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SOFIA: scoperta l'acqua sulla superficie illuminata della Luna

27 ottobre 2020
L'Osservatorio stratosferico della NASA per l'astronomia a infrarossi (SOFIA) ha confermato, per la prima volta, la presenza di acqua sulla superficie della Luna illuminata dai raggi solari. Questa scoperta indica che l'acqua può trovarsi distribuita sulla superficie lunare e non limitata a luoghi freddi e in ombra.

L'osservatorio SOFIA ha rilevato molecole d'acqua (H2O) nel Clavius Crater, uno dei più grandi crateri visibili dalla Terra, situato nell'emisfero meridionale della Luna. Precedenti osservazioni della superficie della Luna hanno rilevato una qualche forma di idrogeno, ma non sono state in grado di distinguere tra l'acqua e il suo parente chimico stretto, l'idrossile (OH). I dati provenienti da questa posizione rivelano acqua in concentrazioni comprese tra le 100 e le 412 parti per milione - più o meno equivalenti a una bottiglia d'acqua da 350 ml - intrappolata in un metro cubo di terreno sparso sulla superficie lunare. I risultati sono stati pubblicati nell'ultimo numero di Nature Astronomy.

"Avevamo indicazioni che l'H2O - l'acqua familiare che tutti conosciamo - avrebbe potuto essere presente sul lato soleggiato della Luna", ha detto Paul Hertz, direttore della Divisione Astrofisica della Direzione della Missione Scientifica presso la sede della NASA a Washington. "Adesso sappiamo che è lì. Questa scoperta sfida la nostra comprensione della superficie lunare e solleva interrogativi intriganti sul reperimento di risorse importanti per l'esplorazione dello spazio profondo".

A titolo di confronto, il deserto del Sahara ha una quantità d'acqua 100 volte superiore a quella rilevata da SOFIA nel suolo lunare. Nonostante le piccole quantità, la scoperta solleva nuove domande su come si sia formata l'acqua e su come possa persistere sulla dura superficie lunare priva di aria.
L'acqua è una risorsa preziosa nello spazio profondo e un ingrediente chiave della vita così come la conosciamo. Resta da determinare se l'acqua trovata da SOFIA sia facilmente accessibile per essere utilizzata come risorsa. Nell'ambito del programma Artemis della NASA, l'agenzia è ansiosa di apprendere tutto il possibile sulla presenza di acqua sulla Luna prima di inviare la prima donna e il prossimo uomo sulla superficie lunare nel 2024 e stabilirvi una presenza umana sostenibile entro la fine del decennio.



I risultati di SOFIA si basano su anni di ricerche precedenti che esaminano la presenza di acqua sulla Luna. Quando gli astronauti dell'Apollo tornarono per la prima volta dalla Luna nel 1969 si pensava che fosse completamente asciutta. Le missioni degli ultimi 20 anni, come il Lunar Crater Observation e il Sensing Satellite della NASA, hanno confermato presenza di ghiaccio nei crateri permanentemente in ombra attorno ai poli della Luna. Nel frattempo, diversi veicoli spaziali , tra cui la missione Cassini e la missione della cometa Deep Impact, nonché la missione Chandrayaan-1 dell'Indian Space Research Organisation, e i telescopi a infrarossi della NASA a terra, hanno esaminato ampiamente la superficie lunare e trovato prove di idratazione nelle regioni più soleggiate. Eppure quelle missioni non erano in grado di distinguere definitivamente la forma in cui era presente - H2O o OH.

"Prima delle osservazioni di SOFIA sapevamo che c'era una sorta di idratazione", ha detto Casey Honniball, l'autrice principale che ha pubblicato i risultati del suo lavoro di tesi di laurea presso l'Università delle Hawaii a M?noa a Honolulu. "Ma non sapevamo quante, se ce ne fossero, e se fossero effettivamente molecole d'acqua - come quella che beviamo ogni giorno - o qualcosa di più simile a un detergente per scarichi".

