Deve essere accaduto qualcosa di strano molto tempo fa, mentre si formava la Luna. Non sappiamo esattamente cosa sia stato o come sia successo, ma le conseguenze di quegli eventi hanno portato a una serie enorme di differenze tra il lato vicino, il lato che è sempre rivolto verso di noi, e il lato lontano, a cui si può accedere solo tramite una navicella spaziale.
Il lato vicino è pieno di caratteristiche familiari e riconoscibili, tra cui:
- aree bianche fortemente craterizzate, che rappresentano i vecchi altopiani lunari,
- aree scure scarsamente craterizzate, che rappresentano pianure note come mari lunari,
- raggi luminosi che emergono da molti dei crateri lunari profondi, ma solo nelle aree scure dei mari,
- e numerosi crateri di diverse dimensioni sovrapposti l’uno sull’altro, ma presenti quasi esclusivamente nelle zone montuose chiare.
Il lato nascosto, che è stato intravisto per la prima volta nel 1959 con una missione spaziale, è molto diverso. È composto quasi esclusivamente da altopiani fortemente craterizzati e i pochi mari scuri e bassi presenti sono molto piccoli rispetto al lato vicino.
Cosa crediamo di sapere sulla formazione della Luna
La spiegazione più semplice per questo effetto è già nota per essere sbagliata, ma una teoria folle ma avvincente sta per essere messa alla prova. Ora che la missione cinese Chang’e-6 ha riportato con successo sulla Terra campioni lunari prelevati dal lato nascosto della Luna, possiamo finalmente analizzarli e confrontarli con i campioni del lato vicino che abbiamo prelevato già con le missioni Apollo. Dopo tutti questi anni, il mistero delle differenze tra i due emisferi del nostro satellite potrebbe essere finalmente risolto.
Le differenze tra il lato vicino e il lato lontano della Luna sono sorprendenti, poiché la maggior parte di noi farebbe fatica a riconoscere la Luna guardando solo il lato che è sempre rivolto lontano dalla Terra. Invece di un gran numero di mari scuri e leggermente craterizzati, ce n’è solo uno sostanziale: situato nell’emisfero settentrionale del lato lontano. Non ci sono creste montuose giganti, come quella che separa nettamente il Mare Imbrium dal Mare Serenitatis sul lato vicino. Ci sono meno crateri giganti con enormi raggi che si irradiano da essi, come Giordano Bruno e Pierazzo, mentre il lato vicino ne è pieno: Copernico, Aristarco, Keplero, Tycho e molti altri.
Forse, però, la differenza più grande di tutte può essere vista in termini di elevazione. A parte l’isolata depressione settentrionale, il Mare Mascoviense, e l’enorme bacino Polo Sud-Aitken, entrambi probabilmente causati da impatti antichi, il lato lontano della Luna ha un’altitudine media molto più elevata rispetto al lato vicino. Nel complesso, l’elevazione media del lato lontano è maggiore dell’elevazione media del lato vicino di quasi 2 chilometri e, in base ai dati sismici, la crosta lunare sul lato lontano è più spessa della crosta del lato vicino di circa 15 chilometri.
Per qualche ragione, il lato lontano della Luna è più pesantemente craterizzato, a un’altitudine significativamente più elevata e possiede una crosta molto più spessa (di circa il 25% o più) rispetto al lato vicino della Luna.
Molti di noi, dopo aver appreso questo, hanno una spiegazione quasi istintiva del perché il lato lontano dovrebbe essere più craterizzato del lato vicino: perché la Terra è sulla traiettoria del lato vicino. Dopo tutto, la Luna è relativamente vicina, a una distanza media di soli 380.000 km dalla Terra, e la Terra è molto più grande (quasi quattro volte il diametro della Luna) e molto più massiccia (circa 82 volte più massiccia della Luna), il che dovrebbe renderla un bersaglio molto migliore per potenziali impattatori. Per questo motivo, potresti essere tentato di pensare che il lato lontano della Luna sia molto più craterizzato perché non ha gli effetti protettivi che la Terra fornisce: agendo come uno scudo da questi impatti per il lato vicino.
Sfortunatamente, questa spiegazione crolla completamente quando quantifichiamo gli effetti protettivi e li confrontiamo con i tassi di craterizzazione osservati. La distanza Terra-Luna, sebbene piccola su scale del Sistema Solare, è in realtà circa ~30 volte maggiore del diametro della Terra, il che significa che la differenza di craterizzazione dovrebbe essere inferiore a ~1%. Nonostante la massa della Terra, i tassi di craterizzazione su entrambi gli emisferi della Luna dovrebbero essere influenzati quasi equamente dalla gravità terrestre, il che implica di nuovo una differenza nei tassi di craterizzazione tra il lato vicino e il lato lontano inferiore a ~1%.
Invece non è affatto così. Il lato lontano è più craterizzato del lato vicino di circa il 30%: una differenza enorme che non può essere spiegata dalla deviazione gravitazionale o dall’assorbimento degli impatti. Non riesce nemmeno a spiegare le altre differenze: nell’abbondanza di mari o nell’elevazione e nello spessore della crosta. Per quanto allettante sia questa idea, è stata a lungo esclusa.
