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La Luna arrugginisce e gli scienziati stanno cercando di scoprire perchè

08 settembre 2020
Una ricerca condotta sui dati raccolti dalla sonda Chandrayaan-1 nel 2008 ha mostrato che, mentre sulla nostra Luna non c'è aria, vi è invece presenza di ematite, una forma di ruggine che normalmente richiede ossigeno e acqua per svilupparsi.

Marte è noto da tempo per la sua ruggine. Il ferro sulla sua superficie, combinato con l'acqua e l'ossigeno presenti in passato, conferiscono al Pianeta Rosso la sua tonalità caratteristica. Ma gli scienziati sono stati recentemente sorpresi nel trovare alcune prove a dimostrazione che anche la nostra Luna, nonostante sia priva d'aria, mostra tracce di ruggine sulla superficie.
Un nuovo articolo su Science Advances ha esaminato i dati dell'orbiter Chandrayaan-1 dell'Indian Space Research Organisation, che ha scoperto il ghiaccio d'acqua e mappato una varietà di minerali durante il suo rilevamento sulla superficie lunare avvenuto nel 2008. L'autore principale, Shuai Li dell'Università delle Hawaii, ha studiato in modo approfondito l'acqua riscontrata nei dati dallo strumento Moon Mineralogy Mapper di Chandrayaan-1, o M3, che è stato costruito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA. L'acqua interagisce con la roccia producendo una certa varietà di minerali e l'M3 ha rilevato gli spettri - della luce riflessa dal queste superfici - che hanno svelato come i poli della Luna avessero una composizione molto diversa dal resto del satellite.
Incuriosito, Li si è concentrato nell'analisi di questi spettri polari. Sebbene la superficie della Luna sia disseminata di rocce ricche di ferro, è stato comunque sorpreso nel trovare una stretta corrispondenza con la firma spettrale dell'ematite. Il minerale è una forma di ossido di ferro, o ruggine, prodotto quando il ferro viene esposto all'ossigeno e all'acqua. Ma la Luna non dovrebbe avere ossigeno o acqua liquida, quindi come può arrugginire?

Il mistero del metallo

Il mistero inizia dal vento solare, un flusso di particelle cariche che esce dal Sole, che bombarda la Terra e la Luna con l'idrogeno. L'idrogeno rende più difficile la formazione dell'ematite. È ciò che è noto come riduttore, il che significa che aggiunge elettroni ai materiali con cui interagisce. Questo è l'opposto di ciò che è necessario per produrre l'ematite: perché il ferro arrugginisca, richiede un ossidante, che rimuove gli elettroni. E mentre la Terra ha un campo magnetico che la protegge da questo idrogeno, la Luna invece no.
"È molto sconcertante", ha detto Li. "La Luna è un ambiente ostile per la formazione dell'ematite." Quindi si è rivolto agli scienziati del JPL Abigail Fraeman e Vivian Sun per aiutarlo a esaminare i dati di M3 e confermare la sua scoperta dell'ematite.

"All'inizio non ci credevo per niente. Non dovrebbe esistere ematite in base alle condizioni presenti sulla Luna", ha detto Fraeman. "Ma da quando abbiamo scoperto l'acqua sulla Luna si è ipotizzato che potrebbe esserci una maggiore varietà di minerali di quanto ci rendiamo conto, se quell'acqua reagisce con le rocce".
Dopo aver esaminato attentamente i dati, Fraeman e Sun si sono convinti che le rilevazioni di M3 indichino effettivamente la presenza di ematite ai poli lunari. "Alla fine, gli spettri erano portatori di ematite in modo convincente, e doveva esserci una spiegazione del motivo per cui è presente sulla Luna", ha detto Sun.

