La celebre immagine “Earth rise”, scattata da William Anders durante la missione Apollo 8. Crediti: Nasa.
Grazie alle sue dimensioni ridotte rispetto alla Terra e al fatto che molte collisioni meteoritiche sono avvenute con un angolo d’impatto piccolo rispetto alla superficie, si ritiene che materiali come oro, iridio, platino e altri elementi esotici accresciuti sulla Luna per via collisionale, siano decisamente inferiori a quelli sul nostro pianeta. Inoltre sulla Luna questo materiale si ritiene sia accresciuto a partire da 4.35 miliardi di anni fa, in un’epoca in cui il mantello di magma si solidificò. Questi, in breve, i risultati pubblicati il 10 luglio su Nature di uno studio condotto da una collaborazione internazionale di ricercatori guidata da Meng-Hua Zhu della University of Science and Technology di Macau, Cina.
Per comprendere l’importanza della ricerca di Zhu e colleghi, facciamo un passo indietro. Elementi chimici come oro, iridio, platino, rodio, renio, osmio e rutenio rivestono una fondamentale importanza per la comprensione della formazione planetaria. Capire l’origine della loro abbondanza osservata permette di stabilire importanti vincoli sulle prime fasi di vita di un pianeta. Si stima infatti che questi elementi, detti altamente siderofili, abbiano un’origine meteoritica. L’ammontare degli elementi siderofili, quindi, è un indicatore di come il materiale meteoritico sia accresciuto su un pianeta attraverso le collisioni subite subito dopo la sua formazione.
Nonostante la loro origine comune, Terra e Luna presentano un contenuto decisamente diverso di questi elementi che risultano essere circa 1200 volte meno abbondanti sul nostro satellite. Per spiegare una proporzione così diversa, sono state proposte diverse teorie, ognuna delle quali suppone che vi sia un alto rapporto impatto/ritenzione. Tale rapporto rappresenta la frazione di massa del meteorite che viene inglobata nel pianeta. Tuttavia nessuna delle teorie proposte sembra essere in accordo con le osservazioni dei crateri lunari, le abbondanze degli elementi siderofili e l’età dei campioni di rocce lunari.
«Questo è stato un grande problema in termini di come noi possiamo comprendere la storia dell’accrescimento sulla Luna», osserva Qing-Zhu Yin, co-autore della ricerca e professore di scienze della terra e planetarie alla UC Davis. Per dare una risposta in linea con le osservazioni, i ricercatori hanno eseguito una serie di simulazioni d’impatto con differenti parametri quali velocità d’urto, angolo d’impatto e diametro dei proiettili. Una volta quantificato l’andamento del rapporto impatto/ritenzione in funzione dei parametri, gli studiosi hanno eseguito una simulazione con il metodo Monte Carlo: sono stati generati in maniera casuale i proiettili che avrebbero formato i crateri osservati, di dimensioni di circa 300 km di diametro. La simulazione di Monte Carlo è stata ripetuta milioni di volte in modo da produrre un andamento stocastico del processo ed evitare errori conseguenti ai pochi dati generati.
Crediti: Nasa/Jennifer Harbaugh
Le simulazioni hanno evidenziato che la destinazione (mantello o crosta lunare) del materiale del proiettile dipende dalla profondità di penetrazione. Questa è in stretta relazione con lo spessore della crosta lunare e con la frazione di materiale che viene espulso dal cratere durante l’impatto e che poi ricade sulla superficie. Il risultato principale è che il rapporto impatto/ritenzione, determinato al termine delle procedure di simulazione, risulta essere circa tre volte più piccolo di quanto normalmente viene considerato valido.
Un punto chiave evidenziato dalla ricerca è che il rapporto medio impatto/ritenzione dipende fortemente dall’intervallo di tempo considerato. Infatti, lo studio indica che la ritenzione degli elementi siderofili deve essere iniziata 4.35 miliardi di anni fa, quando la maggior parte dell’oceano di magma lunare si solidificò. Il buon accordo tra questa età e quella registrata dai campioni di rocce indica che l’ammontare degli elementi altamente siderofili nel mantello dipende da quando è avvenuta la sua cristallizzazione. I risultati dello studio sono concordi con le stime già effettuate in precedenza, che fanno datare quest’epoca a 150-200 milioni di anni dopo la formazione della Luna.
«La bellezza di questo lavoro è che ora tutte queste cose si combinano assieme perfettamente. Potremmo aver risolto il problema, a meno che qualcuno non trovi nuove discrepanze», afferma Yin. La diversa proporzione degli elementi siderofili tra la Terra e la Luna può dunque essere spiegata con diversi rapporti impatto/ritenzione, assieme al fatto che la cristallizzazione del magma è avvenuta su due scale di tempo differenti per i due corpi celesti.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo pubblicato su Nature “Reconstructing the late-accretion history of the Moon” di Meng-Hua Zhu, Natalia Artemieva, Alessandro Morbidelli, Qing-Zhu Yin, Harry Becker, Kay Wünnemann.