Credit: NASA

Introduzione

L’Osservatorio Stratosferico della NASA per l’Astronomia Infrarossa (SOFIA) ha confermato, per la prima volta, la presenza di acqua sulla superficie della Luna, sul lato illuminato dal Sole. Questa scoperta indica che l’acqua può essere distribuita sulla superficie lunare e non solo nei luoghi freddi e in ombra.

H2O nel Clavius Crater

SOFIA ha rilevato molecole d’acqua (H2O) nel Clavius Crater, uno dei più grandi crateri visibili dalla Terra, situato nell’emisfero sud della Luna. Precedenti osservazioni della superficie della Luna hanno rilevato una qualche forma di idrogeno, ma non sono stati in grado di distinguere tra l’acqua e il suo parente chimico vicino, l’idrossile (OH). I dati di questa posizione rivelano acqua in concentrazioni da 100 a 412 parti per milione – più o meno equivalenti a una bottiglia d’acqua da 12 once – intrappolata in un metro cubo di terreno sparso sulla superficie lunare. I risultati sono pubblicati nell’ultimo numero di Nature Astronomy.

Credits: NASA/Ames Research Center

Abbiamo avuto indicazioni che l’H2O – l’acqua che conosciamo – potrebbe essere presente sul lato della Luna illuminato dal sole“, ha detto Paul Hertz, direttore della Divisione di Astrofisica nella Direzione della Missione Scientifica presso il quartier generale della NASA a Washington. “Ora sappiamo che è lì. Questa scoperta mette in discussione la nostra comprensione della superficie lunare e solleva domande intriganti sulle risorse rilevanti per l’esplorazione dello spazio profondo“.

Meno che nel deserto

A titolo di confronto, il deserto del Sahara ha una quantità di acqua 100 volte superiore a quella rilevata da SOFIA nel suolo lunare. Nonostante le piccole quantità, la scoperta solleva nuovi interrogativi su come si crea l’acqua e su come essa persiste sulla dura superficie lunare senza 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 SOFIA trovata sia facilmente accessibile per l’uso come risorsa. Nell’ambito del programma della NASA – Artemis – l’agenzia è ansiosa di apprendere tutto il possibile sulla presenza dell’acqua sulla Luna prima di inviare la prima donna e il prossimo uomo sulla superficie lunare nel 2024 e di stabilire una presenza umana sostenibile entro la fine del decennio.

I risultati di SOFIA si basano su anni di ricerche precedenti che hanno esaminato la presenza dell’acqua sulla Luna. Quando gli astronauti dell’Apollo tornarono per la prima volta dalla Luna nel 1969, si riteneva fosse completamente asciutta. Le missioni orbitali e di impatto degli ultimi 20 anni, come l’osservazione dei crateri lunari della NASA e il satellite di rilevamento della NASA, hanno confermato la presenza di ghiaccio in crateri permanentemente in ombra intorno ai poli lunari. Nel frattempo, diverse navicelle spaziali – tra cui la missione Cassini e la missione della cometa Deep Impact, così come la missione Chandrayaan-1 dell’Indian Space Research Organization – e l’Infrared Telescope Facility della NASA con base a terra, hanno guardato in lungo e in largo sulla superficie lunare e hanno trovato tracce di idratazione nelle regioni più soleggiate. Eppure quelle missioni non sono state in grado di distinguere definitivamente la forma in cui era presente – H2O o OH.

Prima delle osservazioni di SOFIA, sapevamo che c’era un qualche tipo di idratazione“, ha detto Casey Honniball, l’autrice principale che ha pubblicato i risultati della sua tesi di laurea all’Università delle Hawaii di Mānoa a Honolulu. “Ma non sapevamo quanto di ciò che avevamo trovato fossero in realtà molecole d’acqua o qualcosa di più simile a un detergente per gli scarichi“.

