Per la maggior parte dell’era spaziale, la luna è stata considerata un mondo senza acqua. Negli ultimi anni, tuttavia, un costante stillicidio di scoperte ha dimostrato che almeno alcune parti della luna – come i grandi crateri permanentemente in ombra ai suoi poli – contengono depositi significativi di acqua. Questa settimana, due nuovi studi pubblicati su Nature Astronomy aprono un po’ di più il rubinetto alla prospettiva di una luna inaspettatamente acquosa.
Il tempismo è buono per la NASA e altre agenzie spaziali che ora pianificano ambiziose missioni umane di esplorazione lunare e persino di insediamento. Dopo tutto, dove c’è acqua, ci può essere vita – anche se questa vita richiede ancora tute spaziali e habitat resistenti alle radiazioni.
Un possibile segnale dal cielo di acqua riscaldata dal sole
Il primo nuovo sentore di acqua lunare è emerso dai dati raccolti dall’Osservatorio Stratosferico per l’Astronomia Infrarossa (SOFIA) della NASA. Questo jet Boeing 747SP modificato fornisce al suo telescopio di 2,7 metri una vista al di sopra del 99% del vapore acqueo che oscura l’atmosfera – una capacità unica che consente osservazioni agili nell’infrarosso senza l’uso di strutture spaziali.
Alla fine di agosto 2018 un team guidato da Casey Honniball, un borsista del programma post-dottorato della NASA presso il Goddard Space Flight Center dell’agenzia e un ricercatore dell’Università delle Hawaii a Manoa, ha utilizzato strumenti a infrarossi a bordo di SOFIA per studiare la superficie lunare illuminata dal sole. Le osservazioni, che sono durate solo 10 minuti, si sono concentrate su una regione ad alte latitudini meridionali vicino al grande cratere Clavius della luna, e hanno rivelato una forte emissione infrarossa ad una lunghezza d’onda di sei micron (µm) dal cratere e dal paesaggio circostante. Riscaldato dal sole, qualcosa sulla superficie lunare stava riemettendo la radiazione assorbita proprio come farebbe l’acqua molecolare – semplice H2O.
“Non siamo a conoscenza di nessun altro materiale ragionevole per la Luna che esibisce una singola caratteristica spettrale a 6 µm diversa dall’H2O”, Honniball e i suoi colleghi ricercatori riferiscono nel loro nuovo documento. Gli autori suggeriscono che l’acqua putativa è molto probabilmente conservata in vetro vulcanico naturale o inserita tra microscopici grani di polvere di roccia. Entrambi gli scenari potrebbero fornire una schermatura dalle temperature estreme e dalle condizioni di quasi vuoto sulla superficie lunare, permettendo all’acqua di persistere. Per quanto riguarda il modo in cui ha ottenuto lì in primo luogo, nessuno è certo, ma la spiegazione principale è che l’acqua potrebbe aver formato da ossigeno libero e idrogeno liberato dalle rocce lunari da impatti di micrometeoriti.
Utilizzando SOFIA è un approccio nuovo e unico per la scienza lunare, Honniball dice, ma non è la prima volta che le osservazioni legate alla Terra hanno rivelato un’emissione di sei micron dalla luna. Le osservazioni su pallone aerostatico degli astronomi G. R. Hunt e J. W. Salisbury hanno mostrato la caratteristica spettrale, dice. Ma Hunt e Salisbury non ne hanno fatto menzione nel loro documento su quella ricerca, pubblicato nel 1969. Invece si sono concentrati sulla caratterizzazione dei minerali sulla superficie lunare. “Forse non sapevano di aver fatto una grande scoperta”, ipotizza Honniball.
Un bicchiere mezzo pieno
Honniball e i suoi colleghi hanno già ricevuto tempo aggiuntivo su SOFIA per le osservazioni di follow-up. “Speriamo di mappare la maggior parte della luna per caratterizzare il comportamento dell’acqua”, dice. “Varia attraverso la superficie lunare con l’ora del giorno e la latitudine? Questo ci aiuterà a capire le sue fonti e dove risiede.”
E questo, a sua volta, potrebbe dire al mondo quanto utile questa acqua ritrovata potrebbe un giorno rivelarsi. L’estrazione sarà semplice se l’acqua esiste prevalentemente sulla superficie dei grani di roccia: basterà raccogliere il suolo lunare e sottoporlo a un moderato riscaldamento. Se, invece, l’acqua è bloccata nel vetro, il materiale deve essere fuso per liberare l’acqua per la raccolta – un processo molto più dispendioso in termini di energia.
“Attualmente non abbiamo una buona idea se l’acqua che vediamo con il SOFIA è in quantità tali da rendere la fusione del vetro conveniente”, dice Honniball. “Tuttavia, se troviamo abbondanze abbastanza alte, questa potrebbe essere un’opzione più fattibile rispetto all’estrazione del ghiaccio d’acqua nelle regioni permanentemente in ombra, che sono ambienti estremi e difficili da lavorare.”
