Acqua sulla Luna sotto la luce del Sole

È ufficiale: sulla Luna c’è acqua. Non solo nei gelidi crateri polari perennemente in ombra ma anche nelle zone della superficie illuminate dal Sole. La scoperta è arrivata grazie ad una fortunata osservazione dell’osservatorio stratosferico della NASA SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), che ha rilevato molecole d’acqua (H₂O) nel cratere Clavius. Un bacino di circa 230 chilometri di diametro, situato nella parte sud-occidentale del lato della Luna visibile dalla Terra.

L’annuncio arriva in un momento estremamente caldo per l’esplorazione lunare ed ha il potenziale per incentivare (e stravolgere) i futuri programmi spaziali. Lo studio è stato pubblicato su Nature Astronomy.

La scoperta

Gli scienziati avevano già da tempo osservato un’inspiegabile idratazione diffusa sulla superficie lunare, indicata anche dallo spettro di assorbimento che mostrava una caratteristica di assorbimento a 3 µm, tipico di ghiaccio, acqua o del radicale libero OH. Il fenomeno era sicuramente legato a qualche specie di idrogeno ma, a quella risoluzione, era impossibile stabilire se si trattasse di molecole d’acqua o di altri composti idrossilici (OH).

SOFIA è riuscito a raffinare le osservazioni trovando acqua in concentrazioni da 100 a 412 parti per milione intrappolata in un metro cubo di terreno. Questa quantità, che per avere un’idea corrisponde più o meno a 0,35 litri, è molto scarsa se raffrontata al deserto del Sahara sulla Terra, che ha una quantità d’acqua 100 volte superiore. Tuttavia, nonostante la bassa concentrazione, la scoperta solleva molte nuove domande: quale processo sta creando acqua sulla Luna? E quanto resiste sulla superficie lunare priva di atmosfera?

«Avevamo indicazioni che la familiare acqua che tutti conosciamo fosse presente sul lato soleggiato della Luna», ha detto Paul Hertz, direttore della Divisione Astrofisica presso il Science Mission Directorate della NASA. «Ora sappiamo che è lì. Questa scoperta sfida la nostra comprensione della superficie lunare».

«Prima delle osservazioni di SOFIA, sapevamo che c’era una sorta di idratazione», ha detto Casey Honniball, autrice principale del documento. «Ma non sapevamo quanta acqua ci fosse e se fosse effettivamente acqua come quella che beviamo tutti i giorni, o qualcosa di più simile a uno sturalavandini». Ma SOFIA ha offerto un modo nuovo per guardare la Luna.

SOFIA

Lo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy è un telescopio riflettore con un diametro effettivo di 2,5 metri che vola a bordo di un Boeing 747SP modificato. Compie osservazioni atmosferiche tra gli 11.500 e i 13.700 metri* di quota e, volando sopra il 99% dell’atmosfera terrestre più umida che blocca gli infrarossi, può studiare il sistema solare e il cosmo da una prospettiva privilegiata. Né dalla Terra, né dallo spazio e da qualsiasi punto del globo (anche sopra gli oceani!). Fotocamere, spettrometri e polarimetri che accompagnano il telescopio operano nelle lunghezze d’onda del vicino, medio e lontano infrarosso, ciascuno adatto allo studio di un particolare fenomeno. La fotocamera Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST) è stata in grado di captare la lunghezza d’onda specifica delle molecole d’acqua a 6,1 µm, scoprendo una concentrazione relativamente sorprendente nel soleggiato cratere Clavius e dintorni.

SOFIA ha raggiunto questi risultati con un’osservazione di prova. L’osservatorio, progettato per guardare oggetti lontani e deboli, è stato puntato verso la Luna che ha saturato il suo campo visivo. Anche la fotocamera di servizio per il tracking stellare, grazie alla quale il telescopio tiene agganciato il target, era inutilizzabile durante l’esperimento del 31 agosto 2018. «È incredibile che questa scoperta sia nata da quello che era essenzialmente un test e, ora che sappiamo di poterlo fare, stiamo pianificando più voli per ulteriori osservazioni», ha detto Naseem Rangwala, scienziata del progetto SOFIA presso l’Ames Research Center della NASA.