Il lavoro di SOFIA

SOFIA ha offerto un nuovo mezzo per guardare la Luna. Volando ad altitudini fino a 45.000 piedi, questo jetliner Boeing 747SP modificato con un telescopio di 106 pollici di diametro raggiunge oltre il 99% del vapore acqueo dell’atmosfera terrestre per avere una visione più chiara dell’universo infrarosso. Utilizzando la Faint Object infraRed CAmera (FORCAST), SOFIA è stata in grado di captare la lunghezza d’onda specifica e unica per le molecole d’acqua, a 6,1 micron, e ne ha scoperto una concentrazione relativamente sorprendente nel cratere Clavius Crater illuminato dal Sole.

Senza una spessa atmosfera, l’acqua sulla superficie lunare illuminata dal sole dovrebbe essere semplicemente persa nello spazio”, ha detto Honniball, che ora è un postdoc presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. “Eppure in qualche modo lo stiamo vedendo. Qualcosa sta generando l’acqua, e qualcosa deve averla intrappolata lì“.

Possibili spiegazioni della sua presenza

Diverse forze potrebbero essere in gioco nella consegna o nella creazione di quest’acqua. I micrometeoriti che piovono sulla superficie lunare, trasportando piccole quantità d’acqua, potrebbero depositare l’acqua sulla superficie lunare al momento dell’impatto. Un’altra possibilità è che ci possa essere un processo in due fasi, in cui il vento solare trasporta l’idrogeno sulla superficie lunare e provoca una reazione chimica con i minerali portatori di ossigeno nel suolo per creare idrossile. Nel frattempo, le radiazioni del bombardamento di micrometeoriti potrebbero trasformare l’idrossile in acqua.

Anche il modo in cui l’acqua viene poi immagazzinata – rendendo possibile l’accumulo – solleva alcuni intriganti interrogativi. L’acqua potrebbe essere intrappolata in minuscole strutture simili a perle nel terreno che si formano a causa dell’elevato calore creato dagli impatti dei micrometeoriti. Un’altra possibilità è che l’acqua possa essere nascosta tra i granelli di terreno lunare e al riparo dalla luce del sole – rendendola potenzialmente un po’ più accessibile dell’acqua intrappolata in strutture simili a perle.

Una deviazione dal normale utilizzo

Per una missione progettata per guardare oggetti lontani e fiochi come buchi neri, ammassi stellari e galassie, questa appena conclusasi è stata un allontanamento dalla routine. Gli operatori del telescopio usano di solito una macchina fotografica guida per seguire le stelle, mantenendo il telescopio costantemente bloccato sul suo bersaglio di osservazione. Ma la Luna è così vicina e luminosa che riempie l’intero campo visivo della telecamera guida. Non essendoci stelle visibili, non era chiaro se il telescopio potesse seguire la Luna in modo affidabile. Per determinare questo, nell’agosto del 2018, gli operatori hanno deciso di provare un’osservazione di prova.

È stata, infatti, la prima volta che SOFIA ha guardato la Luna e non eravamo nemmeno del tutto sicuri di ottenere dati affidabili, ma le domande sull’acqua della Luna ci hanno obbligato a provare“, ha detto Naseem Rangwala, project scientist di SOFIA presso l’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley in California. “È incredibile che questa scoperta sia nata da quello che era essenzialmente un test e ora che sappiamo di poterlo fare, stiamo pianificando più voli per fare più osservazioni”.

Nuovi missioni future

I voli di follow-up della SOFIA cercheranno l’acqua in altri luoghi illuminati dal sole e durante le diverse fasi lunari per saperne di più su come l’acqua viene prodotta, immagazzinata e spostata 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 per le future esplorazioni umane nello spazio.

Nello stesso numero di Nature Astronomy, gli scienziati hanno pubblicato un articolo in cui si sottolinea che grazie ai modelli teorici e i dati del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, l’acqua potrebbe essere intrappolata in piccole ombre, dove le temperature rimangono al di sotto dello zero, in più zone della Luna di quanto attualmente è previsto. I risultati possono essere trovati qui.

L’acqua è una risorsa preziosa, sia per scopi scientifici che per l’uso da parte dei nostri esploratori“, ha detto Jacob Bleacher, capo scienziato esploratore per la Direzione delle missioni di esplorazione umana e operativa della NASA. “Se riusciamo a utilizzare le risorse della Luna, allora possiamo trasportare meno acqua e più attrezzature per consentire nuove scoperte scientifiche“.