Un approccio migliore è quello di tornare alla nostra idea di come pensiamo che la Luna si sia formata: da un impatto gigantesco tra la proto-Terra e un protopianeta ora divorato noto come Theia. Potresti pensare all’impatto dell’asteroide che ha spazzato via i dinosauri come a uno enorme e, secondo molti parametri, è stato davvero tremendo. Con una dimensione stimata di 5-10 chilometri di diametro, le dimensioni di una grande montagna, ha creato il cratere Chicxulub: un cratere da impatto di circa 200 chilometri di diametro.
Tornando indietro di circa 4,5 miliardi di anni, scopriamo che all’inizio della storia del nostro pianeta ci fu un impatto molto più grande che fa sembrare l’impatto di Chicxulub una sciocchezza. Quando il Sistema Solare era agli inizi, la Terra era per lo più formata: aveva quasi la stessa massa e raggio di oggi. Ma c’era un altro grande protopianeta nelle vicinanze, forse di dimensioni simili a quelle di Marte. Circa 50 milioni di anni dopo che gli altri pianeti avevano finito di formarsi, la proto-Terra e questo ipotetico protopianeta, noto come Theia, si scontrarono tra loro.
In seguito a questa collisione, un’enorme nube di detriti fu sollevata, formando una struttura teorica nota come synestia. Mentre la maggior parte di questa massa alla fine ricadde sulla Terra o fuggì nello spazio interplanetario, una quantità sufficiente si coalizzò gravitazionalmente per formare la nostra Luna.
In effetti, ora pensiamo che gli impatti giganti siano il modo principale in cui i pianeti piccoli e solidi ottengono le loro lune, poiché si teorizza che gli impatti giganti siano il meccanismo alla base del modo in cui Marte ha ottenuto il suo sistema di lune e anche di come è nato il sistema di lune di Plutone.
Sebbene l’ipotesi dell’impatto gigante fosse considerata un’idea marginale quando fu proposta per la prima volta negli anni ’70, una sorprendente prova portò alla sua graduale accettazione: i primi campioni lunari di ritorno mostrarono che la composizione del materiale della Luna corrispondeva esattamente alla composizione del materiale della Terra stessa. Questo fatto sorprendente diede grande supporto all’idea di un impatto gigante nel nostro lontano passato e ci diede un nuovo scenario per la creazione della Luna.
Quindi, se è così che si è formata la Luna, che tipo di scenario si delinea?
Dobbiamo ricordare che oggi, il fattore che determina principalmente la temperatura di un pianeta è la combinazione del riscaldamento del Sole, dell’intrappolamento del calore atmosferico e della radiazione planetaria, nonché di processi interni come la contrazione gravitazionale e il decadimento degli elementi radioattivi all’interno del pianeta. Ma all’inizio, durante le prime fasi della formazione planetaria, c’era molto calore residuato dalla nebulosa pre-solare da cui si sono formati questi pianeti, e la temperatura stimata per la Terra durante queste prime fasi era quasi dieci volte più calda di oggi: da qualche parte intorno ai 2700 K.
Sappiamo anche, dalle osservazioni delle caratteristiche impresse sulla Terra nel corso della sua storia geologica, che in origine il nostro pianeta ruotava molto più rapidamente attorno al suo asse e, in base alle leggi che governano il momento angolare, ciò implica che la Luna fosse molto più vicina alla Terra in passato. Ora, mettiamo insieme queste tre informazioni:
- il fatto che un impatto gigante ha creato una struttura simile alla sinestia,
- che ha dato origine a una Luna che si è formata in prossimità della Terra,
- che la Terra era molto calda in quel periodo: circa 2700 K.
È probabile che la Luna, fin dalla sua formazione iniziale, sia stata creata già in rotazione sincrona con la Terra, con una faccia della Luna sempre rivolta verso la Terra e quella opposta sempre nella direzione opposta. Ma anche se così non fosse e la Luna fosse nata in rotazione, la fisica gravitazionale ci insegna che si sarebbe allineata rotazione sincrona molto rapidamente: in tempi di circa 100.000 anni, al massimo.
Ora, immaginatelo: abbiamo una Terra giovane e calda che si trova in prossimità di una grande Luna bloccata dalle maree, che a sua volta si è formata da una nube gonfia nota come sinestia formata, come parte delle conseguenze della collisione, da un disco circumplanetario di materia che circonda la Terra. Come potreste aspettarvi, questo materiale in eccesso non persiste per sempre, ma gran parte di esso finirà per atterrare sulla Luna (e aggiungersi ad essa), sia sul lato rivolto verso la Terra che su quello lontano dalla Terra.
Cosa implicherebbe, per quanto riguarda le somiglianze e le differenze tra le due facce della Luna, in uno scenario del genere?
