Un nuovo studio dell’Università di Boulder in Colorado aggiunge un tassello importante per la comprensione dell’origine dell’acqua sulla Luna.
Il cratere Clavius, uno dei più estesi e antichi crateri lunari. Credits: NASA.
Dopo il successo della missione Artemis II, la Luna non smette di far parlare di sé. Un recentissimo studio dell’Università di Boulder in Colorado, pubblicato su “Nature Astronomy”, riaccende i riflettori sul tesoro più prezioso che la Luna possiede, specialmente in vista delle prossime missioni umane: le sue riserve d’acqua. Da quando alcuni programmi di osservazione hanno cominciato a fornire i primi indizi sull’esistenza di acqua sulla Luna, gli scienziati si sono naturalmente chiesti come ci sia arrivata e perché la sua distribuzione risulti essere così irregolare. Il ghiaccio lunare si concentra nei crateri profondi attorno al Polo Sud, perennemente avvolti nell’ombra, ma alcune depressioni ne contengono in abbondanza mentre altre sembrano esserne prive. Una disparità che non aveva ancora trovato una spiegazione convincente e lo studio in questione pare essere riuscito a fornire una risposta valida.
La storia della ricerca dell’acqua lunare è iniziata negli anni ‘90 del secolo scorso ed è il risultato di decenni di osservazioni ed elaborazioni sempre più raffinate dei dati raccolti. All’epoca delle missioni Apollo si riteneva che il nostro satellite naturale fosse totalmente arido, ma nel 1994 la sonda statunitense Clementine-1 rivoluzionò questa visione. Osservando i poli lunari per oltre tre mesi, restituì le prime mappe dettagliate dei crateri polari, rivelando una moltitudine di depressioni perennemente in ombra. Dal momento che l’inclinazione dell’asse di rotazione lunare è di appena 1°54’ rispetto alla normale al suo piano orbitale, ai poli il Sole non si alza mai abbastanza sull’orizzonte da illuminare il fondo dei crateri che, rimasti immersi nell’oscurità per miliardi di anni, fanno registrare temperature fino a – 240 °C. Nel 1999, la sonda Lunar Prospector aggiunse un tassello fondamentale, rilevando un eccesso di idrogeno concentrato in prossimità di entrambi i poli. La spiegazione più naturale fu quella di ipotizzare che l’idrogeno provenisse da molecole d’acqua ghiacciata intrappolate nei crateri bui, ma la prova definitiva arrivò solo nel 2008 con la missione indiana Chandrayaan-1 che, misurando concentrazioni di acqua tra 200 e 600 parti per milione, dimostrò che la Luna non era affatto arida. La conferma più spettacolare giunse nel 2009, quando la NASA, con la missione LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite), fece schiantare deliberatamente un razzo nel bel mezzo del cratere Cabeus, uno dei più freddi e oscuri del polo sud. Impattando, lo stadio superiore del razzo sollevò una nube di detriti che una sonda analizzò spettroscopicamente prima di schiantarsi al suolo a sua volta. In quella nube c’era acqua, ma anche CO₂ e metano. Questa miscela di composti volatili era una firma chimica straordinariamente simile a quella delle comete, così che gli scienziati avanzarono l’ipotesi che il ghiaccio polare lunare fosse probabilmente di origine cometaria. Nel 2020, grazie al telescopio SOFIA – un riflettore infrarosso da 2,5 metri di diametro installato a bordo di un Boeing 747SP in volo a circa 12 chilometri di quota – si scoprì qualcosa di totalmente inaspettato: la presenza di molecole d’acqua nel cratere Clavius, nell’emisfero meridionale della Luna. La misura rappresentò una svolta perché testimoniava l’esistenza di acqua in regioni non polari, dove le temperature possono superare anche i 200 °C. Come sopravvive l’acqua in queste condizioni? La prima ipotesi è che sia stata trasportata da micro-meteoriti e sia rimasta intrappolata nel suolo lunare durante l’impatto. Oppure che il vento solare abbia portato idrogeno sulla superficie lunare; combinandosi poi con l’ossigeno presente nella regolite, ha formato gruppi OH e in seguito, gradualmente, molecole di H₂O. Questo meccanismo è stato dimostrato essere efficace anche da analisi condotte su campioni riportati a terra dalle missioni Apollo.
Alla luce dei risultati presentati nello studio appena pubblicato, risulta evidente come non sia più plausibile sostenere l’ipotesi di un singolo impatto cometario che avrebbe portato sulla Luna tutta l’acqua in un colpo solo. Il team di ricerca, guidato da Oded Aharonson del “Weizmann Institute of Science” in Israele, ha usato i dati di temperatura superficiale raccolti dallo strumento DIVINER a bordo di LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) e li ha combinati con una serie di simulazioni al computer che hanno permesso di ricostruire l’evoluzione geologica dei crateri lunari. Grazie alle simulazioni, il team ha ricavato una lista di crateri che sono rimasti più a lungo nelle condizioni di oscurità e ha poi verificato se ci fosse una corrispondenza con le zone in cui lo strumento LAMP (Lyman Alpha Mapping Project) a bordo di LRO aveva rilevato le maggiori concentrazioni di ghiaccio. È stata in effetti riscontrata una correlazione netta tra l’età dei crateri e la quantità d’acqua che contengono, ovvero «i crateri più antichi della Luna hanno il maggior quantitativo di ghiaccio», ha dichiarato Paul Hayne, ricercatore presso il “Laboratory for Atmospheric & Space Physics” dell’Università di Boulder. Il cratere Haworth, nei pressi del polo sud, è oggi considerato uno dei candidati più promettenti per la presenza di grandi riserve di ghiaccio da miliardi di anni. «Ciò implica che la Luna ha accumulato acqua pazientemente in modo più o meno continuo per almeno 3 o 3,5 miliardi di anni», aggiunge Hayne. Rimaneva però un’ultima questione da spiegare, ovvero perché i dati di LAMP mostravano una distribuzione frammentaria e poco coerente di queste “trappole del freddo”. Il punto cruciale, emerso grazie alle simulazioni, è che la Luna non ha sempre avuto l’inclinazione assiale attuale; di conseguenza, i crateri oggi in ombra permanente non è detto che lo siano sempre stati. L’ipotesi è quindi che l’acqua sia stata probabilmente trasportata da più oggetti spaziali quali comete, asteroidi, vento solare e, forse, addirittura da antiche eruzioni vulcaniche che avrebbero permesso al vapore acqueo di emergere dall’interno della Luna verso la superficie.
La presenza di acqua è una risorsa di enorme valore strategico per le future missioni lunari umane, dal momento che trasportare acqua dalla Terra ha un costo proibitivo, dell’ordine di migliaia di dollari al chilogrammo. Se gli astronauti potessero invece estrarre il ghiaccio lunare direttamente sul posto, avrebbero accesso a una risorsa fondamentale per la sopravvivenza: dall’acqua potabile all’ossigeno per respirare (ottenuto per elettrolisi) fino all’idrogeno da usare come propellente per i razzi in vista delle future missioni del programma Artemis grazie alle quali, forse, avremo una presenza umana permanente sulla Luna.