Jack Schmitt, un geologo che, come membro dell’equipaggio dell’Apollo 17, rimane l’unico scienziato professionista ad aver camminato sulla luna, dice che la misurazione SOFIA potrebbe non rivelare vera acqua molecolare, ma qualcosa di più fragile e transitorio. “La domanda che vorrei porre”, dice Schmitt, “è se i dati SOFIA possono essere legati al possibile debole legame dell’idrogeno del vento solare con l’ossigeno sulla superficie dei grani di vetro silicato e minerali nel regolith piuttosto che essere vera acqua molecolare?”
Un prodotto di tali reazioni potrebbe essere l’idrossile, una molecola con un solo atomo di idrogeno in meno dell’acqua. Honniball, tuttavia, dice che l’emissione di sei micron vista dal SOFIA non è coerente con l’idrossile.
A prescindere da quale sostanza ci sia dietro il segnale del SOFIA, Schmitt nota che la chimica di base dovrebbe permettere di estrarre l’umidità anche dal materiale lunare secco. “Il riscaldamento del regolith contenente idrogeno a diverse centinaia di gradi porterebbe una parte dell’idrogeno a reagire con l’ossigeno nei silicati per produrre acqua quasi ovunque sulla luna”, dice.
Piccole ombre, immense possibilità
Un altro articolo pubblicato insieme allo studio SOFIA su Nature Astronomy evidenzia un aumento nella distribuzione di aree permanentemente in ombra sulla luna, luoghi privi di luce solare noti come trappole fredde, in cui temperature estremamente basse potrebbero congelare e sequestrare l’acqua essenzialmente a tempo indeterminato, consentendole di accumularsi in depositi significativi nel corso del tempo geologico.
Gli scienziati hanno studiato tali regioni lunari per decenni per il loro potenziale di accumulo di acqua, ma il lavoro precedente si è concentrato su grandi trappole fredde all’interno di enormi crateri ai poli della luna. Al contrario, quest’ultimo risultato estende la gamma di dimensioni considerate della trappola fredda fino a un centimetro di diametro. Analizzando immagini ad alta risoluzione dal Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, un team guidato dallo scienziato planetario dell’Università del Colorado Boulder Paul Hayne ha scoperto che queste “micro” trappole fredde sono molto più diffuse di quelle grandi ben studiate in prossimità dei poli lunari. La nuova contabilità aumenta la superficie totale con la capacità di intrappolare l’acqua a circa 40.000 chilometri quadrati – una regione pan-lunare che, collettivamente, sarebbe due volte più grande del Galles.
“Le micro trappole fredde appena scoperte sono le più numerose sulla luna, migliaia di volte più abbondanti delle trappole fredde precedentemente mappate”, dice Hayne. “Se sono tutte piene di ghiaccio, potrebbe trattarsi di una quantità sostanziale, forse più di un miliardo di chilogrammi di acqua.”
Hayne aggiunge, tuttavia, che il campionamento in situ da parte di robot o astronauti è necessario per valutare correttamente il loro reale contenuto di ghiaccio. “Ciò che è veramente eccitante delle micro trappole fredde è che sono molto più accessibili, il che potrebbe consentire un’estrazione e un utilizzo più efficiente sia per scopi scientifici che esplorativi”, dice. In effetti, questa proliferazione di piccoli potenziali serbatoi di ghiaccio potrebbe essere molto più accessibile per le missioni future, dice Hayne, perché esistono in aree in cui un astronauta illuminato dal sole potrebbe comodamente e in sicurezza utilizzare uno strumento per raggiungere un’ombra pericolosamente fredda per estrarre il ghiaccio.
Per ora, per giudicare ulteriormente il valore delle micro trappole fredde, Hayne e i suoi colleghi useranno una fotocamera high-tech denominata Lunar Compact Infrared Imaging System, che viaggerà sulla luna sulla prima missione del lander polare sud del programma Commercial Lunar Payload Services della NASA già nel 2022. La fotocamera scatterà per la prima volta immagini ravvicinate di micro trappole fredde e misurerà le loro temperature.
Ground Truthing
Da un lato, SOFIA e gli studi sulle micro trappole fredde sono notizie gradite. Tuttavia, il quadro generale rimane lo stesso, dice Ian Crawford, un esperto lunare al Birkbeck, Università di Londra.
Chiaramente, dice, più acqua facilmente accessibile c’è sulla luna, maggiori sono le opportunità per la sua estrazione sul posto e l’utilizzo per sostenere gli sforzi di esplorazione immediata. Alla fine lo sviluppo dell’acqua lunare come risorsa potrebbe innescare un’intera economia extraterrestre in cui la sostanza diventerebbe una lucrativa materia prima per il carburante dei razzi e altri preziosi prodotti di consumo. Per ora, però, “‘ground truth’ measurements are urgently required to confirm inferences made on the basis of remote-sensing measurements”, dice Crawford.
Angel Abbud-Madrid, direttore del Colorado School of Mines’ Center for Space Resources a Golden, Colo. “Ciò che è ora necessario è toccare la superficie lunare e raccogliere la verità dettagliata del terreno”, dice. “La conferma non solo dell’esistenza del ghiaccio d’acqua, ma della sua morfologia, concentrazione, distribuzione e abbondanza è un must per procedere con l’esplorazione esistente e i piani di utilizzo delle risorse.