Tre ingredienti chiave

Il loro articolo offre un modello basato su tre ipotesi per spiegare come potrebbe formarsi la ruggine in un tale ambiente.
Tanto per cominciare, mentre la Luna è priva di atmosfera, è in realtà sede di tracce di ossigeno. La fonte di quell'ossigeno: il nostro pianeta. Il campo magnetico terrestre scorre dietro il pianeta come una manica a vento. Nel 2007, l'orbiter giapponese Kaguya ha scoperto che l'ossigeno dell'alta atmosfera terrestre può fare un giro su questa coda magnetica, come è ufficialmente noto, viaggiando sino a 385,00 chilometri verso la Luna.
Questa scoperta si adatta ai dati di M3 che ha trovato più ematite sul lato vicino della Luna rivolto verso la Terra che sul lato opposto. "Questo ha suggerito che l'ossigeno proveniente dalla Terra potrebbe guidare la formazione di ematite", ha detto Li. La Luna si è allontanata dalla Terra per miliardi di anni, quindi è anche possibile che più ossigeno sia saltato attraverso questa spaccatura quando i due oggetti in passato erano più vicini.

Poi c'è la questione di tutto quell'idrogeno fornito dal vento solare. Come riduttore, l'idrogeno dovrebbe prevenire l'ossidazione. Ma la coda magnetica della Terra ha un effetto di mediazione. Oltre a trasportare ossigeno alla Luna dal nostro pianeta, blocca anche oltre il 99% del vento solare durante determinati periodi dell'orbita lunare (in particolare, ogni volta che si trova nella fase di luna piena). Ciò apre finestre occasionali durante il ciclo lunare quando può formarsi ruggine.
Il terzo pezzo del puzzle è l'acqua. Mentre la maggior parte della Luna è secca come le ossa, il ghiaccio d'acqua può essere trovato nei crateri lunari in ombra sul lato più lontano della Luna. Ma l'ematite è stata rilevata lontano da quel ghiaccio. L'articolo si concentra invece sulle molecole d'acqua trovate nella superficie lunare. Li propone che le particelle di polvere in rapido movimento che colpiscono regolarmente la Luna potrebbero rilasciare queste molecole d'acqua trasportate dalla superficie, mescolandole con il ferro nel suolo lunare. Il calore di questi impatti potrebbe aumentare il tasso di ossidazione; le stesse particelle di polvere possono anche trasportare molecole d'acqua, impiantandole sulla superficie in modo che si mescolino con il ferro. Proprio durante i momenti ideali, ovvero quando la Luna è protetta dal vento solare e l'ossigeno è presente grazie alla Terra, potrebbe verificarsi una reazione chimica che induce la formazione di ruggine.

Sono necessari più dati per determinare esattamente come l'acqua interagisce con la roccia. Quei dati potrebbero anche aiutare a spiegare un altro mistero: perché piccole quantità di ematite si stanno formando anche sul lato più lontano della Luna, dove l'ossigeno della Terra non dovrebbe essere in grado di raggiungerla.

Più scienza in arrivo

Fraeman ha detto che questo modello potrebbe anche spiegare l'ematite trovata su altri corpi senz'aria, come gli asteroidi. "Potrebbe essere che piccoli frammenti d'acqua e l'impatto delle particelle di polvere stiano permettendo al ferro presente su questi corpi di arrugginire", ha detto.
Li ha notato che è un momento emozionante per la scienza lunare. A quasi 50 anni dall'ultimo sbarco dell'Apollo, la Luna è di nuovo una delle principali destinazioni. La NASA prevede di inviare dozzine di nuovi strumenti ed esperimenti tecnologici per studiare la Luna a partire dal prossimo anno, seguiti da missioni umane a partire dal 2024, tutte come parte del programma Artemis.
Il JPL sta inoltre costruendo una nuova versione di M3 per un orbiter chiamato Lunar Trailblazer. Uno dei suoi strumenti, l'High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper (HVMM3), mapperà il ghiaccio d'acqua nei crateri lunari permanentemente in ombra e potrebbe essere in grado di rivelare anche nuovi dettagli sulla presenza di ematite.
"Penso che questi risultati indichino che nel nostro Sistema Solare avvengono processi chimici più complessi di quelli precedentemente riconosciuti", ha detto Sun. "Potremo capirli meglio solo inviando future missioni sulla Luna per testare queste ipotesi".

fonti: NASA Jet Propulsion Laboratory

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