I campioni di vetro lunare testati dagli scienziati di Rochester sono stati raccolti durante la missione Apollo 16 della NASA del 1972. Credito:foto dell'Università di Rochester / J. Adam Fenster
Nel 2024, una nuova era di esplorazione spaziale inizierà quando la NASA invierà gli astronauti sulla luna come parte della loro missione Artemis, un seguito alle missioni Apollo degli anni '60 e '70.
Alcune delle più grandi domande che gli scienziati sperano di esplorare includono determinare quali risorse si trovano nel suolo lunare e come tali risorse potrebbero essere utilizzate per sostenere la vita.
In un articolo pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , ricercatori dell'Università di Rochester, alla guida di un team di colleghi di altre sette istituzioni, riportano le loro scoperte su un fattore importante che influenza i tipi di risorse che possono essere trovate sulla luna:se la luna ha avuto o meno uno scudo magnetico di lunga durata in qualsiasi momento della sua storia di 4,53 miliardi di anni.
La presenza o l'assenza di uno scudo è importante perché gli scudi magnetici proteggono i corpi astronomici dalle radiazioni solari dannose. E i risultati del team contraddicono alcune ipotesi di vecchia data.
"Questo è un nuovo paradigma per il campo magnetico lunare, " dice il primo autore John Tarduno, il William R. Kenan, Jr., Professore di Geofisica presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dell'Ambiente e preside della ricerca per le Arti, Scienze e ingegneria a Rochester.
La luna ha mai avuto uno scudo magnetico?
Per anni, Tarduno è stato un leader nel campo del paleomagnetismo, studiare lo sviluppo dello scudo magnetico terrestre come mezzo per comprendere l'evoluzione planetaria e il cambiamento ambientale.
Lo scudo magnetico terrestre ha origine nelle profondità del nucleo del pianeta. Là, il ferro liquido vorticoso genera correnti elettriche, guidando un fenomeno chiamato geodinamo, che produce lo scudo. Lo scudo magnetico è invisibile, ma i ricercatori hanno da tempo riconosciuto che è vitale per la vita sulla superficie terrestre perché protegge il nostro pianeta dal vento solare, flussi di radiazioni del sole.
Ma la luna terrestre ha mai avuto uno scudo magnetico?
Mentre la luna non ha uno scudo magnetico ora, c'è stato un dibattito sul fatto che la luna possa aver avuto o meno uno scudo magnetico prolungato ad un certo punto della sua storia.
"Sin dalle missioni Apollo, c'è stata questa idea che la luna avesse un campo magnetico che era forte o addirittura più forte del campo magnetico terrestre a circa 3,7 miliardi di anni fa, "dice Tarduno.
La convinzione che la luna avesse uno scudo magnetico si basava su un set di dati iniziale degli anni '70 che includeva analisi di campioni raccolti durante le missioni Apollo. Le analisi hanno mostrato che i campioni avevano magnetizzazione, che i ricercatori credevano fosse causato dalla presenza di una geodinamo.
Un sottocampione di vetro lunare viene posizionato in un tubo quadrato di quarzo fuso di 2 x 2 millimetri (inserto) quindi analizzato utilizzando il magnetometro del dispositivo a interferenza quantistica superconduttore (SQUID) del laboratorio. I risultati forniscono informazioni sul suolo lunare e possono aiutare a informare una nuova ondata di esperimenti lunari. Credito:foto dell'Università di Rochester / J. Adam Fenster
Ma da allora un paio di fattori hanno fatto riflettere i ricercatori.
"Il nucleo della luna è davvero piccolo e sarebbe difficile guidare effettivamente quel tipo di campo magnetico, "Spiega Tarduno. "Inoltre, le misurazioni precedenti che registrano un campo magnetico elevato non sono state condotte utilizzando esperimenti di riscaldamento. Hanno usato altre tecniche che potrebbero non registrare accuratamente il campo magnetico".
Quando i campioni lunari incontrano i laser
Tarduno e i suoi colleghi hanno testato campioni di vetro raccolti nelle precedenti missioni Apollo, ma usato CO 2 laser per riscaldare i campioni lunari per un breve lasso di tempo, un metodo che ha permesso loro di evitare di alterare i campioni. Hanno quindi utilizzato magnetometri superconduttori altamente sensibili per misurare in modo più accurato i segnali magnetici dei campioni.
"Uno dei problemi con i campioni lunari è che i portatori magnetici in essi contenuti sono abbastanza suscettibili di alterazione, " dice Tarduno. "Riscaldando con un laser, non ci sono prove di alterazione nelle nostre misurazioni, così possiamo evitare i problemi che le persone potrebbero aver avuto in passato".
I ricercatori hanno determinato che la magnetizzazione nei campioni potrebbe essere il risultato di impatti di oggetti come meteoriti o comete, non il risultato della magnetizzazione dovuta alla presenza di uno scudo magnetico. Altri campioni analizzati avevano il potenziale per mostrare una forte magnetizzazione in presenza di un campo magnetico, ma non ha mostrato alcuna magnetizzazione, indicando ulteriormente che la luna non ha mai avuto uno scudo magnetico prolungato.
"Se ci fosse stato un campo magnetico sulla luna, i campioni che abbiamo studiato dovrebbero aver acquisito tutti magnetizzazione, ma non l'hanno fatto, " Dice Tarduno. "Questo è abbastanza conclusivo che la luna non avesse un campo di dinamo di lunga durata."
La mancanza di scudo magnetico significa abbondanza di elementi
Senza la protezione di uno schermo magnetico, la luna era sensibile al vento solare, che potrebbe aver causato l'impianto di una varietà di sostanze volatili, elementi chimici e composti che possono essere facilmente evaporati, nel suolo lunare. Questi volatili possono includere carbonio, idrogeno, acqua, ed elio 3, un isotopo dell'elio che non è presente in abbondanza sulla Terra.
"I nostri dati indicano che dovremmo guardare alla fascia alta delle stime dell'elio 3 perché la mancanza di scudo magnetico significa che più vento solare raggiunge la superficie lunare, risultando in serbatoi di elio 3 molto più profondi di quanto si pensasse in precedenza, "dice Tarduno.
La ricerca può aiutare a informare una nuova ondata di esperimenti lunari basati sui dati che saranno raccolti dalla missione Artemis. I dati dei campioni raccolti durante la missione consentiranno a scienziati e ingegneri di studiare la presenza di sostanze volatili e determinare meglio se questi materiali possono essere estratti per uso umano. Elio 3, ad esempio, è attualmente utilizzato nell'imaging medico e nella criogenia ed è una possibile futura fonte di carburante.
La mancanza di schermatura magnetica significa anche che gli antichi terreni lunari possono contenere registrazioni delle passate emissioni del vento solare. L'analisi delle carote di campioni di suolo potrebbe quindi fornire agli scienziati una migliore comprensione dell'evoluzione del sole.
"Con lo sfondo fornito dalla nostra ricerca, gli scienziati possono pensare più propriamente alla prossima serie di esperimenti lunari da eseguire, " Dice Tarduno. "Questi esperimenti potrebbero concentrarsi sulle attuali risorse lunari e su come potremmo usarle e anche sulla documentazione storica di ciò che è intrappolato nel suolo lunare".
