiche o con equipaggio.

 

La presenza di acqua è fondamentale per la nostra esistenza. Potrete approfondire un aspetto di questo argomento acquistando e leggendo l'articolo di Mauro Centritto, "Acqua e cibo: un'interazione complessa", pubblicato nel numero di giugno 2016 di Sapere.

 

Immagine di copertina: una riproduzione artistica della missione LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) della NASA mentre è in orbita intorno alla Luna e si prepara ad accendere i propulsori di manovra per mantenere un'altitudine orbitale sicura. Credits: NASA Ames / Dana Berry

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