C’è stata vita sulla Luna?

La nostra Luna oggi è inabitabile e senza vita. Non ha un’atmosfera significativa, nessuna acqua liquida sulla sua superficie, nessuna magnetosfera per proteggere la sua superficie dal vento solare e dalle radiazioni cosmiche, nessuna chimica polimerica, ed è soggetta a grandi variazioni di temperatura diurne.

Associare la nostra Luna all’abitabilità sembra oltraggioso, e certamente lo sarebbe stato solo un decennio fa. Tuttavia, i risultati di recenti missioni spaziali, così come analisi sensibili di campioni di roccia e suolo lunari, hanno indicato che la Luna non è così secca come si pensava in precedenza.

Oltre alla probabile presenza di ghiaccio d’acqua in crateri polari permanentemente in ombra, gli studi spettroscopici indicano anche la presenza di materiali superficiali idratati ad alte latitudini (Clark, 2009 ; Pieters et al., 2009 ; Li e Milliken, 2017 ), con evidenza di variazioni temporali nel corso di un giorno lunare.

Inoltre, recenti studi sui prodotti del vulcanismo lunare indicano che l’interno lunare contiene anche più acqua di quanto si pensasse una volta e che il mantello lunare può essere ricco di acqua in modo comparabile quanto il mantello superiore della Terra.

L’esistenza di fonti d’acqua indigene implica che la Luna potrebbe non essere sempre stata così morta e secca come lo è oggi. Nella misura in cui l’acqua è necessaria per l’abitabilità (es. Kasting et al., 1993 ; sebbene non sia l’unico criterio, vedi Schulze-Makuch et al., 2011 ), possiamo speculativamente identificare due possibili finestre per l’abitabilità lunare. Queste potrebbero essersi verificate immediatamente dopo l’accrescimento della Luna e alcune centinaia di milioni di anni dopo a seguito del degassamento associato all’attività vulcanica lunare.

La comprensione attuale è che la Luna abbia avuto origine da un impatto gigantesco 4,5 miliardi di anni fa (ad esempio, Stevenson e Halliday, 2014). La misura in cui i volatili sono stati preservati nel disco di detriti che formano la Luna prodotto da questo impatto dipende dal modello, ma ci si aspetta che gli impedimenti alla diffusione delle molecole d’acqua in un vapore dominato dai silicati provochino una certa ritenzione idrica nel disco e quindi nella Luna appena formata (Nakajima e Stevenson, 2014 ; Hauri et al., 2017 ).

Le prove di concentrazioni di acqua di diverse centinaia di parti per milione nelle regioni di origine del mantello dei basalti lunari (Hauri et al., 2017 ; Lin et al., 2017) indica che i volatili si sono effettivamente preservati durante la formazione della Luna o che sono stati aggiunti poco dopo dall’impatto di asteroidi (ad esempio, Barnes et al., 2016).

Dopo l’accrescimento, si ritiene che la Luna sia stata in gran parte fusa, con i suoi componenti di silicato esistenti sotto forma di un oceano di magma lunare (LMO). Si ritiene che tali oceani di magma degassino i volatili, portando alla formazione di significative atmosfere transitorie (Elkins-Tanton, 2008 ). Infatti, Lin et al. 2017) hanno invocato il degassamento dell’LMO per conciliare l’abbondanza relativamente bassa di acqua nel mantello lunare post-LMO (al massimo poche centinaia di parti per milione) con le loro previsioni di valori molto più alti (forse > 1000 ppm) prima della cristallizzazione dell’LMO.

D’altra parte, alcuni autori hanno sostenuto che l’LMO sarebbe stato inizialmente secco dopo l’accrescimento, con l’attuale budget volatile del mantello aggiunto da una successiva “rivestitura tardiva” di volatili asteroidali (ad esempio, Barnes et al . , 2016 ; Hauri et al., 2017).

Tuttavia, in entrambi i casi, sembra che quantità significative di acqua fossero presenti nelle fasi finali dell’evoluzione dell’LMO. Qui, notiamo semplicemente che il degassamento di 500 ppm di acqua durante la fase LMO (che sarebbe necessario per portare i valori originali più alti previsti da Lin et al. [ 2017 ] in accordo con le stime attuali) potrebbe in linea di principio provocare uno strato di acqua superficiale di uno spessore dell’ordine di 1 km.

Naturalmente, questa sarebbe una stima molto ottimistica per la profondità di qualsiasi primo oceano lunare: l’acqua sarebbe stata stabile in superficie solo se protetta da un’atmosfera sufficientemente densa e ci si aspetterebbero perdite significative a causa dell’erosione da impatto (ad esempio, Melosh e Vickery, 1989), ma illustra quanta acqua avrebbe potuto essere potenzialmente disponibile.

