Da dove viene la Luna? Nuove prove confermano teoria di impatto gigante

E’ una domanda a cui da decenni gli astronomi stanno cercando una risposta: come di è formata la Luna? Ora lo scienziato planetario Frédéric Moynier della Washington University di St. Louis afferma che il suo gruppo avrebbe scoperto finalmente la prova che la Luna sarebbe nata in un gigantesco impatto tra un corpo celeste delle dimensioni di Marte e una primordiale Terra, completamente differente da come la conosciamo ora.

La prova potrebbe non sembrare così impressionante per un non scienziato: un piccolo eccesso di una variante più pesante dello zinco nelle rocce lunari. Ma questa caratteristica potrebbe essere probabilmente dovuta al fatto che gli atomi di zinco più pesanti si sono condensati a formare le rocce lunari a partire da una turbolenta nube di rocce vaporizzata, creata da una collisione catastrofica in cui gli atomi di zinco più leggeri sono fuggiti prima di riuscire a ricadere sulla nascente Luna.

Gli scienziati sono stati alla ricerca di questo tipo di selezione di massa, chiamata frazionamento isotopico, dal momento che le missioni Apollo iniziarono a riportare le rocce lunari sulla Terra nel 1970, e Moynier, professore assistente di scienze della Terra e planetarie – insieme al dottorando Randal Paniello e al collega James Day della Scripps Institution of Oceanography – sono stati i primi a trovarla.

I geochimici hanno scoperto che le rocce lunari, in tutto e per tutto simili a quelle della Terra, mancano di sostanze volatili. Solo un impatto gigantesco tra due corpi celesti potrebbe spiegare questo fenomeno, mentre le teorie alternative per l’origine della Luna non riescono a giustificarlo.

Ma lo stesso evento che ha fatto evaporare le sostanze volatili dalle rocce lunari avrebbe dovuto creare anche un frazionamento isotopico. Finora gli scienziati hanno cercato le prove di tale frazionamento, ma non erano stati ancora in grado di trovarle, lasciando la teoria dell’impatto in un limbo – né dimostrata né smentita – per più di 30 anni.

“L’entità del frazionamento che abbiamo misurato nelle rocce lunari è 10 volte più grande di quello che vediamo ad esempio nelle rocce terrestri e marziane”, spiega Moynier, “quindi c’è una differenza importante.”

I dati, pubblicati nel numero del 18 ottobre 2012 di Nature, forniscono la prima prova fisica per l’evento di vaporizzazione all’ingrosso dopo la scoperta di esaurimento volatili nelle rocce lunari, Moynier dice.

La teoria dell’impatto gigante

Secondo la teoria dell’impatto gigante, proposta nella sua forma moderna in una conferenza nel 1975 da William K. Hartmann e Donald R. Davis, la Luna si sarebbe formata in uno scontro apocalittico tra una Terra primordiale ed un corpo planetario chiamato Theia (nella mitologia greca Theia – o Teia – è la madre di Selene, dea della Luna).

Questo scontro è stato così potente che è difficile anche solo da immaginare, se si pensa che l’asteroide che ha fatto estinguere i dinosauri era delle dimensioni di qualche chilometro, mentre Theia si pensa fosse delle dimensioni del pianeta Marte.

Il rimpasto dei due pianeti ha rilasciato così tanta energia che gran parte del mantello della Terra e l’intera Theia si sono fuse e vaporizzate. La Luna è poi condensata dalla nube di vapore di roccia, parte del quale è poi ricaduto anche sulla Terra.

Questa idea, apparentemente bizzarra, ha guadagnato proseliti perché le simulazioni al computer hanno mostrato che in effetti una collisione gigante avrebbe potuto creare un sistema Terra-Luna con le giuste dinamiche orbitali e perché spiegherebbe una caratteristica fondamentale delle rocce lunari.

Una volta ottenute le rocce lunari, analisi geochimiche di laboratorio hanno ben presto permesso di accorgersi che esse sono quasi prive di quelle che vengono chiamate “sostanze moderatamente volatili”. La Luna è molto povera di sodio, potassio, zinco e piombo, dice Moynier.

“Ma se le rocce sono povere di volatili perché questi sono sfuggiti dopo il gigantesco impatto, dovremmo anche vedere il frazionamento isotopico”, ha proseguito. Gli isotopi sono varianti di un elemento della tavola periodica che hanno masse leggermente diverse ma stesso numero atomico, a causa della presenza o meno di neutroni nel nucleo.

“Quando una roccia viene fusa e poi evapora, gli isotopi leggeri entrano nella fase di vapore più velocemente che gli isotopi pesanti. Se il vapore si disperde, il residuo materiale roccioso sarà arricchito in isotopi pesanti rispetto al materiale di partenza,” spiega Moynier.

Il problema era che gli scienziati non riuscivano a trovare questo frazionamento isotopico.

Per far questo, il team ha analizzato 20 campioni di rocce lunari, tra cui quelle delle missioni Apollo 11, Apollo 12, Apollo 15 e Apollo 17 – ognuna con destinazioni diverse sulla Luna – e infine di un meteorite lunare.

Per ottenere i campioni, conservati a Houston presso il Johnson Space Center, Moynier ha dovuto convincere la commissione che controlla l’accesso alle rocce del valore scientifico del suo progetto.

“‘Quello che volevamo erano i basalti,” spiega Moynier, “perché sono quelle le rocce che che provengono dall’interno della Luna e sono quindi più rappresentativi della composizione interna della Luna.”

Rispetto alle rocce terrestri e marziane, le rocce lunari sono risultate avere concentrazioni molto più basse di zinco, ma con una concentrazione alta di isotopi pesanti di tale elemento.

Terra e Marte hanno composizioni isotopiche come quelle dei meteoriti condritiche, che si ritiene rappresentino la composizione originale della nube di gas e polveri da cui si è formato il sistema solare.

La spiegazione più semplice di queste differenze è che le condizioni durante o dopo la formazione della Luna hanno portato ad una perdita di volatili e un frazionamento isotopico, cosa che non è avvenuta sulla Terra o su Marte.

L’omogeneità isotopica dei materiali lunari, a sua volta, suggerisce che il frazionamento isotopico è il risultato di un vasto processo, piuttosto che un qualche fenomeno locale.

“Il lavoro ha anche implicazioni sull’origine della Terra”, Moynier sottolinea, “perché l’origine della Luna è stata una grande parte dell’origine della Terra.”

Senza l’influenza stabilizzante della Luna, la Terra sarebbe un pianeta molto diverso. Girerebbe molto più rapidamente, i giorni sarebbero più brevi, il clima più violento ed estremo. In effetti, sarebbe un pianeta molto più difficile da vivere, e forse non sarebbe stato nemmeno adatto per l’evoluzione di una specie come la nostra.