L’acqua sembra rimanere sulla superficie lunare anche in assenza di atmosfera

«Senza un’atmosfera densa, l’acqua sulla superficie lunare illuminata dal Sole dovrebbe andare persa nello spazio», ha spiegato Honniball. «Eppure in qualche modo la stiamo vedendo. Qualcosa sta generando acqua e qualcosa deve intrappolarla lì».

Per ora, però, ci sono solo ipotesi. L’acqua potrebbe arrivare sulla Luna attraverso il bombardamento di micrometeoriti, che ne trasportano piccole quantità. Oppure potrebbe verificarsi un processo in due fasi. Dapprima, viene creato ossidrile attraverso il vento solare che rifornisce la superficie lunare di idrogeno e interagisce con i minerali nel suolo che contengono ossigeno. Successivamente, le radiazioni generate dalla pioggia di micrometeoriti trasformano l’ossidrile in acqua. A questo punto, l’acqua potrebbe rimanere intrappolata in minuscole sferule nel terreno, create dal calore elevato generato dai micro-impatti. Oppure, potrebbe nascondersi tra i granelli del suolo lunare, riparata dalla luce del Sole.

Tuttavia, «troviamo che la distribuzione dell’acqua nel piccolo intervallo di latitudine sia il risultato della geologia locale e probabilmente non un fenomeno globale», scrivono gli autori nel documento. Ma il fenomeno potrebbe essere presente anche sul lato lontano della Luna? Honniball, durante la teleconferenza ha risposto a OggiScienza «Sì, crediamo che le quantità [d’acqua] sul lato nascosto della Luna siano molto simili a quelle presenti sul lato della Luna che guarda alla Terra ma abbiamo bisogno di più osservazioni per poter dire se i luoghi [dove è presente] sono diversi».

I voli di follow-up di SOFIA cercheranno acqua in altre zone della Luna illuminate dal Sole e durante le diverse fasi lunari, per scoprire come l’acqua venga prodotta, immagazzinata e si sposti sulla superficie. Questi dati si aggiungeranno a quelli delle future missioni lunari, come il Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) della NASA che cercherà acqua al polo sud nel 2023. «Speriamo di mappare la maggior parte della Luna per caratterizzare il comportamento dell’acqua», ha detto Honniball. «Come varia la sua distribuzione in base all’ora del giorno e alla latitudine lunare? Questo ci aiuterà a capire le fonti e dove risiede».

Una scoperta che cambierà il programma di esplorazione lunare

L’Amministratore della NASA Jim Bridenstine ha commentato su Twitter «Abbiamo confermato per la prima volta l’acqua sulla superficie della Luna illuminata dal Sole utilizzando @SOFIAtelescope. Non sappiamo ancora se potremmo usarla come risorsa ma sapere che c’è l’acqua sulla Luna è la chiave per i nostri piani di esplorazione #Artemis».

Sette nazioni hanno già aderito al Programma Artemis della NASA che si prefigge di riportare l’uomo sulla Luna nel 2024, costruire un Gateway lunare (ossia, una sorta di stazione spaziale in orbita attorno alla Luna) ed un campo base al polo sud. Dove anche la Cina ha intenzione di realizzare la propria stazione permanente e di renderla operativa tra il 2036 ed il 2045.

L’acqua è una risorsa preziosa nello spazio profondo ed è un ingrediente chiave per la vita come la conosciamo. La prospettiva che possa trovarsi in molti luoghi sul nostro satellite e facilmente accessibile non farà altro che dare un ulteriore impulso alla nuova corsa alla Luna, già iniziata.

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Articolo pubblicato con licenza Creative Commons Attribuzione-Non opere derivate 2.5 Italia.   

Immagine: NASA

(*) Il 27 ottobre abbiamo corretto chilometri in metri