I dettagli sono stati elaborati per la prima volta solo dieci anni fa, in un articolo di Arpita Roy, Jason Wright e Steinn Sigurdsson. La realizzazione chiave è che il calore della giovane Terra calda avrebbe dovuto produrre non solo un gradiente di temperatura che influenzava il materiale circostante la Terra, ma anche un gradiente chimico: dove gli elementi più pesanti che sono più vicini alla Terra calda venivano vaporizzati più facilmente, ma quegli stessi elementi, quando sono più lontani, venivano vaporizzati meno facilmente.
Elementi come calcio e alluminio, in particolare, avrebbero dovuto depositarsi preferibilmente sul lato lontano della Luna rispetto al lato vicino, il che significa che ora abbiamo una previsione da cercare: maggiori abbondanze di questi elementi facilmente vaporizzabili sul lato della Luna che è sempre rivolto lontano dalla Terra.
Gli autori hanno poi continuato a dimostrare che maggiori abbondanze di calcio e alluminio nella parte più distante della struttura di formazione della Luna, sia nel caso di un disco circumplanetario che di una sinestia, avrebbero portato ad una crosta più spessa sul lato lontano della Luna rispetto al lato vicino. Poiché la crosta è la parte meno densa di un mondo, che di fatto “galleggia” in cima al mantello interno, ciò dovrebbe corrispondere anche a maggiori elevazioni sul lato lontano.
La missione cinese Chang’e-6
In altre parole, se questa è la storia della creazione del nostro sistema Terra-Luna, allora ora c’è una previsione verificabile: certi elementi facilmente vaporizzabili dovrebbero essere più abbondanti come parte della crosta del lato lontano della Luna rispetto alla crosta del lato vicino della Luna. Se il nostro satellite naturale si fosse formato in modo da essere perfettamente (o quasi perfettamente) bloccato dalle maree alla Terra, allora il lato vicino dovrebbe essere impoverito di questi elementi, mentre il lato lontano dovrebbe esserne abbondante. D’altro canto, se la Luna avesse ruotato costantemente durante la sua formazione, allora questi elementi dovrebbero essersi depositati relativamente uniformemente sulla sua superficie.
Questa teoria, sebbene abbia ricevuto pochissima attenzione pubblica quando è stata proposta per la prima volta, dovrebbe ora essere di grande interesse per i planetologi, poiché per la prima volta nella storia, l’umanità ha ora i materiali necessari per metterla alla prova.
Il 25 giugno 2024, la missione Chang’e-6 ha riportato con successo più di due chilogrammi di campioni lunari dal lato più lontano della Luna: le prime rocce dal lato più lontano della Luna mai riportate sulla Terra. Sebbene le missioni Apollo (così come le successive missioni automatiche dell’Unione Sovietica e della Cina) abbiano riportato molti campioni lunari in precedenza, sia dalle regioni dei mari di bassa quota che dagli altopiani lunari pesantemente craterizzati, tutti provenivano dal lato vicino della Luna.
È un incredibile risultato tecnico, poiché non c’è modo di comunicare direttamente con alcun veicolo spaziale sul lato lontano della Luna dalla Terra; non c’è una linea di vista diretta per la comunicazione bidirezionale.
La missione ha prima preselezionato un sito di atterraggio nel bacino del Polo Sud-Aitken e ha fatto atterrare con successo il lander lì. Quindi, è stato dispiegato un braccio robotico, dotato di trapano, per condurre la procedura di raccolta dei campioni. Infine, il carico è stato lanciato su una traiettoria di ascesa per incontrarsi con una capsula di rientro in orbita lunare, da cui è poi tornato sulla Terra.
Aspettando le analisi
E ora, da un punto di vista scientifico, inizia davvero il divertimento. Cosa mostrerà un’analisi campione del materiale dal lato lontano della Luna? I campioni saranno identici nella composizione a quelli precedentemente restituiti dal lato vicino della Luna? Saranno diversi in qualche modo apprezzabile, come in termini di abbondanza di vari elementi? Faranno nuova luce sulle varie teorie di formazione (e sui dettagli di quelle teorie) per la Luna stessa? E saranno coerenti con le storie che ci raccontiamo oggi sulla Luna e sulla Terra, o ci saranno delle nuove informazioni che ci costringeranno a riscrivere ciò che pensavamo di sapere già?
Per molti versi, questa è la bellezza della scienza: messa a nudo perché tutti possano vederla. Abbiamo alcune idee su cosa pensiamo possa essere successo, così come su come è successo, tutte coerenti con le prove che abbiamo raccolto finora. Ma cosa riveleranno queste nuove prove? Sosterranno o confuteranno questo entusiasmante scenario per il lato lontano della Luna che è più alto, più spesso e chimicamente diverso dal lato vicino? Rimarrà coerente con le nostre idee su una sinestia e un’ipotesi di impatto gigante? O ci saranno sorprese ancora più grandi in serbo?
Mentre aspettiamo tutti che arrivino le analisi e che i dati vengano pubblicati, è importante guardare a quali sono i pensieri principali sulla struttura e la formazione della Luna al momento, con la consapevolezza che saranno presto sottoposti a un nuovo, critico test. Dopo tutto, il modo migliore per conoscere l’Universo è semplicemente chiedergli di se stesso e ascoltare attentamente cosa rivelano le sue risposte.
