Il lato umido della Luna

 Accertata la presenza di acqua e metano sulla Luna, si inizia a pensare già come sfruttare queste immense risorse per un prossimo insediamento umano

È il migliore dei tempi e il peggiore dei tempi per gli scienziati lunari. "Sta avvenendo una rivoluzione nella nostra della comprensione della superficie lunare", dice Rick Elphic del NASA Ames Research Center di Mountain View, California. Tre recenti missioni hanno trovato un approvvigionamento inaspettatamente elevato di acqua sulla Luna che potrebbe placare la sete dei futuri abitanti lunari e produrre combustibile per le missioni in altri luoghi del Sistema Solare. Eppure la prospettiva per gli astronauti di ritornare in tempi brevi si sta allontanando velocemente. A febbraio del 2010, il presidente statunitense Barack Obama, ha annunciato la sua intenzione di cancellare programma Constellation della NASA, che includeva i piani per reinviare degli astronauti sulla Luna entro il 2020. La sua decisione lascia gli Stati Uniti senza un mezzo di trasporto affidabile nella bassa orbita terrestre e per le future missioni umane sulla Luna.

(Locandina del defunto progetto della NASA Constellation)

Il 2010 si preannuncia come un anno eccezionale per la scienza lunare. I piani dell'amministrazione Obama danno forte sostegno finanziario per l'esplorazione robotica del Sistema Solare, compresi la Luna. La NASA ha già quattro missioni robotiche in preparazione, progettate per esplorare l'atmosfera, la gravità e la sismologia lunare.  E uno dei tre finalisti per la prossima missione di medie dimensioni della NASA è un robot chiamato "MoonRise", che dovrebbe atterrare nel vasto bacino Aitken del Polo Sud,  scavando e prelevando campioni di suolo per poi riportarli a Terra. Cina e India, hanno anche in programma il seguito per i loro recenti successi spaziali Chang'e e Chandrayaan, mentre la Russia e la Germania hanno nuove missioni in sviluppo. Quello che più di tutti ha rinvigorito la scienza lunare sono state le scoperte della presenza di ghiaccio di acqua  del NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) e del Lunar Crater Observation e Sensing Satellite (LCROSS), così come anche l'indiano Chandrayaan-1.

"Non solo c'è acqua sulla luna", spiega Carle Pieters, scienziato capo del Mineralogy Moon Mapper di Chandrayaan-1, "ma ci sono tre diversi tipi di acqua". Pieters si riferisce alla scoperta nel 2008, di tracce di acqua in bocche vulcaniche del profondo interno della Luna, le acque di superficie rilevate da Chandrayaan-1 e l'acqua ai poli scavata dall'esplosione di LCROSS. "Sono tutti diverse e tutte hanno fonti e differenti implicazioni", dice. Greg Delory, uno scienziato spaziale presso l'Università di California, Berkeley ci dice che "Non guardiamo più la Luna come la guardavano i nostri padri. Non è un mondo morto e immutabile, ma viceversa è un corpo molto dinamico e interessante."

(ricostruzione della mappa lunare di Galileo Galilei)

(disegni della Luna realizzati da Galileo Galilei)

L'idea che sulla Luna fosse presente acqua è radicata nella storia. Dopo le osservazioni di Galileo agli inizi del 1600, si diffuse l'idea che sulla Luna fosse presente l'acqua. Le macchie scure vennero infatti nominate "mari". Eppure, alla fine del XVII  secolo gli elementi di prova stavano già cominciando a puntare verso una Luna asciutta. I più potenti telescopi distinsero i crateri distinguere all'interno dei "mari", dimostrando che non vi era presenza di acqua. Nel 1969, iniziarono le missioni lunari e gli astronauti dell'Apollo 11 atterrarono in uno di questi mari dimostrando definitivamente che si trattava di una pianura di lava secca. La roccia e i campionamenti che la missione Apollo riportò sulla Terra furono definiti "secchi come un osso".

