Scienziati individuano l'origine dell'atmosfera tenue della luna

2 agosto 2024

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di Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Anche se la luna non ha aria respirabile, essa ospita un'atmosfera appena percettibile. Dagli anni '80, gli astronomi hanno osservato un sottilissimo strato di atomi che rimbalzano sulla superficie della luna. Questa delicata atmosfera, tecnicamente conosciuta come 'esosfera', è probabilmente il prodotto di una sorta di usura spaziale. Ma identificare esattamente quali processi possano essere coinvolti è stato difficile da determinare con certezza.

Ora, gli scienziati dell'MIT e dell'Università di Chicago affermano di aver identificato il principale processo che ha formato l'atmosfera lunare e continua a mantenerla oggi. In uno studio pubblicato su Science Advances, il team riferisce che l'atmosfera lunare è principalmente un prodotto della 'vaporizzazione da impatto'.

Nel loro studio, i ricercatori hanno analizzato campioni di suolo lunare raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo della NASA.

La loro analisi suggerisce che nella storia di 4,5 miliardi di anni della luna, la sua superficie è stata continuamente bombardata, prima da meteoriti massicce, e più di recente da 'micrometeoroidi' più piccoli, delle dimensioni di polvere.

Questi continui impatti hanno sollevato il suolo lunare, vaporizzando alcuni atomi al contatto e sollevando le particelle nell'aria. Alcuni atomi vengono espulsi nello spazio, mentre altri rimangono sospesi sulla luna, formando un'atmosfera tenue che viene costantemente rifornita dai meteoriti che continuano a colpire la superficie.

I ricercatori hanno scoperto che la vaporizzazione da impatto è il processo principale grazie al quale la luna ha generato e mantenuto la sua estremamente sottile atmosfera per miliardi di anni.

'Abbiamo fornito una risposta definitiva che la vaporizzazione da impatto meteoritico è il processo dominante che crea l'atmosfera lunare', dice l'autrice principale dello studio, Nicole Nie, professore associato nel Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie dell'MIT.

'La luna ha circa 4,5 miliardi di anni, e nel corso di questo tempo, la sua superficie è stata continuamente bombardata da meteoriti. Mostriamo che alla fine, una tenue atmosfera raggiunge uno stato stazionario perché viene costantemente rifornita da piccoli impatti su tutta la superficie della luna.'

Gli altri autori di Nie sono Nicolas Dauphas, Zhe Zhang e Timo Hopp presso l'Università di Chicago, e Menelaos Sarantos presso il NASA Goddard Space Flight Center.

Nel 2013, la NASA ha inviato un orbitante attorno alla luna per condurre un'accurata ricognizione atmosferica. Il Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE, pronunciato 'laddie') aveva il compito di raccogliere informazioni in remoto sull'atmosfera tenue della luna, sulle condizioni della superficie e su eventuali influenze ambientali sulla polvere lunare.

La missione di LADEE è stata progettata per determinare l'origine dell'atmosfera lunare. Gli scienziati speravano che le misurazioni in remoto del suolo e della composizione atmosferica effettuate dalla sonda potessero correlare con certi processi di usura spaziale in grado spiegare l'origine dell'atmosfera lunare.

I ricercatori sospettano che due processi di usura spaziale giocano un ruolo nella formazione dell'atmosfera lunare: la vaporizzazione da impatto e 'il sputtering ionico' - un fenomeno che coinvolge il vento solare, che trasporta particelle cariche energetiche dal sole attraverso lo spazio. Quando queste particelle colpiscono la superficie della luna, possono trasferire la loro energia agli atomi del suolo e farli sputare e volare in aria.

'Sulla base dei dati di LADEE, sembrava che entrambi i processi stessero giocando un ruolo', afferma Nie.

'Ad esempio, durante le scie di meteoriti, si vedono più atomi nell'atmosfera, il che significa che gli impatti hanno un effetto. Ma ha anche dimostrato che quando la luna è schermata dal sole, come durante un'eclissi, ci sono cambiamenti negli atomi dell'atmosfera, il che significa che anche il sole ha un impatto. Quindi, i risultati non erano chiari o quantitativi.'

Per determinare più precisamente le origini dell'atmosfera lunare, Nie ha esaminato campioni di suolo lunare raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo della NASA. Lei e i suoi colleghi dell'Università di Chicago hanno acquisito 10 campioni di suolo lunare, ciascuno di circa 100 milligrammi - una quantità minuscola che stima potrebbe entrare in una singola goccia di pioggia.

Nie ha cercato di isolare due elementi da ciascun campione: potassio e rubidio. Entrambi gli elementi sono 'volatili', il che significa che sono facilmente vaporizzabili dagli impatti e dallo sputtering ionico.