Needham e Kring ( 2017 ) hanno suggerito una seconda fase di degassamento e un picco associato nella pressione atmosferica lunare, come risultato di eruzioni di basalto marino ~ 3,5 miliardi di anni fa. I gas derivati ​​dalle fuoriuscite di lava possono aver creato un’atmosfera di circa 10 mbar, che è al di sopra della pressione del punto triplo dell’acqua e circa 1,5 volte l’attuale pressione atmosferica su Marte (e circa 3 volte più massiccia dell’attuale atmosfera marziana, data la differenza di gravità superficiale). Per confronto con la discussione di cui sopra, il degassamento dell’acqua stimato da Needham e Kring (∼10 14 kg) equivarrebbe a uno strato globale con una profondità media di ∼3 mm.

La durata delle ipotetiche atmosfere lunari è stata studiata per la prima volta da Vondrak ( 1974 ) e rivista da Stern ( 1999 ). Per le atmosfere dense qui considerate (con masse totali >10 8 kg), il tasso di perdita di massa da un’atmosfera dominata dalle collisioni dovrebbe essere ~10 kg s −1, indipendente dalla massa atmosferica. Il tasso di perdita sarebbe stato più alto se l’erosione da impatto (Melosh e Vickery, 1989 ) o lo stripping del vento solare fossero stati importanti, ma si noti che la Luna primordiale potrebbe essere stata protetta da un campo magnetico ( ad es. Hood, 2011 ), riducendo l’impatto di quest’ultimo processo.

Sulla base di questi tassi di perdita, Needham e Kring ( 2017) hanno stimato una durata di circa 70 milioni di anni per l’atmosfera transitoria generata dall’attività vulcanica lunare, e la durata di un’ipotetica atmosfera più densa e precedente immediatamente successiva alla cristallizzazione dell’LMO potrebbe essere stata anche più lunga. In linea di principio, durante questi periodi potrebbe essere esistita acqua liquida sulla superficie lunare, e ancora più probabilmente in ambienti sotterranei protetti come gli spazi dei pori interstiziali all’interno della mega-regolite generata dall’impatto.

È istruttivo mettere in prospettiva questo lasso di tempo dal punto di vista della storia naturale: Lazcano e Miller (1994) hanno ipotizzato che il tempo impiegato dalla formazione di idonei elementi costitutivi della vita ai primi cianobatteri non sia stato superiore a 10 milioni di anni. Se questa stima fosse corretta, la transizione da un sistema non vivente a uno vivente potrebbe aver avuto luogo in un lasso di tempo considerevolmente inferiore, forse solo poche migliaia di anni.

Al contrario, Orgel ( 1998) ha sostenuto che semplicemente non capiamo come la vita, in particolare il suo sistema di replicazione, abbia avuto origine sulla Terra primitiva; pertanto non è possibile fornire una stima temporale attendibile. Se l’abiogenesi fosse in grado di verificarsi in tempi brevi, non si può escludere un’origine della vita sulla Luna.

Inoltre, esiste uno scenario alternativo per l’introduzione della vita sulla Luna: la storia primordiale del Sistema Solare è stata dominata da impatti giganteschi e dal trasferimento di meteoriti tra pianeti (es. Mileikowsky et al., 2000). Durante questo periodo, e in effetti successivamente, si ritiene che i meteoriti lanciati dalla superficie della Terra siano atterrati sulla Luna (Armstrong et al., 2002 ; Gutiérrez, 2002 ; Schulze-Makuch,2013), e si prevede che alcuni di essi siano sopravvissuti all’impatto (ad esempio, Crawford et al., 2008).

Poiché la vita sembra fosse già presente sulla Terra da 3,8-3,5 miliardi di anni fa (ad esempio, Schopf, 1993 ; Schidlowski, 2001 ; Brasier et al., 2015 ; Nutman et al., 2016 ; Hassenkam et al., 2017 ; Schopf et al. al., 2018), e forse lo era anche 4,1 o addirittura 4,28 miliardi di anni fa (es. Bell et al., 2015 ; Dodd et al., 2017), è possibile che la vita terrestre possa aver inoculato ambienti lunari transitoriamente abitabili.

Notiamo che le possibilità di sopravvivenza dei microrganismi all’interno di meteoriti terrestri che colpiscono la Luna sarebbero state aumentate dalla presenza anche di una tenue atmosfera lunare perché ciò avrebbe ridotto la velocità dell’impatto.

Naturalmente, l’abitabilità richiede molto di più della semplice presenza di un’atmosfera significativa e di acqua liquida. Altri vincoli che devono essere soddisfatti sono stati elaborati altrove (ad esempio, Schulze-Makuch et al., 2011 ; Cockell et al., 2016).

Non sappiamo se ci fossero composti organici intrinseci sulla Luna in quel momento, ma anche in caso contrario, questi sarebbero probabilmente stati rilasciati dalla Terra, asteroidi carboniosi e forse altre fonti, tramite impatti di meteoriti (ad esempio, Pierazzo e Chyba , 1999 ; Crawford et al., 2008 ; Burchell et al., 2010 ; Matthewman et al., 2015; Svetsov e Shuvalov, 2015).

Pertanto, potrebbero essere state disponibili fonti di sostanze organiche sulla superficie lunare. Inoltre, poiché sembra che la Luna primordiale avesse un campo magnetico, la sua superficie potrebbe essere stata parzialmente protetta dalla radiazione solare e cosmica.