Tuttavia di recente questa idea ortodossa è stata superata. Il suolo lunare contiene ioni di idrogeno inviati dal vento solare che bombardano costantemente la superficie. Tuttavia questi ioni possono interagire con gli atomi delle rocce, creando una miriade di atomi di ossigeno con legami liberi. Ciò potrebbe significare, che gli ioni idrogeno, si combinano per formare minerali idratati, gli ioni ossidrili (OH-) o l'acqua (H2O), uno ione o una molecola alla volta. Everett Gibson della NASA Johnson Space Center di Houston, in Texas, ha trovato nuove prove che dimostrano che questa ipotesi non è solo teorica. Nel 1977 dimostrò che le rocce recuperate dalle missioni Apollo liberavano acqua e idrossile se riscaldate. Tuttavia, non riuscì a far cambiare la mentalità convenzionale che vedevano la Luna come un mondo asciutto. Vi era la possibilità che i campioni fossero stati contaminati dall'azoto dei container di trasporto sulla Terra. "Il nitrogeno umido d'azoto conteneva circa 20 parti per milione di acqua", dice Larry Taylor, che studia le rocce lunari presso l'Università del Tennessee a Knoxville. In alternativa, il riscaldamento dell'idrogeno del vento solare potrebbe aver favorito la reazione con gli ossidi di ferro della roccia, facendo sì che l'acqua si fosse effettivamente formata nel laboratorio di Gibson, ma non sulla Luna.

Nello stesso periodo, James Arnold della University of California, in San Diego, propose la ricerca di acqua vicino ai poli lunari, che non erano mai visitati dalle missioni Apollo. Poiché i poli della luna ricevono la luce solare radente solo per tutto l'anno, Arnold sottolineò che la base di un profondo cratere lunare non riceverebbe luce, fungendo come "trappola fredda" per l' acqua o altri composti volatili della tenue atmosfera lunare.

Taylor paragonò le trappole dei crateri ad un bicchiere di thè freddo in un giorno d'estate: "Si può stare lì e guardare come raccoglie tutta l'umidità dall'aria, per poi iniziare a gocciolare acqua. Questo è ciò che i poli stanno facendo." Ci vollero tuttavia ben 15 anni prima che la teoria dell'"Ice Tea" fosse stata testata. Nel 1994, i radiotelescopi sulla Terra raccolsero onde radar rimbalzate sulla superficie della Luna dal satellite Clementine, che nel polo sud raccolse ciò che sembravano tracce di ghiaccio d'acqua.

(mappa gravitazionale del Lunar Prospector)

Nel 1998, il Lunar Prospector orbitato intorno alla luna, era dotato di spettrometro di neutroni, uno strumento ampiamente utilizzato per cercare acqua e idrocarburi. Esso misura la quantità di idrogeno presente, che è una plausibile percentuale della quantità di acqua. Il Lunar Prospector sicuramente trovò idrogeno - ipotizzando che il terreno lunare potesse contenere circa l'1,5% di acqua. Naturalmente, ciò dipende dall''ipotesi che l'acqua è legata l'idrogeno. Gli atomi di idrogeno potrebbero invece essere separati, oppure essere presenti grazie ad altri composti  "idrogeno-cuscinetto", come il metano o l'ammoniaca. Inoltre,il  Lunar Prospector potette risolvere le dettagli più piccoli di 50 chilometri, per cui non si potette dire se l'acqua era davvero concentrata nei crateri permanentemente in ombra o diffusa in modo uniforme. 

La vera prova sarebbe giunta atterrando sulla superficie lunare e scavare un campione del suolo. Il Lunar Prospector si è schiantò nei pressi del polo sud lunare nel 1999, sperando di poter rilevare da terra la presenza di acqua, senza tuttavia ottenere successo. Un tentativo simile avvenne nel 2006 grazie alla sonda dell'Agenzia Spaziale Europea SMART-1, che anch'essa fallì la rilevazione di eventuali segni di ghiaccio. L'acqua quindi poteva non esistere, oppure le due navicelle erano troppo piccole per penetrare a fondo nella superficie, oppure  semplicemente erano stati scelti  posti sbagliati.

 (programma della missione indiana Chandrayaan-1)

Ma ormai si stavano aprendo nuovi scenari che avrebbero portato a due scoperte capaci di cambiare radicalmente la nostra idea della Luna. Nell'ottobre del  2008, l'India ha lanciò il  Chandrayaan-1, dotato di uno spettrometro di immagini, uno strumento che non era mai stato inviato prima di allora sulla Luna. Permise di determinare esattamente quali sostanze chimiche erano presenti in un pixel dell'immagine. Chandrayaan-1 iniziò quindi a mappare la Luna. Pieters e il suo team si resero subito conto che stavano vedendo grandi aree di idrossile e acqua. In un primo momento non potevano credere ai loro risultati, ma un membro del team Roger Clark ricordò di aver visto qualcosa di simile quando lavorava per la missione Cassini-Huygens su Saturno e sulle sue lune. Anche la sonda Cassini infatti, possiede uno spettrometro di immagini. Come un atleta che passa attraverso la pratica dell' allenamento alla gara vera e propria, Cassini testò il suo spettrometro sulla Luna nel corso di un fly-by del 1999, nella prima parte di quello che sarebbe stato poi il lungo viaggio verso il sistema di Saturno.

