Lo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) della NASA ha confermato, per la prima volta, la presenza di acqua sulla superficie della Luna illuminata dal sole. Questa scoperta indica che l’acqua può essere distribuita sulla superficie lunare e non limitata a luoghi freddi e ombreggiati.
SOFIA ha rilevato molecole d’acqua nel Clavius Crater, uno dei più grandi crateri visibili dalla Terra, situato nell’emisfero meridionale della Luna. Precedenti osservazioni della superficie della Luna hanno rilevato una qualche forma di idrogeno, ma non erano state in grado di distinguere tra l’acqua e il suo parente chimico stretto, l’idrossile (OH). I dati provenienti da questa posizione rivelano acqua in concentrazioni da 100 a 412 parti per milione – più o meno equivalenti a 355 millilitri – intrappolati in un metro cubo di terreno sparsi sulla superficie lunare. I risultati sono stati pubblicati nella rivista Nature Astronomy.
L’acqua nei crateri dei poli
“Avevamo indicazioni che H2O – l’acqua familiare che conosciamo – poteva essere presente sul lato soleggiato della Luna”, ha detto Paul Hertz, direttore della Divisione Astrofisica della Direzione della Missione Scientifica presso la sede della NASA a Washington. “Ora sappiamo che è lì. Questa scoperta sfida la nostra comprensione della superficie lunare e solleva interrogativi intriganti sulle risorse rilevanti per l’esplorazione dello spazio profondo”.
A titolo di confronto, il deserto del Sahara ha una quantità d’acqua 100 volte superiore a quella rilevata da SOFIA nel suolo lunare. Nonostante le piccole quantità, la scoperta solleva nuove domande su come viene creata l’acqua e su come persiste sulla dura superficie lunare priva di aria.
L’acqua è una risorsa preziosa nello spazio profondo e un ingrediente chiave della vita come la conosciamo. Resta da determinare se l’acqua trovata da SOFIA sia facilmente accessibile per essere utilizzata come risorsa.
Nell’ambito del programma Artemis della NASA, l’agenzia è ansiosa di apprendere tutto il possibile sulla presenza di acqua sulla Luna prima di inviare la prima donna e il prossimo uomo sulla superficie lunare nel 2024 e stabilire una presenza umana sostenibile lì entro la fine del decennio.
I risultati di SOFIA si basano su anni di ricerche precedenti che esaminano la presenza di acqua sulla Luna. Quando gli astronauti dell’Apollo tornarono per la prima volta dalla Luna nel 1969, si pensava che fosse completamente asciutta. Le missioni orbitali e di impatto negli ultimi 20 anni, come il Lunar Crater Observation e il Sensing Satellite della NASA, hanno confermato la presenza di ghiaccio nei crateri permanentemente in ombra attorno ai poli della Luna.
L’acqua nel soleggiato cratere di Clavius
Nel frattempo, diversi veicoli spaziali – tra cui la missione Cassini e la missione Deep Impact, così come la missione Chandrayaan-1 dell’Indian Space Research Organisation – e la struttura terrestre del telescopio a infrarossi della NASA, hanno esaminato ampiamente la superficie lunare e hanno trovato prove di idratazione in regioni più soleggiate. Eppure, quelle missioni non erano in grado di distinguere definitivamente la forma in cui era presente – H2O o OH.
“Prima delle osservazioni SOFIA, sapevamo che c’era una sorta di idratazione”, ha detto Casey Honniball, l’autrice principale che ha pubblicato i risultati del suo lavoro di tesi di laurea presso l’Università delle Hawaii a Mānoa a Honolulu. “Ma non sapevamo quanta, se ce ne fosse, se fossero effettivamente molecole d’acqua – come beviamo ogni giorno – o qualcosa di più simile a un detergente per scarichi”.
SOFIA ha offerto un nuovo mezzo per guardare la Luna. Volando ad altitudini fino a 45.000 piedi, questo aereo di linea Boeing 747SP, modificato con un telescopio di 106 pollici di diametro, supera oltre il 99% del vapore acqueo dell’atmosfera terrestre, per ottenere una visione più chiara dell’universo a infrarossi. Utilizzando la sua Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST), SOFIA è stata in grado di captare la lunghezza d’onda specifica delle molecole d’acqua, a 6,1 micron, e ha scoperto una concentrazione relativamente sorprendente nel soleggiato cratere di Clavius.
