La nuova corsa all’esplorazione lunare

Il dibattito sui futuri viaggi umani nel cosmo si arricchisce di un nuovo capitolo che vede come protagonista il nostro satellite naturale. Al centro della questione gli enormi rischi a cui andranno incontro gli astronauti nelle future esplorazioni lunari: fra i pericoli l’esposizione a intense radiazioni dannose per la salute. Ad accendere i riflettori sul problema è un team di ricercatori tedesco-cinese, guidato dal National Space Science Center di Pechino, che ha annunciato a settembre su Science Advances i risultati di uno studio, portato a termine grazie all’esperimento Lunar Lander Neutrons and Dosimetry, a bordo del lander cinese Chang’e 4.

Il lander (un tipo di navicella spaziale progettata per atterrare e sostare sulla superficie di un corpo celeste) ha esplorato il lato nascosto del nostro satellite, misurando per la prima volta e con estrema precisione il livello di radiazioni nell’ambiente lunare. Le missioni Apollo non hanno infatti mai fornito dati al riguardo. Un passo avanti importante per proteggere la salute dei futuri viaggiatori è raccogliere informazioni per tracciare un identikit del pericolo.

A riportare il genere umano sulla Luna sarà il programma di volo spaziale Artemis, risultato di una collaborazione internazionale fra le agenzie spaziali americana (NASA), europea (ESA), giapponese (JAXA) e canadese (CSA). Obiettivo per il 2024: lo sbarco sulla Luna di una donna, per la prima volta, e di un uomo, dopo molto tempo, con la prospettiva di creare un insediamento a lungo termine.

Le minacce per il corpo umano

Chang’e 4 ha svelato un mistero di lunga data, spiega nel dettaglio lo studio, misurando la dose di radiazioni che investe il suolo lunare: 1369 microsievert al giorno (il sievert è l’unità di misura della dose equivalente di radiazione e quantifica il danno biologico da essa provocato). Per fare un paragone, sulla Terra il valore è circa 6.5 microsievert al giorno: l’allarme è chiaro. Il dato lunare è più di 200 volte superiore a quello terrestre e più del doppio, 2.6 volte, del livello di radiazione a cui sono esposti gli astronauti all’interno della Stazione Spaziale Internazionale.

I responsabili di queste dannose radiazioni sono i raggi cosmici galattici (Galactic Cosmic Rays, GCRs) e le particelle provenienti dal sole (Solar Particles Events, SPEs). I raggi cosmici sono flussi di particelle molto energetiche provenienti dallo spazio, a cui sono esposti tanto la Terra quanto la Luna e gli altri corpi celesti: la loro origine è molto varia, provenendo da milioni di sorgenti sparse per tutto il cosmo. Sono composti da particelle cariche, protoni e nuclei di elementi leggeri come l’elio, a cui si aggiungono anche nuclei di elementi più pesanti: sono proprio questi ultimi i più temibili per il corpo umano. I danni provocati dall’interazione fra una particella carica e i tessuti umani aumentano, infatti, all’aumentare della carica nucleare degli elementi coinvolti: elementi più pesanti possono perciò causare più danni.

La seconda minaccia per le esplorazioni lunari arriva invece dal Sole, dai cosiddetti Solar Particles Events, in breve SPEs. Si tratta di particelle (protoni e nuclei di elio) provenienti dalla nostra stella e accelerate dai violenti fenomeni che caratterizzano l’attività solare: i brillamenti, cioè eruzioni degli strati più esterni della struttura solare, e le eruzioni della corona, la parte più esterna dell’atmosfera dell’astro. Seppure più rare dei raggi cosmici, le SPEs possono avere effetti altamente distruttivi per i tessuti umani. Raggi cosmici e particelle solari sono dunque entrambi nocivi, ma in modo diverso.

«Le SPEs sono imprevedibili, non hanno regolarità, quindi possono essere più pericolose e la loro intensità varia con l’attività solare: quando il Sole è attivo sono molto abbondanti», ha commentato per OggiScienza Robert F. Wimmer-Schweingruber, del Institut fuer Experimentelle und Angewandte Physik dell’Università di Kiel in Germania e autore dello studio. «L’impatto dei raggi cosmici è più facile da prevedere e gestire. Tuttavia durante la fase di attività solare minima il flusso di questi raggi aumenta: si crea perciò un delicato equilibrio tra gli effetti conosciuti dei raggi cosmici e quelli sconosciuti delle SPEs».