Durante una discussione della squadra di Cassini, l'anno scorso, Clark confermo la presenza di idrossile e acqua sulla Luna. In seguito Jessica Sunshine, del team di Chandrayaan-1, che  stava lavorando anche sulla missione Deep Impact disse: "Deep Impact va dalla Luna a giugno, quindi sarò in grado di dirvi ciò che vede." Possiede anche uno spettrometro a immagini. E' Abbastanza sicuro, che Deep Impact ha confermato i dati di Cassini e Chandrayaan-1. "Entrambi hanno realmente aiutato a capire quello che stava succedendo lassù", dice Pieters. In realtà, Deep Impact ha aggiunto nuovi tasselli sl puzzle: l'acqua e l'idrossile sembrano scomparire durante il giorno lunare, per poi riapparire al tramonto e all'alba, come sulla Terra fa la rugiada. Questo "rugiada" è, tuttavia, profonda solo poche molecole, in modo da rendere il suolo lunare  ancora più secco e arido deserto della Terra. La scoperta di acqua sulla superficie lunare è stato così inaspettato che gli scienziati stanno ancora discutendo da dove possa provenire. Una possibilità è che le singole molecole vengono create dal vento solare sulla superficie lunare, finché non restano intrappolati in un cratere freddo o si volatilizzano verso lo spazio.

Gli scienziati della Luna hanno infine  ricevuto un altro scossone quando la missione LCROSS si è schiantata, come previsto, in un cratere chiamato Cabeo, lo scorso ottobre 2009.  LCROSS è stato progettato per fare quello che Lunar Prospector e SMART-1 non potevano fare, cioè penetrare in grande profondità nel suolo lunare, sfruttando la potenza di un missile Centaur, caricato con materiale esplosivo. La scelta del cratere era avvenuta dalle analisi dello scienziato Tony Colaprete, che lo scelse per la sua profondità, una cresta molto elevata sul bordo che però  bloccava anche la vista dell'impatto agli astronomi dalla Terra. Inoltre questo cratere, in base alle precedenti osservazioni satellitari sembrava possedere alte concentrazioni di acqua.

 (Artwork della missione LCROSS della NASA)

"Quando Tony ci ha detto che stava cambiando il sito di impatto, abbiamo pensato onestamente che fosse uno scherzo", dice Pete Schultz, un membro del team LCROSS. Infatti, dalla Terra l'impatto lunare, in un primo momento è sembrato un vero disastro, ma entro pochi giorni la squadra scopeì che invece aveva colpito un sito ricco d'acqua. Lo spettro ha mostrato chiari segni di acqua e la squadra ha pubblicato i  risultati già nel mese di novembre, un mese prima del previsto. E 'ormai certo che almeno l'1 per cento del materiale di scavo era composto da ghiaccio d'acqua, ma la sorpresa più grande è stata l'abbondanza di altre sostanze nei detriti smossi, soprattutto composti volatili come l'anidride carbonica, l'ammoniaca, l'anidride solforosa, il metano e l'etilene. "Forse siamo in grado di distillare alcool e schiarire un po' di più la Luna!" ha detto scherzando Jack Burns presso l'Università del Colorado, in Boulder.

Mentre l'acqua può essere stata creata sulla Luna dal vento solare, questi altri composti non possono essere stati creati da esso ed è probabile che giungano da una fonte esterna, come l'impatto di un meteorite o di una cometa. Ciò potrebbe significare che i depositi localizzati, sono molto più ricchi di acqua rispetto a quella che dovrebbe esssere presente secondo la teoria del vento solare. Dal mese di novembre, la sonda LRO, ha continuato a raccogliere informazioni. Uno dei suoi strumenti, Diviner, ha misurato la temperatura dall'orbita lunare, permettendo di individuare direttamente la presenza di trappole d'acqua. In molti casi, si estendono oltre le zone di ombra permanente. Il satellite  ha anche scoperto che le regioni in ombra sono ancora più fredde di Plutone, dove le temperature di 30 a 40 Kelvin sono tipiche. Nel frattempo, lo spettrometro di neutroni su LRO, ha raffinato la mappa precedentemente realizzata dal Lunar Prospector. Ci vorrá molto tempo affinchè questi dati vengano studiati ed elaborati. 