“Senza un’atmosfera densa, l’acqua sulla superficie lunare illuminata dal sole dovrebbe essere persa nello spazio”, ha detto Honniball, che ora è un borsista post-dottorato presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Eppure in qualche modo lo stiamo vedendo. Qualcosa l’ha generata, e qualcosa deve averla intrappolata lì.”
I micrometeoriti che piovono sulla superficie lunare
Diverse forze potrebbero essere in gioco nel rilascio o nella creazione di quest’acqua. Micrometeoriti che piovono sulla superficie lunare, trasportando piccole quantità di acqua, potrebbero depositare l’acqua sulla superficie lunare al momento dell’impatto.
Un’altra possibilità è che potrebbe esserci un processo in due fasi in cui il vento solare del Sole fornisce idrogeno alla superficie lunare e provoca una reazione chimica con i minerali portatori di ossigeno nel suolo per creare idrossile. Nel frattempo, le radiazioni del bombardamento di micrometeoriti potrebbero trasformare quell’idrossile in acqua.
Anche il modo in cui l’acqua viene immagazzinata, rendendo possibile l’accumulo, solleva anche alcune domande intriganti. L’acqua potrebbe essere intrappolata in minuscole strutture a forma di perline nel terreno, che si formano a causa del calore elevato creato dagli impatti delle micrometeoriti. Un’altra possibilità è che l’acqua possa essere nascosta tra i granelli di terreno lunare e riparata dalla luce solare, rendendola potenzialmente un po’ più accessibile dell’acqua intrappolata in altre strutture.
I riflettori di SOFIA
Per una missione progettata per osservare oggetti lontani e deboli come buchi neri, ammassi stellari e galassie, i riflettori di SOFIA sul vicino più vicino e luminoso della Terra sono stati un allontanamento dal normale lavoro. Gli operatori del telescopio in genere utilizzano una telecamera guida per tracciare le stelle, mantenendo il telescopio bloccato saldamente sul suo obiettivo di osservazione. La Luna però è così vicina e luminosa che riempie l’intero campo visivo della fotocamera guida. Senza stelle visibili, non era chiaro se il telescopio potesse seguire in modo affidabile la Luna. Per determinarlo, nell’agosto 2018, gli operatori hanno deciso di fare un’osservazione di prova.
“In effetti, era la prima volta che SOFIA guardava la Luna e non eravamo nemmeno completamente sicuri di ottenere dati affidabili, ma le domande sull’acqua della Luna ci hanno costretti a provare”, ha detto Naseem Rangwala, il progetto di SOFIA scienziato presso l’Ames Research Center della NASA nella Silicon Valley della California. “È incredibile che questa scoperta sia nata da quello che era essenzialmente un test, e ora che sappiamo di poterlo fare, stiamo pianificando più voli per fare più osservazioni”.
I voli di follow-up di SOFIA cercheranno l’acqua in ulteriori luoghi illuminati dal sole e durante le diverse fasi lunari per saperne di più su come l’acqua viene prodotta, immagazzinata e spostata attraverso la Luna. I dati si aggiungeranno al lavoro delle future missioni lunari, come Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) della NASA, per creare le prime mappe delle risorse idriche della Luna per la futura esplorazione spaziale umana.
Nello stesso numero di Nature Astronomy, gli scienziati hanno pubblicato un documento utilizzando modelli teorici e dati del Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA, sottolineando che l’acqua potrebbe essere intrappolata in piccole zone d’ombra, dove le temperature rimangono sotto lo zero, più di quanto attualmente previsto.
“L’acqua è una risorsa preziosa, sia per scopi scientifici che per l’uso da parte dei nostri esploratori”, ha affermato Jacob Bleacher, chief explorist scientist per Human Exploration and Operations Mission Directorate della NASA. “Se possiamo usare le risorse sulla Luna, allora possiamo trasportare meno acqua e più attrezzature per consentire nuove scoperte scientifiche”.
