Superficie lunare fotografata dalla capsula Orion durante la missione Artemis I, nel corso del secondo e ultimo sorvolo. Credits: NASA
Per la maggior parte degli scopi pratici, la Luna è considerata circondata dal vuoto. In realtà è presente una tenue atmosfera, appena percettibile, scoperta negli anni ’80 e osservata come uno strato molto rado di atomi che rimbalzano sulla sua superficie.
Questa atmosfera, tecnicamente nota come esosfera, si è sempre pensato fosse stata prodotta da un qualche tipo di erosione. Ora, gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Università di Chicago hanno identificato il processo principale che ha formato l’atmosfera della Luna, e che continua a sostenerla oggi: la vaporizzazione da impatto.
I principali responsabili quindi sarebbero gli enormi meteoriti che l’hanno bombardata continuamente nel corso dei primi miliardi di anni. E successivamente i micrometeoroidi della dimensione della polvere, che l’hanno colpita più di recente e ancora la colpiscono.
Nel 2013, la NASA ha inviato un orbiter attorno alla luna per effettuare una ricognizione atmosferica dettagliata: il Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, LADEE (pronunciato “laddie”). LADEE era incaricato di raccogliere informazioni da remoto sulla sottile atmosfera lunare, sulle condizioni della superficie e su qualsiasi influenza che l’ambiente aveva e ha sulla regolite.
A partire dai dati LADEE, gli scienziati hanno confermato le loro ipotesi sul fatto che la composizione superficiale e atmosferica lunari potessero essere correlate a determinati processi di erosione spaziale. Due, in particolare, erano i principali sospettati:
In base ai dati di LADEE, sembrava che entrambi i processi stessero giocando un ruolo importante. Ma ce n’era uno dominante?
Per rispondere a questa domanda, la professoressa del Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del MIT Nicole Nie e i suoi colleghi hanno esaminato campioni di suolo lunare raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo della NASA.
Insieme a ricercatori dell’Università di Chicago, hanno acquisito 10 campioni di suolo lunare, ciascuno dei quali di circa 100 milligrammi. Una quantità minuscola che, secondo Nie, potrebbe essere contenuta in una singola goccia di pioggia.
Hanno quindi cercato di isolare due elementi da ogni campione: potassio e rubidio. Entrambi gli elementi sono “volatili”, ovvero vengono facilmente vaporizzati sia dagli impatti che dallo sputtering ionico, e ogni elemento esiste sotto forma di diversi isotopi, atomi con stesso numero di protoni ma in un numero leggermente diverso di neutroni.
Il team ha ragionato che se l’atmosfera lunare è composta da atomi che sono stati vaporizzati e sospesi nell’aria, gli isotopi più leggeri di quegli atomi dovrebbero essere sollevati più facilmente, mentre gli isotopi più pesanti avrebbero maggiori probabilità di depositarsi di nuovo nel terreno. Inoltre, i due diversi processi dovrebbero dare luogo a proporzioni isotopiche molto diverse nel terreno. Il rapporto specifico tra isotopi leggeri e pesanti di potassio e rubidio che rimangono nel terreno, quindi, dovrebbe rivelare il processo principale che contribuisce alle origini dell’atmosfera lunare.
Il team ha analizzato i campioni Apollo, prima frantumando i terreni in una polvere fine, poi sciogliendo le polveri in acidi per purificare e isolare soluzioni contenenti potassio e rubidio. Ha poi fatto passare queste soluzioni attraverso uno spettrometro di massa per misurare i vari isotopi di potassio e rubidio in ogni campione.
I campioni contenevano per lo più isotopi pesanti sia di potassio che di rubidio. I ricercatori sono stati anche in grado di quantificare il rapporto tra isotopi pesanti e leggeri, confrontando entrambi gli elementi. Così hanno scoperto che la vaporizzazione da impatto era molto probabilmente il processo dominante tramite il quale gli atomi vengono vaporizzati e sollevati per formare l’atmosfera della Luna.
Impatti costanti, quindi, che hanno sollevato il suolo lunare, vaporizzando certi atomi al contatto e sollevando le particelle nell’aria. Alcuni atomi vengono espulsi nello spazio, mentre altri rimangono sospesi sulla Luna, formando un’atmosfera tenue che viene costantemente rifornita mentre i meteoriti continuano a colpire la superficie.
In particolare, dallo studio si evince che il 70% o più dell’atmosfera lunare è un prodotto di impatti di meteoriti, mentre il restante 30% è una conseguenza del vento solare. Un risultato molto importante, che va oltre la sola comprensione della storia della nostra Luna, perché processi simili potrebbero verificarsi (e potrebbero essere più significativi) anche su altre lune.
La scoperta effettuata dal team di Nie ricorda l’importanza dei campioni portati a Terra dalle missioni Apollo. Senza di essi, gli scienziati non sarebbero stati in grado di ottenere dati precisi e di effettuare misurazioni quantitative per comprendere le cose in modo più dettagliato.
Resta molto importante, al di là di tutte le missioni attive o in preparazione di studio della Luna dall’orbita, riportare campioni a Terra dal nostro satellite (così come da altri corpi planetari). Analizzarli con strumenti avanzati sulla Terra consente di ottenere dati più precisi rispetto alle analisi in loco o ai dati ottenibili dall’orbita.
Il 25 giugno 2024 è rientrata a Terra la capsula della missione cinese Chang’e 6, che ha raccolto per la prima volta nella storia campioni dal lato a noi nascosto della Luna. Il peso dei campioni è di 1935.3 grammi, ovvero quasi 2 kg.
Saranno ora studiati da scienziati cinesi in collaborazione con esperti internazionali, in attesa possano raccontarci molto sulla superficie lunare che noi non vediamo mai.
Ricordiamo che oltre a offrire una preziosa finestra sulla storia del Sistema Solare e in particolare del nostro satellite, comprendere le risorse lunari è essenziale per future missioni esplorative e piani di permanenza umana sulla Luna.
