Il cristallo SrI2 “coltivato” nel Burger Lab per poi usarlo nella nuova generazione di strumenti per la spettroscopia di raggi gamma. Crediti: Burger Lab, Fisk University
Nel futuro dell’esplorazione spaziale non c’è solo la “conquista” di pianeti, ma soprattutto (cosa più realistica) l’approdo sugli asteroidi per l’estrazione di minerali preziosi che sulla Terra sono piuttosto rari, ma abbondano su questi remoti corpi celesti. Quindi, oltre all’ovvio interesse scientifico, lo spazio è ambito per fini economici, per così dire. Bypassando i non meno importanti cavilli legali che si dovranno risolvere cercando di regolare questo settore (pensate che secondo una stima, l’estrazione mineraria su un asteroide potrebbe alla fine trasformarsi in un mercato da mille miliardi di dollari), per ora gli esperti si focalizzano sull’aspetto tecnologico.
E in questo senso ingegneri e astronomi stanno sviluppando nuovi spettroscopi per i raggi gamma che saranno perfetti per rilevare vene di oro, platino, terre rare e altri materiali preziosi nascosti all’interno di oggetti rocciosi che “scorrazzano” nell’Universo, anche vicino alla Terra (non solo asteroidi, ma lune, comete e altro). Si tratta quindi di “sensori” che utilizzeranno i minatori per cercare più facilmente (si fa per dire) il loro tesoro. L’idea è di un team di scienziati delle università Vanderbilt e Fisk, ci concerto con il Jet Propulsion Laboratory e il Planetary Science Institute della NASA.
La spettroscopia di raggi gamma sfrutta il fatto che tutti gli oggetti del Sistema solare sono costantemente bombardati da raggi cosmici, cioè particelle ad alta energia che provengono dallo spazio profondo e che colpiscono le superfici esposte a velocità relativistiche, distruggendo parte atomi negli strati superiori e producendo una pioggia di particelle secondarie, tra cui i neutroni. Questi collidono poi ripetutamente con gli atomi nel materiale, producendo raggi gamma, cioè una forma di radiazione elettromagnetica di gran lunga più potente e penetrante della luce. Il decadimento di elementi radioattivi dalla vita molto lunga è l’altra fonte di raggi gamma. Cosa fa uno spettroscopio per i raggi gamma? In pratica registra l’intensità e le lunghezze d’onda dei raggi gamma provenienti dalla superficie osservata: analizzando questo spettro, gli esperti possono conoscere la concentrazione di un certo numero di importanti elementi che formano le rocce, tra cui ossigeno, magnesio, silicio e ferro (alla base della nostra vita), ma ovviamente anche oro, cristalli e diamanti che ai minatori dello spazio interessano di più.
Molte sonde inviate nello spazio (verso la Luna, Marte, Mercurio e l’asteroide Vesta) avevano (o hanno) in dotazione spettrometri a bassa risoluzione, che però richiedevano davvero molte ore di osservazione per poter mappare la composizione chimica di un oggetto. Keivan Stassun, dell’Università Vanderbilt, ha detto: «Con il nostro sistema dovrebbe essere possibile misurare con precisione la presenza degli elementi sotto la superficie e di farlo in maniera più efficiente, perché i nostri sensori pesano meno e richiedono meno energia per funzionare. Questa è una buona notizia per le imprese commerciali dove il costo, la potenza e il peso lancio contano tanto».
Il segreto del nuovo strumento è lo ioduro di stronzio dopato all’europio (Srl2), un cristallo trasparente che può agire come un rivelatore di raggi gamma estremamente efficiente. La prima missione verso asteroidi vicini potrebbe essere lanciata verso il 2020 (si pensa alla missione internazionale Asteroid Impact & Deflection Assessment – Aida, a cui parteciperà anche l’ESA), ma ci vorranno ancora molti decenni prima di poter estrarre qualsiasi materiale da un asteroide. Nel frattempo, gli strumenti che verranno progettati permetteranno agli astronomi di studiare meglio la composizione chimica di comete, lune, pianeti minori anche nel Sistema solare.
Per saperne di più:
- Lo studio su SPIE Newsroom: Ultra-bright scintillators for planetary gamma-ray spectroscopy, di Thomas Prettyman et al.
- Lo studio su Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems: Scintillation properties of strontium iodide doped with europium for high-energy astrophysical detectors: nonproportionality as a function of temperature and at high gamma-ray energies, di Rose Schmitt Perea et al.