Distribuzione dell'idrogeno al polo lunare nord, verso il polo di 70 gradi di latitudine. Credito:Johns Hopkins APL
Utilizzando i dati raccolti oltre due decenni fa, gli scienziati del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel, nel Maryland, hanno compilato la prima mappa completa delle abbondanze di idrogeno sulla superficie della Luna. La mappa identifica due tipi di materiali lunari contenenti idrogeno potenziato e corrobora idee precedenti sull'idrogeno lunare e sull'acqua, comprese le scoperte secondo cui l'acqua probabilmente ha svolto un ruolo nella formazione e nella solidificazione originaria del magma-oceano della Luna.
David Lawrence, Patrick Peplowski e Jack Wilson dell'APL, insieme a Rick Elphic dell'Ames Research Center della NASA, hanno utilizzato i dati sui neutroni orbitali della missione Lunar Prospector per costruire la loro mappa. La sonda, che è stata dispiegata dalla NASA nel 1998, ha orbitato intorno alla Luna per un anno e mezzo e ha inviato la prima prova diretta di idrogeno potenziato ai poli lunari, prima di colpire la superficie lunare.
Quando una stella esplode, rilascia raggi cosmici, o protoni e neutroni ad alta energia che si muovono nello spazio quasi alla velocità della luce. Quando quei raggi cosmici entrano in contatto con la superficie di un pianeta, o di una luna, rompono gli atomi situati su quei corpi, facendo volare protoni e neutroni. Gli scienziati sono in grado di identificare un elemento e determinare dove e quanto esiste studiando il movimento di quei protoni e neutroni.
"Immagina di giocare a biliardo e il pallino rappresenta i neutroni e le palle da biliardo rappresentano l'idrogeno", ha spiegato Lawrence. "Quando colpisci una pallina da biliardo con la tua bilia battente, la bilia battente smette di muoversi e la pallina da biliardo viene spinta in movimento, perché entrambi gli oggetti hanno la stessa massa. Allo stesso modo, quando un neutrone entra in contatto con l'idrogeno, muore e smette di muoversi , e l'idrogeno viene messo in moto. Quindi, quando vediamo un numero inferiore di neutroni in movimento, è un'indicazione della presenza di idrogeno."
Distribuzione dell'idrogeno al polo lunare sud, verso il polo di 70 gradi di latitudine. Credito:Johns Hopkins APL
Il team ha calibrato i dati per quantificare la quantità di idrogeno in base alla corrispondente diminuzione dei neutroni misurata dal Neutron Spectrometer, uno dei cinque strumenti montati sul Lunar Prospector per completare le mappe gravitazionali e compositive della Luna. I risultati sono stati pubblicati nel Journal of Geophysical Research:Planets .
"Siamo stati in grado di combinare i dati dei campioni di suolo lunare delle missioni Apollo con ciò che abbiamo misurato dallo spazio e finalmente mettere insieme per la prima volta un quadro completo dell'idrogeno lunare", ha continuato Lawrence.
La mappa del team conferma l'idrogeno potenziato in due tipi di materiali lunari. Il primo, presso l'altopiano di Aristarco, ospita il più grande deposito piroclastico della Luna. Questi depositi sono frammenti di roccia eruttati dai vulcani, a conferma delle precedenti osservazioni secondo cui l'idrogeno e/o l'acqua hanno svolto un ruolo negli eventi magmatici lunari. Il secondo sono rocce di tipo KREEP. KREEP è l'acronimo di roccia lavica lunare che sta per potassio (K), elementi delle terre rare (REE) e fosforo (P).
"Quando la Luna si è formata originariamente, è ampiamente accettato che si trattasse di detriti fusi da un enorme impatto con la Terra", ha detto Lawrence. "Quando si è raffreddato, i minerali si sono formati dalla fusione e si ritiene che KREEP sia l'ultimo tipo di materiale a cristallizzare e indurire."
Quando i raggi cosmici provenienti da stelle lontane colpiscono la superficie di pianeti o lune, rompono gli atomi situati su quei corpi. Gli scienziati studiano il movimento dei protoni e dei neutroni per identificare un elemento e determinare quanto di esso esiste. Credito:Johns Hopkins APL/Magda Saina
Lawrence, che faceva parte del team originale che ha studiato i dati iniziali della missione Lunar Prospector nel 1998, ha affermato che basarsi sugli sforzi esistenti per completare una mappa completa del vicino più prossimo della Terra ha richiesto tempo.
"La finalizzazione dell'analisi ha richiesto diversi anni", ha affermato Lawrence. "Mentre stavamo smistando tutto, abbiamo iniziato a correggere i dati che scoprivamo non erano idrogeno. Siamo tornati indietro e abbiamo messo a punto le analisi precedenti e, in gran parte, siamo stati in grado di farlo grazie alle scoperte di altre missioni. Abbiamo si basano continuamente sulle conoscenze precedenti ed entrano in nuovi territori."
Questa nuova mappa non solo completa l'inventario dell'idrogeno sulla Luna, ma potrebbe anche portare alla quantificazione della quantità di idrogeno e acqua presenti sulla Luna quando è nata. Nel 2013, i ricercatori dell'APL hanno anche confermato la presenza di ghiaccio d'acqua ai poli del pianeta Mercurio utilizzando i dati dello spettrometro di neutroni sulla navicella MESSENGER costruita dall'APL. Queste scoperte sono importanti non solo per comprendere il sistema solare, ma anche per pianificare la futura esplorazione umana del sistema solare. + Esplora ulteriormente
