Quale ruolo ebbe l’acqua nella formazione della Luna?

La Luna si è formata tra circa 4,4 e 4,5 miliardi di anni fa, quando un oggetto celeste entrò in collisione con la proto-Terra mentre questa era ancora in formazione. Questo impatto generò un disco di materiale caldo, parzialmente vaporizzato, che prese a ruotare attorno al pianeta appena formato, raffreddandosi gradualmente e crescendo come Luna.

Nel modello canonico di formazione della Luna, la proto-Terra fu colpita da un oggetto celeste di dimensioni simili a quelle di Marte, tra 4,4 e 4,5 miliardi di anni fa (crediti: Miki Nakajima e Dave Stevenson

Per anni, gli scienziati hanno ritenuto che, dopo la collisione, l’idrogeno si sia separato dalle molecole d’acqua e insieme ad altri elementi a bassa temperatura di ebollizione – i cosiddetti ‘elementi volatili’ – si sia allontanato dal disco e sia andato perso nello spazio.

Questo processo avrebbe condotto ad una Luna priva di elementi asciutti e volatili, che sembrava essere coerente con le analisi effettuate sui campioni di rocce lunari.

Ma ora la ricerca in corso sulla chimica della Luna sta rivelando che, in realtà, il nostro satellite potrebbe essere più umido di quanto finora ritenuto, e questo solleva degli interrogativi su alcuni aspetti della storia della sua origine così come è stata finora raccontata.

“Questo argomento è ancora àmbito di ricerca attiva, per cui gli scienziati, incluso il nostro collega Erik Hauri, dello staff del Dipartimento di Magnetismo terrestre, così come molti altri colleghi della Carnegie, Pennsylvania, stanno valutando la quantità d’acqua esistente sulla Luna. Questo è un quesito molto importante a cui rispondere, dato che la nostra conoscenza sulla storia e sulla distribuzione dell’acqua lunare è molto limitata”, spiega Miki Nakajima, della Carnegie, che insieme a David Stevenson, del Caltech di Pasadena, ha deciso di verificare se le teorie prevalenti sulla formazione della Luna dovessero essere riviste, alla luce delle nuove stime, più elevate, del contenuto d’acqua lunare.

La ricerca svolta è stata pubblicata su Earth and Planetary Science Letters.

Ed ecco come si è proceduto.

Sono stati costruiti modelli dettagliati per determinare se le teorie esistenti sulla collisione che generò la Luna potessero spiegare una Luna umida che, tuttavia, è ancora impoverita di altri elementi volatili come il potassio ed il sodio.

Sono state testate varie condizioni di temperatura e umidità del disco che avrebbe generato la Luna.

A temperature più elevate, il disco dei modelli sperimentali era formato in prevalenza dal vapore di silicato proveniente dall’evaporazione di entrambi i mantelli, sia della proto-Terra che dell’altro corpo celeste, con un’abbondanza relativamente ridotta di idrogeno dissociatosi dall’acqua.

A temperature più basse, lo stesso disco era invece formato in prevalenza di acqua, da cui però l’idrogeno non si separava, a causa dei bassi valori della temperatura, che rendevano molto inefficiente il suo meccanismo di fuga.

“La buona notizia è che i nostri modelli mostrano che le osservazioni di una Luna umida non sono incompatibili con un’origine da impatto gigantesco”, commenta Nakajima.

Tuttavia, lo studio avverte la necessità che gli scienziati debbano trovare altre spiegazioni sul perchè la Luna sia priva di potassio, sodio e altri elementi volatili.

Si possono, naturalmente, elaborare altri scenari. Ad esempio, gli elementi volatili potrebbero aver abbandonato il disco iniziale ed essere ricaduti sulla Terra, piuttosto che aver concorso alla formazione della Luna, oppure potrebbero essersi dispersi nello spazio.

O ancora, dopo la collisione, potrebbero aver continuato a far parte della Luna durante tutto il suo accrescimento e poi essere andati dispersi in un secondo tempo.