Circa 4,5 miliardi di anni fa, un piccolo pianeta si schiantò contro la giovane Terra, scagliando roccia fusa nello spazio. Lentamente, i detriti si sono coalizzati, raffreddati e solidificati, formando la nostra luna. Questo scenario su come si è formata la Luna sulla Terra è quello ampiamente condiviso dalla maggior parte degli scienziati. Ma i dettagli su come esattamente ciò sia accaduto sono "più un romanzo in cui scegli la tua avventura", secondo i ricercatori del Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona che hanno pubblicato un articolo su Nature Geoscience .
I risultati offrono importanti informazioni sull'evoluzione dell'interno lunare e potenzialmente su pianeti come la Terra o Marte.
La maggior parte di ciò che sappiamo sull’origine della Luna deriva dall’analisi di campioni di roccia, raccolti dagli astronauti dell’Apollo più di 50 anni fa, combinati con modelli teorici. I campioni di rocce laviche basaltiche riportati dalla Luna hanno mostrato concentrazioni sorprendentemente elevate di titanio. Successive osservazioni satellitari hanno scoperto che queste rocce vulcaniche ricche di titanio si trovano principalmente sul lato visibile della Luna, ma come e perché siano arrivate lì è rimasto un mistero, fino ad ora.
Poiché la Luna si è formata velocemente e calda, è stata probabilmente ricoperta da un oceano di magma globale. Man mano che la roccia fusa si raffreddava e solidificava gradualmente, formava il mantello lunare e la crosta luminosa che vediamo quando guardiamo la luna piena di notte. Ma più in profondità, sotto la superficie, la giovane luna era completamente fuori equilibrio. I modelli suggeriscono che gli ultimi residui dell'oceano di magma si cristallizzarono in minerali densi tra cui ilmenite, un minerale contenente titanio e ferro.
"Poiché questi minerali pesanti sono più densi del mantello sottostante, si crea un'instabilità gravitazionale e ci si aspetterebbe che questo strato sprofondasse più in profondità all'interno della Luna", ha affermato Weigang Liang, che ha guidato la ricerca come parte del suo lavoro di dottorato presso LPL.
In qualche modo, nei millenni che seguirono, quel materiale denso affondò nell'interno, mescolandosi con il mantello, si sciolse e ritornò in superficie sotto forma di colate di lava ricche di titanio che vediamo oggi in superficie.
"La nostra luna si è letteralmente capovolta", ha detto il coautore e professore associato della LPL Jeff Andrews-Hanna. "Ma ci sono state poche prove fisiche per far luce sull'esatta sequenza degli eventi durante questa fase critica della storia lunare, e c'è molto disaccordo sui dettagli di ciò che è accaduto, letteralmente."
Questo materiale è affondato mentre si formava un po' alla volta, oppure tutto in una volta dopo che la luna si era completamente solidificata? È affondato globalmente verso l'interno e poi si è sollevato sul lato vicino, oppure è migrato verso il lato vicino e poi è affondato? È affondato in un unico grande blob o in diversi blob più piccoli?
"Senza prove, puoi scegliere il tuo modello preferito. Ogni modello ha profonde implicazioni per l'evoluzione geologica della nostra Luna", ha detto il co-autore principale Adrien Broquet del Centro aerospaziale tedesco di Berlino, che ha svolto il lavoro durante il suo periodo di post-dottorato. ricercatore associato presso LPL.
In uno studio precedente, condotto da Nan Zhang dell’Università di Pechino, che è anche coautore dell’ultimo articolo, i modelli avevano previsto che il denso strato di materiale ricco di titanio sotto la crosta fosse prima migrato verso il lato più vicino della Luna. , probabilmente innescato da un gigantesco impatto sul lato opposto, e poi sprofondato all'interno in una rete di lastre simili a fogli, che precipitano nell'interno lunare quasi come cascate. Ma quando quel materiale affondò, lasciò dietro di sé un piccolo residuo in uno schema geometrico di corpi lineari intersecanti di materiale denso ricco di titanio sotto la crosta.
"Quando abbiamo visto quelle previsioni del modello, è stato come se una lampadina si fosse accesa", ha detto Andrews-Hanna, "perché vediamo lo stesso identico schema quando osserviamo sottili variazioni nel campo gravitazionale della Luna, rivelando una rete di materiale denso in agguato sotto la crosta."
