La luna è piena di ruggine ed i ricercatori non capiscono perché

Mentre la nostra Luna è senz'aria, la ricerca indica la presenza di ematite, una forma di ruggine che normalmente richiede ossigeno e acqua per essere prodotta.

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Marte è noto da tempo per la sua ruggine. Il ferro sulla sua superficie, combinato con l’acqua e l’ossigeno che erano presenti in superficie nel suo antico passato, conferiscono al Pianeta Rosso la sua tonalità. Ma gli scienziati sono stati recentemente sorpresi di trovare prove che anche sulla nostra Luna senz’aria è presente ruggine.
Un nuovo articolo pubblicato su Science Advances esamina i dati dell’orbiter Chandrayaan-1 dell’Indian Space Research Organisation, che ha scoperto ghiaccio d’acqua e mappato una varietà di minerali durante il rilevamento della superficie lunare nel 2008. L’autore principale dello studio, Shuai Li, dell’Università delle Hawaii ha studiato i dati dallo strumento Moon Mineralogy Mapper di Chandrayaan-1, o M 3, costruito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California. L’acqua interagisce con la roccia per produrre una varietà di minerali e M 3 ha rilevato spettri – o luce riflessa dalle superfici – che hanno rivelato che i poli della Luna hanno una composizione molto diversa dal resto di essa.
Incuriosito, Li si è concentrato su questi spettri polari. Sebbene la superficie della Luna sia disseminata di rocce ricche di ferro, è stato comunque sorpreso di trovare una stretta corrispondenza con la firma spettrale dell’ematite. Il minerale è una forma di ossido di ferro, o ruggine, prodotto quando il ferro viene esposto all’ossigeno e all’acqua. Ma la Luna non dovrebbe avere ossigeno o acqua liquida, quindi come può esserci ruggine?

Metal Mystery

Il mistero inizia con il vento solare, un flusso di particelle cariche che esce dal Sole, bombardando la Terra e la Luna di l’idrogeno. L’idrogeno rende più difficile la formazione dell’ematite. È ciò che è noto come un riduttore, il che significa che aggiunge elettroni ai materiali con cui interagisce. È l’opposto di ciò che è necessario per produrre l’ematite: perché il ferro arrugginisca, è necessario un ossidante, che rimuove gli elettroni. E mentre la Terra ha un campo magnetico che la protegge da questo idrogeno, la Luna no.
“È sconcertante“, ha detto Li. “La Luna è un ambiente terribile per la formazione dell’ematite.” Quindi si è rivolto agli scienziati del JPL Abigail Fraeman e Vivian Sun per esaminare i dati di M 3 e confermare la sua scoperta dell’ematite.
“All’inizio, non ci credevo totalmente. Non dovrebbe esistere in base alle condizioni presenti sulla Luna“, ha detto Fraeman. “Ma da quando abbiamo scoperto l’acqua sulla Luna, molti hanno ipotizzato che potrebbe esserci una maggiore varietà di minerali di quanto ci rendiamo conto“.
Dopo aver esaminato attentamente i dati, Fraeman e Sun si sono convinti che i dati di M 3 indicano effettivamente la presenza di ematite ai poli lunari. “Alla fine, gli spettri indicano la presenza di ematite in modo convincente, e deve esserci una spiegazione del motivo per cui è sulla Luna“, ha detto Sun.

Tre ingredienti chiave

Il loro articolo offre un modello a tre punte per spiegare come potrebbe formarsi la ruggine in un tale ambiente. Tanto per cominciare, mentre la Luna è priva di atmosfera, è in realtà sede di tracce di ossigeno. La fonte di quell’ossigeno: il nostro pianeta. Il campo magnetico terrestre scorre dietro il pianeta come una manica a vento . Nel 2007, l’orbiter giapponese Kaguya ha scoperto che l’ossigeno dell’alta atmosfera terrestre può seguire questo flusso magnetico viaggiando per 385.000 chilometri verso la Luna.
Quella scoperta si adatta ai dati di M 3, che ha trovato più ematite sul lato visibile della Luna che sul lato opposto. “Questo ha suggerito che l’ossigeno della Terra potrebbe guidare la formazione di ematite“, ha detto Li. La Luna si è allontanata dalla Terra per miliardi di anni, quindi è anche possibile che più ossigeno abbia raggiunto il nostro satellite quando i due erano più vicini nel passato antico.
Poi c’è la questione di tutto quell’idrogeno fornito dal vento solare. Come riduttore, l’idrogeno dovrebbe prevenire l’ossidazione. Ma la coda magnetica della Terra ha un effetto di mediazione. Oltre a trasportare ossigeno alla Luna dal nostro pianeta natale, blocca anche oltre il 99% del vento solare durante determinati periodi dell’orbita lunare (in particolare, ogni volta che si trova nella fase di luna piena). Ciò apre finestre occasionali durante il ciclo lunare durante le quali potrebbe formarsi la ruggine.
Il terzo pezzo del puzzle è l’acqua. Mentre la maggior parte della Luna è secca come le ossa, il ghiaccio d’acqua può essere trovato nei crateri lunari in ombra sul lato più lontano della Luna. Ma l’ematite è stata rilevata lontano da quel ghiaccio. L’articolo si concentra invece sulle molecole d’acqua trovate nella superficie lunare. Li propone che le particelle di polvere in rapido movimento che colpiscono regolarmente la Luna potrebbero rilasciare queste molecole d’acqua trasportate dalla superficie, mescolandole con il ferro nel suolo lunare. Il calore di questi impatti potrebbe aumentare il tasso di ossidazione; le stesse particelle di polvere possono anche trasportare molecole d’acqua, impiantandole sulla superficie in modo che si mescolino con il ferro. Proprio durante i momenti giusti, ovvero quando la Luna è protetta dal vento solare e l’ossigeno è presente, potrebbe verificarsi una reazione chimica che induce la ruggine.
Sono necessari più dati per determinare esattamente come l’acqua interagisce con la roccia. Questi dati potrebbero anche aiutare a spiegare un altro mistero: perché piccole quantità di ematite si stanno formando anche sul lato più lontano della Luna, dove l’ossigeno della Terra non dovrebbe essere in grado di arrivare.

Più scienza in arrivo

Fraeman ha detto che questo modello potrebbe anche spiegare l’ematite trovata su altri corpi senz’aria come gli asteroidi. “Potrebbe essere che piccoli frammenti d’acqua e l’impatto delle particelle di polvere stiano permettendo al ferro in questi corpi di arrugginirsi“, ha detto.
Li ha notato che è un momento emozionante per la scienza lunare. A quasi 50 anni dall’ultimo sbarco dell’Apollo, la Luna è di nuovo una delle principali destinazioni. La NASA prevede di inviare dozzine di nuovi strumenti ed esperimenti tecnologici per studiare la Luna a partire dal prossimo anno, seguiti da missioni umane a partire dal 2024, tutte come parte del programma Artemis.
Il JPL sta anche costruendo una nuova versione di M 3 per un orbiter chiamato Lunar Trailblazer. Uno dei suoi strumenti, High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper (HVM 3 ), mapperà il ghiaccio d’acqua nei crateri lunari permanentemente in ombra e potrebbe essere in grado di rivelare anche nuovi dettagli sull’ematite.
“Penso che questi risultati indichino che nel nostro sistema solare avvengono processi chimici più complessi di quelli precedentemente riconosciuti“, ha detto Sun. “Potremo capirli meglio inviando future missioni sulla Luna per testare queste ipotesi“.
Fonte: JPL