La composizione del lato vicino della Luna è stranamente diversa da quella del suo lato lontano e gli scienziati pensano di aver finalmente capito il perché. Crediti: Nasa/Noaa
Il mistero sulla storia della formazione del sistema Terra-Luna si infittisce. Gli scienziati ritengono che le due si siano formate quando un corpo delle dimensioni di Marte si è scontrato con la proto-Terra, circa 4.5 miliardi di anni fa. La Terra ha finito per essere la figlia più grande di questa collisione e ha trattenuto abbastanza calore da diventare tettonicamente attiva. La Luna, essendo più piccola, si è probabilmente raffreddata più velocemente e geologicamente “congelata”.
I nuovi dati di uno studio recentemente pubblicato su Nature Geoscience rivelano però un apparente dinamismo iniziale della Luna che sfiderebbe questa teoria. Tale dinamismo sarebbe dovuto al fatto che gli elementi radioattivi si sono distribuiti in modo univoco a seguito della catastrofica collisione che ha generato la Luna.
La maggior parte dei pianeti del nostro Sistema solare ha dei satelliti. Ad esempio, Marte ha 2 lune, Giove ne ha 79, Saturno ne ha 82, Urano ne ha 27 e Nettuno ne ha 14. Anche quel piccoletto di Plutone, un pianeta nano, ne ha ben 5! Alcune sono ghiacciate, altre rocciose, altre ancora geologicamente attive e ve ne sono infine di relativamente inattive. Comprendere come i pianeti abbiano formato sistemi con i satelliti e perché abbiano le proprietà che si osservano, sono domande che potrebbero far luce su molti aspetti evolutivi delle prime fasi del Sistema solare. In fondo, Luna e Sole sono i due oggetti dominanti nel nostro cielo e sono osservabili con un livello di dettaglio privilegiato, offrendo caratteristiche fondamentali alla comprensione della formazione del nostro pianeta e del Sistema solare. Nonostante questa posizione privilegiata però, la formazione e l’evoluzione del nostro satellite presenta ancora diversi punti interrogativi.
La Luna è un corpo roccioso relativamente freddo, con una quantità limitata di acqua e pochi processi tettonici. Attualmente gli scienziati ritengono che il sistema Terra-Luna si sia formato quando un corpo delle dimensioni di Marte chiamato Theia – che nella mitologia greca era la madre di Selene, la dea della Luna – si è scontrato con la proto-Terra, causando la mescolanza delle componenti di entrambi i corpi.
Si pensa che i detriti di questa collisione si siano separati abbastanza rapidamente, forse nell’arco di qualche milione di anni, per formare la Terra e la Luna. La Terra ha finito per essere più grande e si è evoluta nel posticino dalle dimensioni perfette che conosciamo, adatte a renderlo un pianeta dinamico con un’atmosfera e degli oceani. La Luna rimase invece più piccola e con una massa insufficiente a sviluppare queste caratteristiche. Trattenere sostanze volatili come l’acqua o i gas che formano l’atmosfera, o trattenere sufficiente calore interno per mantenere a lungo il vulcanismo planetario e la tettonica, sono tratti che non si accordano bene con il modo in cui si è verificata la collisione che ha generato il sistema Terra-Luna. Decenni di osservazioni hanno dimostrato che la storia lunare è stata molto più dinamica di quanto ci si aspettasse, con un’attività vulcanica e magnetica che si è verificata fino a un miliardo di anni fa, molto più tardi del previsto.
Un indizio sul perché il lato vicino e il lato lontano della Luna siano così diversi, ad esempio, viene dalla forte asimmetria delle sue caratteristiche superficiali. Sul lato vicino della Luna, perennemente rivolto verso la Terra, sia di notte che di giorno, si possono osservare, anche a occhio nudo, macchie scure e chiare. I primi astronomi chiamarono queste regioni scure maria, che in latino significa “mari”, pensando – per analogia con la Terra – che fossero specchi d’acqua. Utilizzando i telescopi, già più di un secolo fa gli scienziati sono stati in grado di capire che non si trattava in realtà di mari, ma più probabilmente di crateri o di strutture vulcaniche. All’epoca, la maggior parte degli scienziati assunsero che il lato lontano della Luna fosse simile al lato vicino.
La prima storica immagine del lato nascosto della Luna, scattata dalla sonda sovietica Luna 3, il 7 ottobre 1959. Crediti: Wikimedia Commons.
La vicinanza della Luna alla Terra inoltre – solo 380mila chilometri circa – l’ha resa il primo corpo esplorato del Sistema solare, per mezzo di sonde spaziali prima e in seguito “di persona”.