Se questi primi ambienti abitabili sono mai esistiti, potrebbero essere rimaste delle prove? Chiaramente, sulla Luna non vediamo la familiare topografia modificata dall’acqua che vediamo su Marte (per esempio, canali fluviali o orli di crateri che sono alterati dall’acqua allo stato liquido), ed è discutibile se qualsiasi prova topografica della prima acqua superficiale potrebbe essersi conservata sulla Luna dopo circa 4 miliardi di anni di martellamento da vento solare, radiazioni cosmiche e micrometeoriti.

D’altra parte, ci sono alcune prove (sebbene limitate) di ossidazione e/o attività idrotermale nelle rocce lunari (es. Shearer et al., 2014 ; Joy ​​et al., 2015). Una futura linea di indagine particolarmente promettente, in particolare per provare l’esistenza di acqua vicino alla superficie durante il punto più alto del vulcanismo, sarebbe la ricerca di prove di idratazione negli strati paleoregolitici intrappolati tra flussi di lava risalenti a questo periodo.

È anche interessante notare che Cannon et al. 2017) hanno proposto un primo episodio di idratazione, risultante dal degassamento dell’oceano di magma, come fonte della formazione primordiale di minerali argillosi su Marte, e se un tale processo ha operato su Marte primordiale, allora sembra probabile che abbia operato anche sulla Luna primordiale. Anche se sembra certo che, se acqua liquida fosse mai esistita sulla Luna primordiale, sarebbe stata molto meno diffusa che su Marte primordiale, le prove potrebbero ancora presentarsi negli studi sui campioni lunari.

Pertanto, se l’acqua liquida e un’atmosfera significativa sono state presenti sulla Luna primordiale per milioni di anni, si può presumere che la superficie lunare sia stata almeno transitoriamente abitabile e probabilmente abbia avuto anche un inventario degli elementi costitutivi necessari per la vita.

Se la vita sia mai sorta sulla Luna, o vi sia stata trasportata da altrove, è ovviamente altamente speculativo e l’argomento può essere affrontato solo da un aggressivo programma futuro di esplorazione lunare. Un aspetto importante di un tale programma di esplorazione sarebbe l’ottenimento di campioni da depositi di paleoregoliti risalenti al periodo del picco del vulcanismo (vale a dire,a ∼3,5 Ga) per determinare se in quel momento esistessero condizioni idratate (o altre prove di condizioni abitabili, inclusi possibili biomarcatori).

Inoltre, potrebbero essere condotti esperimenti in camere di simulazione dell’ambiente lunare nei laboratori sulla Terra per osservare se i microrganismi possono mantenere la vitalità nelle condizioni ambientali che si prevede esistessero sulla Luna primordiale. In effetti, le condizioni della superficie previste da Needham e Kring (2017 ) non sono molto diverse da quelle abitualmente prodotte nelle camere di simulazione di Marte (Galletta et al., 2006 ; Jensen et al., 2008 ; de Vera et al. 2013).

Tali strutture sono disponibili presso molti istituti di ricerca in tutto il mondo e potrebbero essere facilmente modificate per simulare le prime condizioni ambientali lunari.

Sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) sono già stati condotti esperimenti sull’analogia lunare nell’ambito del progetto BIOMEX (Baqué et al., 2017) e sono in fase di sviluppo metodi per analizzare questi campioni per la vitalità microbica. Pertanto, raccomandiamo di utilizzare entrambe le camere di simulazione lunare sul nostro pianeta e sulla ISS per verificare se potrebbe esserci stata una prima finestra di abitabilità sulla Luna.

Conclusioni

Dunque, la possibilità che sulla Luna possa, in un lontano passato, essere comparsa la vita è solo un’ipotesi da leggere con tutti i condizionali ben in evidenza, ma le condizioni sulla superficie lunare potrebbero essere state sufficienti a supportare forme di vita semplici in ben due periodi distinti: poco dopo che la Luna si è formata, circa 4 miliardi di anni fa, e durante un picco della sua attività vulcanica, circa 3.5 miliardi di anni fa.

In entrambi i periodi, gli scienziati ritengono che la Luna abbia emesso dal suo interno grandi quantità di gas volatili, surriscaldati, compreso il vapore acqueo. I due ricercatori sostengono che questa perdita di gas avrebbe potuto formare pozze d’acqua liquida sulla superficie lunare, così come un’atmosfera abbastanza densa da essere in grado di trattenere l’acqua sulla superficie per milioni di anni. «Se sulla Luna è stata presente acqua liquida e un’atmosfera significativa per lunghi periodi di tempo, pensiamo che la sua superficie sia stata, almeno transitoriamente, abitabile», afferma Schulze-Makuch.

È probabile che all’inizio anche la Luna avesse un campo magnetico, che avrebbe potuto proteggere l’atmosfera ed eventuali forme di vita sulla superficie dal vento solare. Vita che potrebbe aver avuto origine come è accaduto sulla Terra, ma Schulze-Makuch ritiene che lo scenario più probabile sia che sia stata portata da un meteorite.

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