L’asimmetria della Luna

A causa della relativa mancanza di processi di erosione, la superficie della Luna presenta ancora visibili eventi geologici avvenuti durante la storia primordiale del sistema solare

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La storia del sistema Terra-Luna è sempre stata un mistero. Gli scienziati ritengono che il sistema si sia formato quando un corpo delle dimensioni di Marte si è scontrato con la proto-Terra. I detriti causati da questa collisione in seguito di condensarono intorno  due nuclei che finirono, in pochi milioni di anni, per diventare la Terra e la Luna.

La Terra finì per essere la figlia maggiore di questa collisione e trattenne abbastanza calore da diventare tettonicamente attiva. La Luna, essendo più piccola, si è probabilmente raffreddata più velocemente e si è congelata geologicamente. L’apparente dinamismo iniziale del nostro satellite, però, mette in discussione questa idea.

Nuovi dati suggeriscono che ciò potrebbe essere dovuto alla ridistribuzione di elementi radioattivi avvenuta dopo la catastrofica collisione.

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Marte ha due lune, Giove ha 79 e Nettuno ha 14. Alcune lune sono ghiacciate, altre rocciose, altre ancora geologicamente attive e altre relativamente inattive. Come i pianeti abbiano ottenuto i loro satelliti e perché questi hanno le proprietà che mostrano sono domande che potrebbero far luce su molti aspetti dell’evoluzione del primo sistema solare.

La Luna è un corpo roccioso relativamente freddo con una quantità limitata di acqua e pochi movimenti tettonici.

Decenni di osservazioni hanno dimostrato che la storia lunare è stata molto più dinamica di quanto si ritenesse con attività vulcanica e magnetica, presenti fino ad un miliardo di anni fa, molto più tardi del previsto.

Un indizio sul perché il lato vicino e lontano del nostro satellite siano così diversi deriva dalla forte asimmetria osservabile nelle loro caratteristiche superficiali. Sul lato vicino, chiazze scure e chiare sono osservabili ad occhio nudo. I primi astronomi chiamarono queste regioni oscure “mari”, pensando che fossero specchi d’acqua simili a quelli della Terra. Più tardi, con telescopi migliori e più potenti, gli scienziati sono stati in grado di capire che non si trattava di mari, ma più probabilmente crateri o caratteristiche vulcaniche.

Allora, molti scienziati presumevano che il lato più lontano della Luna, che non avrebbero mai potuto vedere, fosse più o meno simile al lato vicino.

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Tuttavia, poiché la Luna è relativamente vicina alla Terra, a soli circa 380.000 km di distanza, è stata il primo corpo del sistema solare che abbiamo potuto esplorare, prima con satelliti e poi con missioni con equipaggio.

Alla fine degli anni ’50 e all’inizio degli anni ’60, le sonde spaziali senza equipaggio lanciate dall’URSS restituirono le prime immagini del lato lontano della Luna e gli scienziati furono sorpresi di scoprire che le due parti erano molto diverse. Il lato opposto non aveva quasi mari. Solo l’1% del lato lontano era coperto di mari rispetto al ~ 31% del lato vicino. Gli scienziati cominciarono a sospettare che questa asimmetria potesse offrire indizi su come si è formata.

Gli scienziati forniscono una nuova spiegazione per il lato opposto della strana asimmetria della Luna
Distribuzione del torio sulla superficie lunare rilevato dalla missione Lunar Prospector. Il torio è altamente correlato con altri elementi radioattivi (che producono calore), e la maggior parte si trova sul lato rivolto verso la Terra (lato vicino). La relazione tra questa regione e molte caratteristiche osservate della storia lunare è una domanda chiave nelle scienze lunari. Credito: Laneuville, M. et al (2013) Journal of Geophysical Research : Planets.

Furono i 382 chili di rocce lunare riportate indietro dagli astronauti delle missioni Apollo a permettere ai ricercatori di capirne di più attraverso l’analisi chimica. Gli scienziati hanno capito rapidamente che l’oscurità relativa di queste macchie sulla superficie lunare è dovuta alla loro composizione geologica e sono, in effetti, attribuibili al vulcanismo. Hanno anche identificato un nuovo tipo di roccia che hanno chiamato KREEP, abbreviazione di roccia arricchita in potassio (simbolo chimico K), elementi di terre rare (cerio, disprosio, erbio, europio e altri elementi che sono rari sulla Terra) e fosforo (simbolo chimico P), associato ai mari.

Ma perché il vulcanismo e queste rocce di tipo KREEP sono distribuiti in modo così diseguale?

Ora, usando una combinazione di osservazioni, esperimenti di laboratorio e modellistica computerizzata, una collaborazione tra gli scienziati dell’Earth ‐ Life Science Institute del Tokyo Institute of Technology, l’Università della Florida, il Carnegie Institution for Science, la Towson University, il Johnson Space Center della NASA e l’Università del New Mexico ha scoperto nuovi indizi sul perché la Luna sia asimmetrica. Questi indizi sono collegati a un’importante proprietà del KREEP.

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Potassio (K), torio (Th) e uranio (U) sono elementi radioattivamente instabili. Ciò significa che si presentano in una varietà di configurazioni atomiche che hanno un numero variabile di neutroni. Questi atomi a composizione variabile sono noti come isotopi, alcuni dei quali sono instabili e si sfaldano per produrre altri elementi, producendo calore.

Il calore del decadimento radioattivo di questi elementi può sciogliere le rocce in cui sono contenuti, il che può spiegare in parte la loro localizzazione.

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Questo studio mostra che, oltre al potenziamento di riscaldamento, l’inclusione di un componente KREEP nelle rocce riduce anche la loro temperatura di fusione, aggravando l’attività vulcanica prevista dai semplici modelli di decadimento radiogenico. Poiché la maggior parte di questi flussi di lava sono avvenuti all’inizio della storia lunare, questo studio aggiunge anche vincoli riguardo ai tempi dell’evoluzione della Luna e all’ordine in cui si sono verificati vari processi sulla luna.

Questo lavoro ha richiesto la collaborazione tra scienziati che lavorano su teoria ed esperimento. Dopo aver condotto esperimenti di fusione ad alta temperatura di rocce con vari componenti KREEP, il team ha analizzato le implicazioni che ciò avrebbe sul tempismo e sul volume dell’attività vulcanica sulla superficie lunare, fornendo informazioni importanti sulle prime fasi dell’evoluzione del sistema Terra-Luna .

Il co-autore Matthieu Laneuville afferma: “A causa della relativa mancanza di processi di erosione, la superficie della Luna presenta ancora visibili eventi geologici avvenuti durante la storia primordiale del sistema solare. In particolare, le regioni sul lato vicino della Luna hanno concentrazioni di elementi radioattivi come U e Th maggiori di qualsiasi altra parte della Luna. Comprendere l’origine di questi arricchimenti di U e Th locali può aiutarci a spiegare le fasi iniziali della formazione della Luna e, di conseguenza, le condizioni sulla Terra primitiva“.

I risultati di questo studio suggeriscono che i mari arricchiti con il KREEP hanno influenzato l’evoluzione lunare da quando si è formata la Luna. Laneuville ritiene che prove di questo tipo di processi non simmetrici e autoamplificanti possano essere trovate in altre lune del nostro sistema solare e potrebbero essere onnipresenti su corpi rocciosi in tutto l’universo.

Fonte: Nature Geoscience (2020). DOI: 10.1038 / s41561-020-0559-4