(Mappa Minerologica della Luna fatta dal Chandrayaan-1;  In blu piccole particelle di idrossile e acqua)

La scoperta di acqua solleva tutta una serie di questioni scientifiche, che inevitabilmente si trasformano in domande su come estrarre queste risorse. Clive Neal, presidente del NASA's Lunar Exploration,  si chiede "Da dove viene l'acqua? Da quanto tempo è presente? A quanto ammontano le quantità? Dove si trova? E' una distesa omogenea o irregolare? Quali sono le complicazioni per l'estrazioni da un ambiente che è di circa 30 o 35 kelvin? Quanto costerà? "

Il modo migliore per rispondere a queste domande, secondo la maggior parte degli scienziati lunari, è quello di inviare sonde robotiche sulla Luna,  dei Rovers, come quelli che hanno avuto tanto successo su Marte.
Un Rover potrebbe portare uno spettrometro di neutroni, per esempio, come un "rabdomante  high-tech" per trovare l'acqua sotto la superficie. Ciò rientrerebbe anche nel budget NASA, che include un programma di 3,2 miliardi dollari per "missioni robotizzare". Visto che la Luna dista solo 1,3 secondi luce di distanza, gli scienziati sulla Terra potrebbe funzionare un robot in tempo quasi reale - un netto vantaggio rispetto al modo in cui vengono controllati i rover su Marte. Data la scarsità di denaro e le incertezze della politica, per i prossimi 10 o 20 anni, le creature della Terra  sulla luna avranno soltanto un cervello di silicio. Intanto il 2009 potrebbe passare alla storia come l'anno in cui è stata scoperta l'acqua sulla Luna. 

Una stazione di gas e acqua e di altri elementi volatili sarà un obiettivo fondamentale per ogni presenza umana nello spazio. Paolo Spudis del Lunar and Planetary Institute di Houston, Texas, divide l'esplorazione dello spazio in tre fasi: "Arrivare, sopravvivere e prosperare". Siamo già arrivati alla luna, grazie ad Apollo. Per sopravvivere, non abbiamo necessariamente bisogno di acqua lunare. "Si può portare l'acqua dalla Terra", afferma Taylor. Ma la disponibilità di acqua lunare consentirebbe una sopravvivenza molto più facile, perché libera gli astronauti dalla dipendenza ombelicale con la Terra. Con la produzione di acqua di locale, si potrebbe bere, creare un'atmosfera respirabile, costruire un riparo contro i raggi cosmici e coltivare le piante. Per noi, per prosperare sulla luna, l'acqua e le soatanze volatili sono ancora più cruciali. Per Taylor: "La Luna è un distributore di benzina nel cielo." Il valore economico dell'acqua - per non parlare del metano congelato che è stato anche rilevato da LCROSS - è un ottimo propellente per i viaggi interplanetari. L'acqua può essere convertito per l'impiego come combustibile, separando ossigeno e idrogeno, mentre il metano già lo è.  Entrambe queste sostanze sarebbero più costose dell'orose dovessero essere portate dalla Terra. 

Alla conferenza del Lunar and Planetary Sciences del mese scorso, secondo i dati di Spudis si è stimato che che ci sarebbero 600 milioni di tonnellate di acqua nella regione polare a nord della luna e che sarebbe sufficente per lanciare uno space shuttle al giorno per 2000 anni. Ma non tutta l'acqua sarà facile da estrarre. Lo  strumento radar Spudis su Chandrayaan, ha  trovato la prova della presenza di acqua in 40 diversi piccoli crateri vicino al polo nord, con i migliori nei crateri  Peary e Rozhdestvensky. Tutti hanno le regioni permanentemente in ombra, ma i depositi di acqua potrebbero estendersi al di fuori dell'ombra. Altri crateri vicini pare che per motivi ancora ignoti, non dispongano di riserve di acqua.

Traduzione e adattamento a cura di Arthur McPaul

Link:  http://www.newscientist.com/article/mg20627542.200-liquid-asset-the-damp-side-of-the-moon.html?page=1