La missione lunare cinese promette novità sul Mare Imbrium

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Oltre che un “grande passo per l’Umanità”, come suggerito da Neil Armstrong, e un’incredibile iniezione di fiducia per le capacità tecnologiche degli Stati Uniti nei confronti dell’Unione Sovietica – ricordiamo che si era in piena Guerra fredda - le missioni con equipaggio verso la Luna segnarono una svolta nello studio del nostro satellite. Grazie ai campioni di rocce riportati a Terra era finalmente possibile indagare sulla reale composizione del suolo lunare. Una disponibilità di campioni di tutto rispetto: in tutto, infatti, le sei missioni Apollo riportarono sulla Terra 382 chilogrammi di materiale roccioso. Anche oltre cortina, comunque, alcuni tentativi di portare sulla Terra le rocce lunari ebbero successo. Tre missioni automatiche Luna, infatti, riuscirono a consegnare ai laboratori sovietici 326 grammi di polvere lunare. Poiché le zone di allunaggio sovietiche erano differenti da quelle visitate dalle missioni Apollo, i campioni raccolti dalle missioni Luna, seppur quantitativamente esigui, ebbero il notevole pregio di estendere le nostre conoscenze del suolo lunare a un’area più vasta.

 Se escludiamo le conclusioni violente della missione statunitense Lunar Prospector, schiantatasi nel luglio 1999, quella della missione indiana Chandrayaan-1, che ha fatto impattare sulla superficie lunare il Moon Impact Probe nel novembre 2008, e l’impatto dello stadio del vettore Centaur sotto gli occhi della sonda LCROSS  nell’ottobre 2009, dopo le missioni lunari statunitensi e sovietiche esauritesi a metà degli anni Settanta e fino al dicembre 2013 nessun’altra sonda si è più posata sulla superficie della Luna. Un periodo piuttosto lungo, a ben guardare, che ha comunque visto un ininterrotto studio della superficie lunare ricorrendo ad apparecchiature collocate a bordo di sonde orbitanti. Uno studio che, purtroppo, ha sempre dovuto fare i conti con il fatto che i sensori orbitali acquisiscono informazioni relative alla cosiddetta regolite lunare, il polveroso strato superficiale composto da una miscela di polvere fine e di detriti rocciosi conseguenza del bombardamento di meteoriti e di particelle cosmiche. Un miscuglio la cui composizione è di difficile interpretazione.

Arriva la Cina

Nel dicembre 2013, però, l’Agenzia spaziale cinese è riuscita a far posare la sonda Chang’e-3 sulla Luna, diventando così, dopo Stati Uniti e Unione Sovietica, il terzo Paese capace di eseguire un allunaggio morbido. Dopo 37 anni di attesa, insomma, diventava nuovamente possibile uno studio in loco del suolo lunare. Il compito dell’esplorazione è affidato al rover Yutu (letteralmente Coniglio di Giada, nome mutuato da una famosa favola cinese), progettato non solo per trasmettere video in tempo reale, ma anche per scavare e analizzare campioni di suolo. Un problema meccanico riscontrato nel gennaio 2014 rendeva però difficoltoso il lavoro del rover, impedendogli di scorrazzare come previsto nei paraggi del cratere Zi Wei, una struttura di 450 metri di diametro e profonda una cinquantina di metri aperta da un impatto recente (età compresa tra 27 e 80 milioni d’anni) sulla superficie basaltica della parte settentrionale del Mare Imbrium, il Mare delle Piogge.

Pur molto grave, il disguido non ha comunque impedito agli spettrometri APXS (Active Particle-induced X-ray Spectrometer) e VNIS (Visible and Near-infrared Imaging Spectrometer) e allo scandaglio radar LPR (Lunar Penetrating Radar) che equipaggiano Yutu di eseguire preziose rilevazioni. La scelta di far atterrare la sonda Chang’e-3 nei pressi di una colata lavica relativamente giovane, dunque in presenza di uno strato di regolite più sottile e con composizione meno caotica, ha permesso di confrontare le analisi eseguite dal rover con le informazioni acquisite grazie ai satelliti in orbita.

