È così che la luna si è capovolta

La maggior parte di ciò che sappiamo sull’origine della Luna deriva da una combinazione di modelli teorici e analisi delle rocce raccolte dagli astronauti dell’Apollo più di 50 anni fa. Sorprendentemente, alcuni campioni di lava basaltica hanno mostrato alte concentrazioni di titanio, un metallo pesante che non dovrebbe trovarsi sulla superficie in condizioni normali. Anni dopo, i satelliti mandati in orbita per studiare la Luna scoprirono che queste rocce ricche di titanio si trovano soprattutto sul lato visibile del nostro satellite. Ma come e perché siano arrivati ​​lì è sempre stato un mistero.

Poiché la Luna si è formata rapidamente e da materiale molto caldo, è probabile che inizialmente fosse ricoperta da un oceano globale di magma. Poi, quando la roccia fusa si è raffreddata, ha formato il mantello lunare e la crosta luminosa che vediamo guardando la luna piena. Ma i due strati non sono disposti nell’ordine consueto. Ciò significa che nelle profondità della Luna, sotto la superficie, è altamente sbilanciato. I modelli indicano, infatti, che gli ultimi resti dell’oceano di magma si sono cristallizzati in minerali molto densi, tra cui ilmenite, che contiene una grande quantità di titanio e ferro.

Un mondo “sottosopra”

La cosa normale su qualsiasi pianeta, inclusa la Terra, è che i minerali più densi sono in fondo e quelli più leggeri in alto, proprio come il petrolio galleggia sull’acqua, ma non il contrario. Ma questo non è successo sulla Luna.

“Poiché questi metalli pesanti sono più densi del mantello sottostante, hanno creato instabilità gravitazionale”, spiega Weigang Liang, che ha condotto lo studio. “La cosa più logica è che questo strato affonderà più in profondità all'interno della Luna.”

In qualche modo, infatti, nei successivi millenni, questo materiale più denso dovette sprofondare verso l'interno, mescolarsi al mantello, sciogliersi e poi ritornare in superficie con colate laviche, dando forma alle rocce ricche di titanio che vediamo oggi in superficie. . Ma come è avvenuto questo processo?

Nelle parole di Jeff Andrews Hanna, coautore dell'articolo, “La Luna è stata letteralmente capovolta.” Ci sono pochissime prove fisiche che facciano luce sull'esatta sequenza degli eventi durante questa fase critica della storia lunare, causando molto disaccordo sui dettagli di quello che è successo”.

Alla ricerca di risposte

Quel materiale più pesante è affondato poco a poco man mano che si è formato, oppure è affondato tutto in una volta dopo che la Luna è diventata completamente solida? È affondato globalmente nell'entroterra e poi è riapparso sul lato visibile, oppure è prima migrato lì e poi è affondato? Questa materia affondava in un'unica grande massa o in diverse masse più piccole?

“Senza prove a sostegno di alcuna idea, puoi scegliere il tuo modello preferito”, afferma il coautore principale Adrian Brockett del Centro aerospaziale tedesco di Berlino, “Ma ogni modello ha profonde implicazioni per l’evoluzione geologica della nostra Luna”.

In uno studio precedente, condotto da Nan Zhang dell’Università di Pechino, anche lei coautrice di questo articolo, i modelli in realtà prevedevano che il denso strato di materiale ricco di titanio sotto la crosta fosse migrato prima verso il lato più vicino della Luna. Forse a causa di un gigantesco impatto sul lato opposto, sprofondò poi nelle profondità della Luna come una rete di placche simili a un foglio, cadendo verso l'interno, quasi come se fosse una cascata. Ma quando affondarono, quelle lastre lasciarono minuscoli resti in uno schema geometrico di oggetti lineari di materiale denso e ricco di titanio che si incrociavano appena sotto la crosta.

“Vedere le previsioni fatte da quei modelli è stato come una lampadina”, dice Andrews-Hanna, “perché vediamo esattamente lo stesso schema quando osserviamo le minime variazioni nel campo gravitazionale della Luna, rivelando una rete di materiale denso in agguato 'sotto' la crosta.”

Anomalia della gravità

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, che ha orbitato due satelliti attorno alla Luna tra il 2011 e il 2012. Hanno misurato piccole differenze nella sua attrazione gravitazionale. Queste anomalie lineari circondano un'ampia regione scura sul lato visibile della Luna, ricoperta da colate vulcaniche note come “persian” (dal latino “mare”).

In questo modo, i ricercatori hanno scoperto che le tracce di gravità misurate da GRAIL erano coerenti con le simulazioni dello strato di ilmenite e che il campo di gravità poteva essere utilizzato per mappare la distribuzione dei residui di ilmenite rimanenti dopo che la maggior parte dello strato denso era affondato. .

“Le nostre analisi mostrano che insieme i modelli e i dati raccontano una storia straordinariamente coerente”, afferma Liang. “Il materiale di ilmenite è migrato verso il lato più vicino e è affondato verso l’interno in cascate simili a lamine, lasciando dietro di sé detriti che causano anomalie nel campo gravitazionale della Luna. visto dal GRAIL.”

Pianifica l'evento

I ricercatori sono riusciti a datare anche questo evento: l'anomalia della gravità lineare è interrotta dai bacini da impatto più grandi e più antichi sul lato visibile della Luna, e quindi devono essersi formati prima. Sulla base di queste relazioni trasversali, gli autori suggeriscono che lo strato ricco di ilmenite si ritirò 4,22 miliardi di anni fa, il che è coerente con il suo contributo alla successiva attività vulcanica osservata sulla superficie della Luna.

“L'analisi di queste differenze nel campo gravitazionale della Luna – sottolinea Broquier – ci ha permesso di guardare sotto la superficie e vedere cosa c'era sotto”.

Tuttavia, sebbene la scoperta di queste anomalie gravitazionali fornisca la prova di un denso strato di materiale che sprofonda verso l'interno della Luna, ciò che si vede sulla superficie aggiunge, se possibile, ulteriore mistero alla storia.

“Fondamentalmente, la luna è sbilanciata sotto tutti gli aspetti”, spiega Andrews-Hannah. Ciò significa che il lato più vicino, il lato rivolto verso la Terra, in particolare la regione oscura conosciuta come Oceanus Procellarum, ha un’elevazione inferiore, una crosta più sottile in gran parte ricoperta da colate laviche e alte concentrazioni di elementi tipicamente rari come il titanio e il torio.

L'altro lato, quello nascosto, differisce in ciascuno di questi aspetti. In un certo senso, si ritiene che l'”inversione” del mantello lunare sia collegata alla struttura e alla storia uniche della vicina regione del Brucellarum. Ma i dettagli di questo cambiamento sono stati oggetto di grandi controversie tra gli studiosi.

“Il nostro lavoro ora collega i punti tra le prove geofisiche della struttura interna della Luna e i modelli computerizzati della sua evoluzione”, aggiunge Liang.

“Per la prima volta – continua Andrews-Hanna – abbiamo prove fisiche che ci mostrano cosa stava accadendo all'interno della Luna durante questa fase critica della sua evoluzione, e questo è davvero emozionante. “Si scopre che la storia più antica della Luna è scritta sotto la superficie, e ci è voluto il giusto mix di modelli e dati per svelare quella storia”.

“Quando gli astronauti dell’Artemis atterreranno finalmente sulla Luna per dare inizio ad 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”, conclude Liang.