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livello elementare
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ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: LUNA
parole chiave: esplorazione spaziale, Luna, acqua molecolare, missioni Artemis
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Nell’ultima decade, l’opinione scientifica che descriveva la Luna solo come una distesa grigia, arida e polverosa è mutata. Oggi sappiamo che non è così: c’è acqua anche sul nostro satellite, una scoperta che potrebbe cambiare il futuro dell’esplorazione spaziale.
Per dimostrare l’esistenza di ghiaccio ai poli lunari, gli scienziati avevano inizialmente utilizzato i dati del Moon Mineralogy Mapper (M3), uno spettrometro per immagini, in grado di misurare le lunghezze d’onda della luce per determinare la composizione dei materiali. M3 era stato lanciato nel 2008 a bordo della sonda indiana Chandrayaan-1 ed i suoi dati avevano fornito molte informazioni sulla composizione lunare.
L’immagine mostra la distribuzione del ghiaccio superficiale al polo sud (a sinistra) e al polo nord (a destra) della Luna, rilevata dallo strumento Moon Mineralogy Mapper della NASA. Il blu rappresenta le posizioni del ghiaccio, tracciate su un’immagine della superficie lunare, dove la scala di grigi corrisponde alla temperatura della superficie. Le tonalità più scure rappresentano le aree più fredde, mentre le tonalità più chiare indicano zone più calde – credits NASA
Studiando le proprietà riflettenti e il modo in cui le molecole assorbivano la luce, M3 aveva scoperto che esisteva ghiaccio d’acqua nelle zone polari lunari, con una distribuzione molto maggiore al polo sud, a causa della presenza di regioni più ombreggiate. Il problema era che i dati non consentivano di comprendere se si trattasse di acqua “molecolare”, ovvero la sostanza che conosciamo come H2O, o di molecole di idrossile (composte da un atomo di idrogeno ed uno di ossigeno HO). Sull’analisi dei primi dati, gli scienziati erano inizialmente propensi a pensare che le molecole individuate fossero di idrossile, in quanto più stabili termicamente dell’acqua, ma qualcosa di nuovo ha cambiato la loro ipotesi iniziale.
Una scoperta epocale, alla vigilia del prossimo passo sulla Luna
Gli scienziati, impossibilitati a camminare fisicamente sulla superficie lunare, si devono accontentare dei loro strumenti terrestri e spaziali per poter studiare il nostro satellite. Da tempo nei corridoi della NASA si parlava di nuovi strumenti che aprivano una speranza per scoprire la presenza di acqua molecolare lunare. Di fatto la faccia visibile della Luna è stata esaminata nell’infrarosso, ed i dati raccolti hanno determinato che esiste una prevalenza di molecole di acqua molecolare, la stessa che beviamo e che ci circonda sulla Terra. La notizia è sorprendente perché è stata scoperta sulla faccia visibile della Luna, quella costantemente esposta alle radiazioni UV, dove le temperature oscillano notevolmente durante il giorno. Gli scienziati hanno però scoperto che esiste ghiaccio intrappolato anche in regioni permanentemente ombreggiate della superficie lunare che non ricevono mai la luce solare, ipotizzando che il ghiaccio d’acqua potrebbe esservi ancora più diffuso. Gli studi si basano su un nuovo strumento della NASA, SOFIA, un osservatorio stratosferico per l’astronomia a infrarossi collocato su un Boeing 747.
L’aereo, gestito dalla NASA e dal DLR, il centro aerospaziale tedesco, vola a quasi 43.000 piedi di quota e, durante il volo ha la possibilità di aprire un portello nella parte posteriore della carlinga e puntare un telescopio ad infrarossi verso il cielo. L’impiego di SOFIA (acronimo per Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) risolve un problema riscontrato dai telescopi al suolo che sono affetti dalla limitazione dei segnali nella banda dell’infrarosso causata dall’atmosfera, notoriamente ricca di vapore acqueo. L’osservatorio imbarcato su un Boeing 747 è progettato per essere impiegato a quote dove gran parte del vapore acqueo non interferisce con le osservazioni, cosa che gli dà una migliore possibilità di studiare la superficie lunare alla ricerca di segni della presenza di acqua.
Questa illustrazione mette in evidenza il cratere Clavius con un’illustrazione raffigurante l’acqua intrappolata nel suolo lunare, insieme ad un’immagine dell’Osservatorio stratosferico per l’astronomia a infrarossi (SOFIA) della NASA che ha scoperto l’acqua lunare illuminata dal sole. Credits: NASA/Daniel Rutter
Grazie al telescopio SOFIA, la NASA ha individuato due superfici illuminate dal sole: una ad alte latitudini vicino al cratere Clavius e una più vicina all’equatore, ambedue con la presenza di acqua. La scoperta si basa su un comportamento fisico per cui quando un raggio luminoso colpisce l’acqua molecolare, gli atomi assorbono energia ed emettono nuovamente luce. La luce emessa dell’acqua molecolare è molto specifica e non esiste altro materiale conosciuto che esibisca una “firma” luminosa simile. L’acqua scoperta intorno al cratere Clavius è molto affine a quella esistente sulla Terra anche se, quantitativamente parlando, la sua abbondanza è estremamente bassa. Per comprendere, ci vorrebbero migliaia di chilogrammi di regolite lunare per ottenere un chilogrammo di acqua. Quello che gli scienziati non comprendono è perché questa acqua molecolare si mantenga sulla superficie lunare che è costantemente sottoposta al bombardamento di micrometeoriti e raggi cosmici e del vento solare. Una spiegazione è che si trovi intrappolata tra i grani di sedimento dove può essere protetta dalle condizioni dell’ambiente estremo.
