Circa 4,4 miliardi di anni fa, il primo sistema solare somigliava a un gioco di dodgeball roccioso spaziale, poiché enormi asteroidi e comete e, in seguito, rocce più piccole e detriti galattici colpivano la luna e altri corpi terrestri infantili. Questo periodo terminò circa 3,8 miliardi di anni fa. Sulla luna, questo periodo tumultuoso ha lasciato dietro di sé una faccia fortemente craterizzata e una crosta screpolata e porosa.

Ora gli scienziati del MIT hanno scoperto che la porosità della crosta lunare, che raggiunge ben al di sotto della superficie, può rivelare molto sulla storia del bombardamento della luna.

In uno studio apparso su Nature Geoscience , il team ha dimostrato attraverso simulazioni che, all'inizio del periodo del bombardamento, la luna era altamente porosa, quasi un terzo più porosa della pomice. Questa elevata porosità era probabilmente il risultato di impatti precoci e massicci che hanno frantumato gran parte della crosta.

Gli scienziati hanno ipotizzato che un assalto continuo di impatti avrebbe lentamente accumulato porosità. Ma sorprendentemente, il team ha scoperto che quasi tutta la porosità della luna si è formata rapidamente con questi enormi imapcts e che il continuo assalto da parte di impattatori più piccoli ha effettivamente compattato la sua superficie. Questi impatti successivi, più piccoli, hanno invece agito per spremere e compattare alcune delle crepe e delle faglie esistenti della luna.

Dalle loro simulazioni, i ricercatori hanno anche stimato che la luna ha subito il doppio del numero di impatti che si può vedere sulla superficie. Questa stima è inferiore a quella che altri hanno ipotizzato.

"Le stime precedenti indicavano quel numero molto più alto, fino a 10 volte gli impatti che vediamo in superficie, e prevediamo che ci siano stati meno impatti", afferma il coautore dello studio Jason Soderblom, ricercatore presso il Dipartimento della Terra del MIT , Scienze dell'atmosfera e planetarie (EAPS). "Questo è importante perché limita il materiale totale che gli impatti come asteroidi e comete hanno portato sulla luna e sui corpi terrestri e pone vincoli alla formazione e all'evoluzione dei pianeti in tutto il sistema solare."

L'autore principale dello studio è il postdottorato EAPS Ya Huei Huang, insieme ai collaboratori della Purdue University e della Auburn University.

Un disco poroso

Nel nuovo studio del team, i ricercatori hanno cercato di tracciare la mutevole porosità della luna e utilizzare tali cambiamenti sotto la superficie per stimare il numero di impatti che si sono verificati sulla sua superficie.

"Sappiamo che la luna è stata così bombardata che ciò che vediamo sulla superficie non è più una registrazione di ogni impatto che la luna abbia mai avuto, perché a un certo punto gli impatti stavano cancellando gli impatti precedenti", afferma Soderblom. "Quello che stiamo scoprendo è che il modo in cui gli impatti hanno creato la porosità nella crosta non viene distrutto e questo può darci un vincolo migliore sul numero totale di impatti a cui è stata soggetta la luna".

Per tracciare l'evoluzione della porosità della luna, il team ha esaminato le misurazioni effettuate dal Gravity Recovery and Interior Laboratory della NASA, o GRAIL, una missione progettata dal MIT che ha lanciato due veicoli spaziali attorno alla luna per mappare con precisione la gravità della superficie.

I ricercatori hanno convertito le mappe gravitazionali della missione in mappe dettagliate della densità della crosta sottostante della luna. Da queste mappe di densità, gli scienziati sono stati anche in grado di mappare la porosità odierna in tutta la crosta lunare. Queste mappe mostrano che le regioni che circondano i crateri più giovani sono altamente porose, mentre le regioni meno porose circondano i crateri più vecchi.

Cronologia del cratere

Nel loro nuovo studio, Huang, Soderblom e i loro colleghi hanno cercato di simulare il modo in cui la porosità della luna è cambiata quando è stata bombardata con impatti prima grandi e poi più piccoli. Hanno incluso nella loro simulazione l'età, le dimensioni e la posizione dei 77 crateri più grandi sulla superficie lunare, insieme a stime derivate dal GRAIL della porosità odierna di ciascun cratere. La simulazione include tutti i bacini conosciuti, dal più antico al più giovane, con un'età compresa tra 4,3 miliardi e 3,8 miliardi di anni.

Per le loro simulazioni, il team ha utilizzato i crateri più giovani con la porosità odierna più alta come punto di partenza per rappresentare la porosità iniziale della luna nelle prime fasi del pesante bombardamento lunare. Hanno pensato che i crateri più vecchi formatisi nelle prime fasi sarebbero stati inizialmente molto porosi ma sarebbero stati esposti a ulteriori impatti nel tempo che avrebbero compattato e ridotto la loro porosità iniziale. Al contrario, i crateri più giovani, sebbene si siano formati in seguito, avrebbero subito meno o nessun impatto successivo. La loro porosità sottostante sarebbe quindi più rappresentativa delle condizioni iniziali della luna.

"Utilizziamo il bacino più giovane che abbiamo sulla luna, che non è stato soggetto a troppi impatti, e lo usiamo come un modo per iniziare come condizioni iniziali", spiega Huang. "Utilizziamo quindi un'equazione per mettere a punto il numero di impatti necessari per passare da quella porosità iniziale alla porosità più compatta e attuale dei bacini più antichi."

Il team ha studiato i 77 crateri in ordine cronologico, in base alle loro età precedentemente determinate. Per ogni cratere, il team ha modellato la quantità di variazione della porosità sottostante rispetto alla porosità iniziale rappresentata dal cratere più giovane. Hanno ipotizzato che un cambiamento maggiore nella porosità fosse associato a un numero maggiore di impatti e hanno utilizzato questa correlazione per stimare il numero di impatti che avrebbero generato l'attuale porosità di ciascun cratere.

Queste simulazioni hanno mostrato una chiara tendenza:all'inizio del pesante bombardamento lunare, 4,3 miliardi di anni fa, la crosta era altamente porosa, circa il 20 percento (in confronto, la porosità della pomice è compresa tra il 60 e l'80 percento). Più vicino a 3,8 miliardi di anni fa, la crosta è diventata meno porosa e mantiene la sua porosità attuale di circa il 10%.

Questo spostamento della porosità è probabilmente il risultato di impattatori più piccoli che agiscono per compattare una crosta fratturata. A giudicare da questo spostamento della porosità, i ricercatori stimano che la luna abbia subito circa il doppio del numero di piccoli impatti che si possono vedere oggi sulla sua superficie.

"Questo pone un limite superiore ai tassi di impatto nel sistema solare", afferma Soderblom. "Ora abbiamo anche un nuovo apprezzamento per come gli impatti regolano la porosità dei corpi terrestri". + Esplora ulteriormente

Crosta lunare quanto più fratturata possibile