Pericoli per le esplorazioni lunari

L’impatto di queste due minacce non interessa solo la superficie lunare ma colpisce anche la vita sul nostro pianeta. La presenza del campo magnetico terrestre, tuttavia, protegge noi e il pianeta dalla maggior parte di flussi di particelle cariche che ci investono quotidianamente, preservando la salute della Terra, abitanti inclusi. La Luna non ha la stessa fortuna: il suo campo magnetico è infatti meno intenso di quello terrestre e manca quasi totalmente di un’atmosfera che, come quella che avvolge il nostro pianeta, filtri ciò che arriva dallo spazio.

A questo quadro già preoccupante si aggiunge un’ulteriore fonte di pericoli: la Luna stessa. Quando il suolo lunare viene travolto dalla radiazione proveniente dall’universo, ogni elemento chimico di cui si compone la superficie interagisce, a suo modo, con la radiazione, rilasciando raggi gamma (radiazioni con frequenza molto alta, dannose per l’uomo) e neutroni.

«Non ci aspettavamo che il contributo della radiazione neutra e gamma fosse così intenso, è stata una sorpresa: l’effetto può essere molto pericoloso, per questo è necessario studiare nel dettaglio il fenomeno», afferma Wimmer-Schweingruber. Un neutrone libero, al di fuori di un nucleo, sopravvive circa 10 minuti prima di trasformarsi, in gergo decadere, in altre particelle. Se sulla Luna ci sono neutroni perciò devono provenire dal satellite stesso, non potendo sopravvivere a viaggi più lunghi da sorgenti lontane.

Passando dalle cause alle conseguenze, gli effetti principali sulla salute umana possono portare a tumori, malattie degenerative del sistema nervoso, patologie degli occhi e danni al sistema cardiovascolare, per citarne solo alcuni.

La soluzione nel sottosuolo

In un scenario tutt’altro che incoraggiante, i ricercatori considerano soluzioni per la sopravvivenza sulla Luna che sfruttino ciò che di naturale offre il paesaggio: le grotte lunari. Spessi strati di roccia della crosta del satellite, composta principalmente da ossigeno, silicio e magnesio, in cui rifugiarsi per scampare al flusso di radiazioni. Queste grotte, note anche come tubi lavici, sono state scavate da fiumi di lava nel sottosuolo e sono munite di aperture di accesso alla superficie: si tratta di resti dell’attività vulcanica sulla Luna risalente a miliardi di anni fa.

I tubi lavici lunari assomigliano ad analoghe cavità sotterranee presenti sulla Terra, nelle isole Hawaii, per esempio, in Australia e in Islanda. Le grotte lunari superano però in grandezza quelle terrestri e arrivano fino a mille volte la dimensione di queste ultime: responsabile di questa disparità è la differente gravità, minore sulla Luna rispetto alla Terra, e ai suoi effetti sull’attività vulcanica.

Ma non finisce qui: la debole gravità lunare ha lasciato intatta nel tempo la struttura interna dei tubi, preservandoli dai crolli e rendendoli stabili e potenzialmente ospitali. I condotti lunari, misurano in lunghezza fino a 40 chilometri: sono ottimi candidati come spazi abitativi e sarebbero in grado di accogliere vere e proprie basi planetarie. Fornirebbero infatti protezione sia dalla radiazione cosmica e solare che da ogni corpo celeste possa impattare con la superficie.

«La Luna non è un ambiente realmente abitabile come la Terra, nessun essere umano potrebbe vivere sul suolo lunare non protetto. Tuttavia sono certo che il genere umano sia in grado di progettare e gestire un insediamento abitativo sicuro sulla Luna, con le opportune protezioni», conclude Wimmer-Schweingruber. «Per questo i risultati del nostro studio sono importanti per la pianificazioni delle future esplorazioni lunari». Secondo gli scienziati, dunque, i soggiorni a lungo termine (e protetti) sulla superficie lunare sarebbero presto possibili.

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Immagine: CNSA, Wikimedia Commons CC BY 4.0