Alla fine degli anni ‘50 e all’inizio degli anni ‘60, le sonde spaziali lanciate dall’ex-Unione Sovietica hanno restituito le prime immagini del lato oscuro della Luna, e gli scienziati hanno scoperto per la prima volta che i due lati erano molto diversi. La superficie del lato oscuro, infatti, è coperta solo per l’1 per cento da mari, il lato vicino invece quasi per il 31 per cento.
Successivamente, grazie alle missioni Apollo della Nasa che hanno fatto atterrare sei navicelle spaziali sulla Luna, analisi chimiche sono state effettuate sui 382 chilogrammi di rocce lunari riportati dagli astronauti. Gli scienziati hanno ben presto capito che l’oscurità osservata nei crateri era dovuta alla loro composizione geologica ed essi erano originati da fenomeni vulcanici. A queste regioni è stato associato anche un nuovo tipo di roccia chiamata Kreep – abbreviazione di roccia arricchita in potassio (simbolo chimico K), elementi delle terre rare (Ree, che includono cerio, disprosio, erbio, europio, e altri elementi che sono rari sulla Terra) e fosforo (simbolo chimico P).
La ragione per cui il vulcanismo e la distribuzione della roccia Kreep sono così diversi tra il lato vicino e quello lontano della Luna è ancora oggetto di discussione. Ma ora, utilizzando una combinazione di osservazioni, esperimenti di laboratorio e modelli al computer, un gruppo internazionale di scienziati guidati dall’Earth-Life Science Institute (Elsi) presso il Tokyo Institute of Technology ha trovato alcuni nuovi indizi su come la Luna abbia generato la sua asimmetria. Questi indizi sono collegati a un’importante proprietà delle rocce Kreep.
Distribuzione del torio sulla superficie lunare dalla missione Lunar Prospector. Il torio è altamente correlato con altri elementi radioattivi (che producono calore), per la maggior parte presenti sul lato rivolto verso la Terra (lato vicino). La relazione tra questa regione e molte caratteristiche osservate della storia lunare è una questione fondamentale negli studi che si occupano della Luna. Crediti: Laneuville, M. et al (2013) Journal of Geophysical Research: Planets.
Il potassio (K), il torio (Th) e l’uranio (U) sono elementi radioattivamente instabili. Ciò significa che possono assumere una varietà di configurazioni atomiche con un numero variabile di neutroni. Questi atomi a composizione variabile sono noti come isotopi, alcuni dei quali sono instabili e si rompono in pezzi dando vita ad altri elementi, producendo calore nel processo. Il calore del decadimento radioattivo di questi elementi contribuisce a fondere le rocce in cui sono contenuti, il che può in parte spiegare la loro colocalizzazione.
Questo studio dimostra che, oltre all’aumento del calore, l’inclusione di una componente Kreep nelle rocce abbassa anche la loro temperatura di fusione, incentivando l’attività vulcanica prevista dai modelli di decadimento. Poiché la maggior parte di queste colate di lava si sono verificate all’inizio della storia lunare, questo studio aggiunge anche vincoli sui tempi dell’evoluzione della Luna e sull’ordine in cui i vari processi si sono verificati sulla Luna.
Dopo aver condotto esperimenti di fusione ad alta temperatura di rocce con vari componenti Kreep in laboratorio, il team ha analizzato le implicazioni che ciò avrebbe avuto sulla tempistica e sul volume dell’attività vulcanica sulla superficie lunare, fornendo importanti informazioni sulle prime fasi dell’evoluzione del sistema Terra-Luna. «A causa della relativa mancanza di processi di erosione, la superficie della Luna registra gli eventi geologici dei primordi del Sistema solare», commenta il coautore dell’Elsi Matthieu Laneuville. «In particolare, le regioni vicine della Luna, a differenza di qualsiasi altro luogo, hanno concentrazioni di elementi radioattivi come urano e torio. Comprendere l’origine di questi arricchimenti locali di urano e torio può aiutare a spiegare le prime fasi della formazione della Luna e, di conseguenza, le condizioni della Terra primitiva».
I risultati di questo studio suggeriscono che i mari ricchi di Kreep della Luna hanno influenzato l’evoluzione lunare dopo la formazione della Luna. Gli autori pensano che le prove di questi processi asimmetrici e autoamplificanti potrebbero essere trovate in altre lune del nostro Sistema solare, e potrebbero essere comuni nei corpi rocciosi di tutto l’Universo.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Geoscience l’articolo “Early crust building enhanced on the Moon’s nearside by mantle melting-point depression” di Stephen M. Elardo, Matthieu Laneuville, Francis M. McCubbin & Charles K. Shearer