Nel nuovo studio, gli autori hanno confrontato le simulazioni di uno strato ricco di ilmenite che affonda con una serie di anomalie di gravità lineare rilevate dalla missione GRAIL della NASA, i cui due veicoli spaziali hanno orbitato attorno alla Luna tra il 2011 e il 2012, misurando piccole variazioni nella sua attrazione gravitazionale. Queste anomalie lineari circondano una vasta regione oscura del lato vicino della Luna, coperta da colate vulcaniche conosciute come mare (dal latino "mare").
Gli autori hanno scoperto che le tracce di gravità misurate dalla missione GRAIL sono coerenti con le simulazioni dello strato di ilmenite e che il campo di gravità può essere utilizzato per mappare la distribuzione dei resti di ilmenite rimasti dopo l'affondamento della maggior parte dello strato denso.
"Le nostre analisi mostrano che i modelli e i dati raccontano una storia straordinariamente coerente", ha affermato Liang. "I materiali di ilmenite sono migrati verso il lato più vicino e sono sprofondati all'interno in cascate simili a lamine, lasciando dietro di sé tracce che causano anomalie nel campo gravitazionale della luna, come visto da GRAIL."
Le osservazioni del team limitano anche la tempistica di questo evento:le anomalie della gravità lineare sono interrotte dai bacini di impatto più grandi e più antichi sul lato vicino e quindi devono essersi formate prima. Sulla base di queste relazioni trasversali, gli autori suggeriscono che lo strato ricco di ilmenite affondò prima di 4,22 miliardi di anni fa, il che è coerente con il suo contributo al successivo vulcanismo osservato sulla superficie lunare.
"L'analisi di queste variazioni nel campo gravitazionale della Luna ci ha permesso di sbirciare sotto la superficie lunare e vedere cosa si trova sotto", ha detto Broquet, che ha lavorato con Liang per dimostrare che le anomalie nel campo gravitazionale della Luna corrispondono a ciò che ci si aspetterebbe per le zone di gravità della Luna. materiale denso ricco di titanio previsto dai modelli di simulazione computerizzata del ribaltamento lunare.
Luna sbilenca
Mentre il rilevamento delle anomalie della gravità lunare fornisce la prova dello sprofondamento di uno strato denso all'interno della Luna e consente una stima più precisa di come e quando si è verificato questo evento, ciò che vediamo sulla superficie della Luna aggiunge ancora più intrigo all'ipotesi. storia, secondo il gruppo di ricerca.
"La Luna è fondamentalmente sbilenca sotto ogni aspetto", ha detto Andrews-Hanna, spiegando che il lato più vicino rivolto alla Terra, e in particolare la regione oscura conosciuta come regione dell'Oceanus Procellarum, è più bassa in elevazione, ha una crosta più sottile, è in gran parte ricoperta di colate di lava e presenta alte concentrazioni di elementi tipicamente rari come il titanio e il torio.
Il lato nascosto differisce in ciascuno di questi aspetti. In qualche modo, si pensa che il ribaltamento del mantello lunare sia legato alla struttura unica e alla storia della regione del Procellarum sul lato vicino. Ma i dettagli di questo ribaltamento sono stati oggetto di un considerevole dibattito tra gli scienziati.
"Il nostro lavoro collega i punti tra le prove geofisiche della struttura interna della Luna e i modelli computerizzati della sua evoluzione", ha aggiunto Liang.
"Per la prima volta abbiamo prove fisiche che ci mostrano cosa stava succedendo all'interno della Luna durante questa fase critica della sua evoluzione, ed è davvero emozionante", ha detto Andrews-Hanna. "Si scopre che la storia più antica della Luna è scritta sotto la superficie, ed è bastata la giusta combinazione di modelli e dati per svelare quella storia."
"Le vestigia della prima evoluzione lunare sono presenti oggi sotto la crosta, il che è affascinante", ha detto Broquet. "Le missioni future, ad esempio con una rete sismica, consentirebbero una migliore indagine della geometria di queste strutture."
Liang ha aggiunto:"Quando gli astronauti dell'Artemis alla fine atterreranno sulla Luna per iniziare una nuova era di esplorazione umana, avremo una comprensione molto diversa del nostro vicino rispetto a quando gli astronauti dell'Apollo vi misero piede per la prima volta."
Ulteriori informazioni: Adrien Broquet, Vestigia di uno strato di ilmenite lunare in seguito al ribaltamento del mantello rivelato dai dati sulla gravità, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01408-2. www.nature.com/articles/s41561-024-01408-2
Informazioni sul giornale: Geoscienza naturale
Fornito dall'Università dell'Arizona