 Gli scienziati hanno scoperto tracce di acqua molecolare, H2O, nel Clavius Crater, uno dei più grandi crateri visibili dalla Terra nell’emisfero meridionale della Luna. Questa scoperta indica che l’acqua può essere distribuita sulla superficie lunare e non limitata a luoghi freddi e ombreggiati – Fonte SER WMS System, LROC WAC data Clavius LROC.jpg – Wikimedia Commons |
Un’altra causa di formazione di molecole di acqua potrebbe essere legata al vento solare. Il sole emette atomi di idrogeno che, entrando in collisione con la luna, potrebbero arricchire gli idrossili (HO) presenti. Gli impatti dei micrometeoriti contribuirebbero quindi a mobilitare gli atomi di idrogeno e ossigeno trasformandoli nell’acqua molecolare. Un’altra fonte teorica di approvviggionamento potrebbe venire dall’acqua trasportata da comete o asteroidi che nella fascia nascosta (ovvero mai illuminata), dove le temperature scendono a meno 184 gradi Celsius, verrebbe congelata.
Inoltre, esaminando i dati del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA (2009), una sonda inviata per studiare le risorse lunari e identificare possibili siti di atterraggio per le successive missioni umane di esplorazione, i ricercatori ritengono che nelle zone permanentemente oscure (PSR, permanently shadowed regions) esistano depositi di ghiaccio che coprono un’ampia porzione della superficie lunare.
Quale sarà il prossimo passo?
La NASA ha in programma di inviare la prossima missione verso la Luna intorno al 2024, facente parte del programma Artemis. La missione mira a stabilire una base permanente umana sulla superficie lunare entro la fine del decennio. Il campo base lunare di Artemis consisterà in tre moduli principali: un habitat di superficie, una piattaforma di mobilità abitativa ed un veicolo terrestre lunare. Probabilmente i moduli di superficie potranno essere aggiunti fino a creare una base operativa stabile di maggiori dimensioni. La base supporterà missioni, inizialmente fino a 60 giorni, e sarà utilizzata per studiare le tecnologie future da utilizzare su Marte.
Fantascienza?
Non proprio, il primo lancio (senza equipaggio), Artemis I sarà effettuato a novembre del 2021 con lo scopo di dimostrare l’affidabilità dei sistemi principali, incluso il modulo di servizio in preparazione di un volo con equipaggio, e di collaudare lo scudo termico in un rientro ad alta velocità. Nel 2023 sarà la volta della missione Artemis II questa volta con un equipaggio a bordo e finalmente nel 2024 Artemis III porterà nuovamente gli astronauti sulla Luna, facendo atterrare un equipaggio di due persone nella regione polare meridionale della Luna per circa una settimana. A questo primo ciclo seguiranno altre missioni (una all’anno) con permanenze sempre più lunghe fino al 2030.
Per il proseguo dell’esplorazione dello spazio sarà necessario che qualsiasi futura base lunare dovrà trarre vantaggio dalle risorse sulla sua superficie. L’acqua sulla superficie della Luna potrebbe quindi essere utilizzata per le esigenze di vita degli astronauti, creare ossigeno ed idrogeno per il combustibile dei missili, generare l’energia necessaria e, perché no, condurre esperimenti di orticoltura. Molte agenzie, tra cui l’Agenzia spaziale europea (ESA), stanno studiando come identificare ed estrarre l’acqua dalla Luna. Se l’acqua è veramente abbondante sul nostro satellite, come suggerisce questa nuova straordinaria scoperta, l’Uomo dovrà imparare a sfruttarla. Speriamo solo che non inizi una nuova lotta per queste risorse.
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ammiraglio della Marina Militare Italiana (riserva), è laureato in Scienze Marittime della Difesa presso l’Università di Pisa ed in Scienze Politiche cum laude all’Università di Trieste. Analista di Maritime Security, collabora con numerosi Centri di studi e analisi geopolitici italiani ed internazionali. È docente di cartografia e geodesia applicata ai rilievi in mare presso l’I.S.S.D.. Nel 2019, ha ricevuto il Tridente d’oro dell’Accademia delle Scienze e Tecniche Subacquee per la divulgazione della cultura del mare. Fa parte del Comitato scientifico della Fondazione Atlantide e della Scuola internazionale Subacquei scientifici (ISSD – AIOSS).
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