SOFIA ha offerto un nuovo mezzo per osservare la Luna. Volando ad altitudini fino a 45.000 piedi, questo aereo di linea Boeing 747SP modificato con un telescopio di 106 pollici di diametro, va oltre al 99% del vapore acqueo nell'atmosfera terrestre per ottenere una visione più chiara dell'universo. Utilizzando la sua camera a infrarossi (denominata FORCAST), SOFIA è stato in grado di rilevare la lunghezza d'onda specifica delle molecole d'acqua, a 6,1 micron, e ha scoperto una concentrazione relativamente sorprendente nel soleggiato cratere di Clavius.

"Senza un'atmosfera densa, l'acqua sulla superficie lunare illuminata dal Sole dovrebbe perdersi nello spazio", ha detto Honniball, che ora è un borsista post-dottorato presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt. "Eppure in qualche modo la stiamo osservando. Qualcosa sta generando l'acqua e qualcosa la tiene intrappolata laggiù."

Diverse forze potrebbero essere in gioco nel rilascio o nella creazione di quest'acqua. I micrometeoriti che piovono sulla superficie lunare, trasportando piccole quantità di acqua, potrebbero depositare l'acqua sulla superficie lunare al momento dell'impatto. Un'altra possibilità è che potrebbe esserci un processo in due fasi in cui il vento solare del Sole fornisce idrogeno alla superficie lunare e provoca una reazione chimica con i minerali portatori di ossigeno nel suolo per creare idrossile. Nel frattempo, le radiazioni causate dal bombardamento di micrometeoriti potrebbero trasformare quell'idrossile in acqua.
Anche il modo in cui l'acqua viene immagazzinata, rendendo possibile l'accumulo, solleva anche alcune domande interessanti. L'acqua potrebbe essere intrappolata in minuscole strutture a forma di perline nel terreno che si formano a causa del calore elevato creato dagli impatti delle micrometeoriti. Un'altra possibilità è che l'acqua possa essere nascosta tra i granelli di terreno lunare e riparata dalla luce solare, rendendola potenzialmente un po' più accessibile rispetto l'acqua intrappolata in strutture a perline.

Per una missione progettata per osservare oggetti lontani e deboli come buchi neri, ammassi stellari e galassie, il puntamento dei riflettori di SOFIA sul vicino e luminoso satellite della Terra sono stati un utilizzo diverso dal solito. Gli operatori del telescopio in genere utilizzano una telecamera guida per tracciare le stelle, mantenendo il telescopio bloccato saldamente sul suo obiettivo di osservazione. Ma la Luna è così vicina e luminosa che riempie l'intero campo visivo della fotocamera guida. Senza stelle visibili non era sicuro che il telescopio potesse tracciare in modo affidabile la Luna. Per determinarlo, nell'agosto 2018, gli operatori hanno deciso di effettuare un'osservazione di prova.

"In effetti, era la prima volta che SOFIA guardava la Luna e non eravamo nemmeno completamente sicuri di ottenere dati affidabili, ma le domande sull'acqua della Luna ci hanno costretti a fare un tentativo", ha detto Naseem Rangwala, scienziato del progetto SOFIA presso l'Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley della California. "È incredibile che questa scoperta sia nata da quello che era essenzialmente un test e, ora che sappiamo di poter svolgere questo genere di operazioni, stiamo pianificando più voli per effettuare più osservazioni".
I voli di follow-up di SOFIA cercheranno l'acqua in ulteriori luoghi illuminati dal Sole e durante le diverse fasi lunari per saperne di più su come l'acqua si produce, si immagazzina e si sposta attraverso la Luna. I dati si aggiungeranno al lavoro delle future missioni lunari, come il Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) della NASA, per creare le prime mappe delle risorse idriche della Luna utili alla futura esplorazione spaziale umana.
Nello stesso numero di Nature Astronomy, gli scienziati hanno pubblicato un documento utilizzando modelli teorici e dati del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA sottolineando che l'acqua potrebbe essere intrappolata in piccole ombre, dove le temperature rimangono sotto lo zero, su più parti della Luna di quanto attualmente previsto.

"L'acqua è una risorsa preziosa, sia per scopi scientifici che per l'uso da parte dei nostri esploratori", ha affermato Jacob Bleacher, chief explorist scientist per Human Exploration and Operations Mission Directorate della NASA. "Se possiamo usare le risorse sulla Luna, allora potremo trasportare meno acqua e più attrezzature per consentire nuove scoperte scientifiche".

fonti: NASA Ames Research Center

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