In un primo studio (pubblicato su PNAS a metà aprile 2015) il team coordinato da Jinhai Zhang (Institute of Geology and Geophysics - Chinese Academy of Sciences) ha utilizzato i dati raccolti da Yutu per tracciare la storia del vulcanesimo che ha caratterizzato il bacino del Mare Imbrium. Questo immenso bacino lavico - il suo diametro è di oltre 1100 chilometri - non venne riempito da un unico versamento di magma, ma da una successione di colate laviche verificatesi tra 3 miliardi e mezzo e 2 miliardi di anni fa. Potendo studiare le variazioni di quelle colate laviche nel corso del tempo, dunque, rende quella regione lunare un sito di grande importanza per chi studia la storia geologica del nostro satellite (o selenologia). Le informazioni raccolte dal rover Yutu hanno pertanto permesso di completare quanto le missioni statunitense e sovietiche avevano indicato quarant’anni fa: mentre le missioni Apollo e Luna riportarono a Terra campioni di suolo lunare riconducibili ai momenti di massima attività vulcanica, l’analisi del rover cinese ha riguardato i terreni che sono stati plasmati dagli ultimi spasmi di quella attività vulcanica e la cui esatta composizione non era ricostruibile con osservazioni dalle sonde in orbita.

Dati insoliti

L’importante studio che ha fatto il punto sui risultati ottenuti da Yutu è stato pubblicato da Zongcheng Ling (Institute of Space Sciences - Shandong University) e collaboratori su Nature Communications a fine dicembre. La caratteristica più importante - e più insolita - emersa dalle analisi degli spettrometri a bordo del rover è stata la presenza di concentrazioni di ossido di titanio (sotto forma del minerale noto come ilmenite) intorno al 4-5%. Una percentuale insolita, visto che i dati raccolti finora dalle missioni lunari indicavano nei vari siti due situazioni estreme: da un lato un grande arricchimento in ossidi di titanio (fino al 15% in peso) e dall’altro una sua estrema povertà (meno dell’1% in peso).

La rilevazione ha destato perplessità tra i ricercatori. Ci si aspettava, infatti, che anche i dati della missione cinese avrebbero confermato quella distribuzione. Ipotizzando un raffreddamento uniforme del mantello lunare nel corso del tempo, era logico pensare che i livelli di titanio si sarebbero distribuiti intorno ai due estremi mostrati dai precedenti dati lunari.

Inoltre, sempre secondo quanto riportano i ricercatori, il sito di allunaggio della missione Chang’e-3 è caratterizzato dalla presenza sia di ilmenite che di olivina. La stranezza è che quest’ultimo minerale (un silicato i cui cristalli sono collegati da magnesio o da ferro) dovrebbe cristallizzare dal magma molto prima, a differenza della ilmenite che, con un punto di fusione inferiore, è uno degli ultimi minerali a cristallizzare. I dati di Yutu, però, hanno permesso di risolvere questa stranezza mostrando che l’olivina del cratere Zi Wei è eccezionalmente ricca di ferro, caratteristica che ne ha abbassato il punto di fusione.

Una spiegazione per la composizione non omogenea e per i valori intermedi di ossido di titanio chiamerebbe in causa un rimescolamento del magma che stava lentamente cristallizzando. Oltre a fenomeni chimico-fisici dovuti alla composizione stessa del magma, potrebbero aver giocato un ruolo importante gli impatti cosmici. Infatti, dopo l’intenso bombardamento che ha caratterizzato le fasi iniziali della storia del Sistema solare - il cosiddetto LHB, Late Heavy Bombardment  - il tiro a segno di oggetti cosmici sulla superficie lunare (e anche altrove) non è certo cessato e impatti anche consistenti possono aver disturbato la cristallizzazione del magma vulcanico che si stava raffreddando.

Quello che questi basalti appena individuati suggeriscono in modo evidente, comunque, è uno scenario piuttosto differente da quello che era emerso dagli studi fondati sui contributi delle missioni degli Anni Settanta. L’analisi effettuata con gli strumenti a bordo delle sonde orbitanti, inoltre, confermerebbe la presenza non solo di basalti ancora più giovani, ma anche di composizioni più differenziate. La Luna, insomma, resta ancora in paziente attesa di nuove missioni automatiche o anche di equipaggi umani per rivelarci ancora un altro po’ della sua misteriosa storia.

Per chi volesse approfondire…
[1] suggerimenti dal LPI - http://www.lpi.usra.edu/lunar/surface/
[2] studio su PNAS - https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4418887/

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