Mistero risolto: perché i due lati della Luna sono così diversi

È come poter guardare dentro un'anguria senza doverla tagliare. Si può capire se è maturo, se ha semi grandi o piccoli, se contiene molta o poca acqua... e tutto questo, semplicemente esaminandolo dall'esterno. È esattamente ciò che gli scienziati fanno da anni, anche se non con le angurie, bensì con lune , asteroidi e persino interi pianeti. Per riuscirci, sfruttano la sottile ma potente forza di gravità e, grazie a questa, riescono ad accedere ai segreti che giacciono dormienti al loro interno.

Due recenti studi della NASA, pubblicati su ' Nature ' e ' Nature Astronomy ', sono un ottimo esempio di come l'analisi dei dati gravitazionali raccolti dalle sonde spaziali in orbita stia rivoluzionando la nostra comprensione delle strutture planetarie. E tutto questo senza dover atterrare sulla sua superficie. Sebbene la Luna, il nostro satellite naturale, e Vesta , un gigantesco asteroide che si trova nella fascia principale tra Marte e Giove, siano corpi celesti molto diversi, entrambe le ricerche hanno utilizzato una tecnica simile per rivelare dettagli inediti sulle loro composizioni interne.

Per lo studio lunare, pubblicato su Nature , i ricercatori hanno sviluppato un nuovo modello gravitazionale del nostro satellite che tiene conto delle minuscole variazioni del suo campo gravitazionale lungo la sua orbita ellittica attorno alla Terra.

Queste fluttuazioni causano una leggera deformazione della Luna a causa della "forza di marea" esercitata dal nostro pianeta, un fenomeno noto come "deformazione mareale". Questa sottile "flessione" lunare fornisce informazioni cruciali sulla sua profonda struttura interna. Sarebbe come strizzare una palla di gomma con la mano. La sua forma cambierebbe a causa della pressione. Allo stesso modo, la Terra esercita un'attrazione gravitazionale sulla Luna , facendola allungare e contrarre leggermente durante la sua orbita. Il modo in cui la Luna risponde a questa pressione, cioè come si deforma, dipende da come è distribuita la massa al suo interno. Infatti, un interno più rigido si deformerà meno di uno più flessibile.

Utilizzando il loro sofisticato modello computerizzato, i ricercatori hanno prodotto la mappa gravitazionale lunare più dettagliata fino ad oggi. Una mappatura estremamente precisa della gravità lunare che, tra l'altro, non è utile solo per questo tipo di studi scientifici, ma costituisce anche uno strumento preziosissimo per le future missioni spaziali .

Il risultato è stato reso possibile grazie ad un'analisi esaustiva dei dati raccolti dalla missione GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) della NASA. Le sonde gemelle della missione, denominate Ebb e Flow, hanno orbitato attorno alla Luna da dicembre 2011 a dicembre 2012, misurando con sorprendente precisione le minuscole variazioni del suo campo gravitazionale.

Una delle scoperte più interessanti di questo studio si concentra sulle differenze tra il lato visibile della Luna (quello che ci mostra sempre) e il suo lato nascosto. Mentre il primo è dominato da vaste pianure scure, note come "mari lunari", e sono costituite da roccia fusa che si è raffreddata e solidificata miliardi di anni fa, il lato opposto è molto più montuoso e accidentato, con pochi "mari".

Alcune teorie suggeriscono che la causa di queste disparità potrebbe essere un intenso vulcanismo sulla superficie visibile. Il processo avrebbe causato l'accumulo di elementi radioattivi, che generano calore, nelle profondità del mantello. Cosa che il nuovo studio conferma, affermandosi così come la prova più forte finora a sostegno di questa ipotesi.

"Abbiamo scoperto che il lato vicino della Luna si flette di più rispetto al lato lontano ", spiega Ryan Park del Jet Propulsion Laboratory della NASA nella California meridionale, responsabile di entrambi gli studi, "il che significa che c'è qualcosa di fondamentalmente diverso nella struttura interna dei due lati". Quando abbiamo analizzato i dati per la prima volta, i risultati sono stati così sorprendenti che non potevamo crederci. Abbiamo quindi ripetuto i calcoli più volte per verificare i risultati. In totale, questo rappresenta un decennio di lavoro.

Confrontando i risultati con altri modelli esistenti, il team di Park ha scoperto una piccola ma significativa differenza nella quantità di deformazione tra i due emisferi lunari. La spiegazione più probabile è che il lato vicino sia costituito da materiali provenienti da una regione più calda del mantello. Il che, tra l'altro, costituisce una forte prova dell'attività vulcanica che ha modellato la superficie visibile tra 2 e 3 miliardi di anni fa.

Nel secondo studio, pubblicato su Nature Astronomy , i ricercatori hanno applicato una tecnica simile per analizzare le proprietà rotazionali di Vesta , un corpo celeste molto più piccolo della Luna. Utilizzando i dati radiometrici del Deep Space Network della NASA e le immagini della sonda spaziale Dawn, che ha orbitato attorno all'asteroide tra luglio 2011 e settembre 2012, il team ha scoperto qualcosa di sorprendente sulla sua struttura interna.

Finora la teoria prevalente suggeriva che Vesta, come i pianeti terrestri come il nostro, dovesse avere strati interni ben definiti: una crosta rocciosa, un mantello e un denso nucleo ferroso. Tuttavia, le nuove scoperte hanno mostrato che l'interno di Vesta potrebbe essere molto più uniforme , con pochissimo o addirittura nessun nucleo di ferro.

Per comprendere come si è arrivati ​​a questa conclusione, è necessario comprendere il concetto di "momento di inerzia". Immagina una pattinatrice che gira su se stessa con le braccia tese. Se li raccogli fino a farli aderire al tuo corpo, la velocità di rotazione aumenta. Questo perché il suo momento di inerzia diminuisce man mano che la massa (i bracci) si avvicina al suo asse di rotazione. Allo stesso modo, misurando il modo in cui Vesta "oscilla" mentre ruota, gli scienziati possono determinare il suo momento di inerzia, una proprietà molto sensibile alla distribuzione della massa al suo interno. Un basso momento di inerzia indicherebbe una concentrazione della massa verso il centro, mentre un alto momento di inerzia suggerirebbe una distribuzione più uniforme.

Le misurazioni effettuate dal team di Park hanno rivelato che Vesta corrisponde alla seconda possibilità, indicando una distribuzione di massa più omogenea e un nucleo denso molto piccolo o addirittura assente. La scoperta sfida le precedenti teorie sulla formazione di Vesta .

In genere, la gravità fa sì che, con il passare del tempo, gli elementi più pesanti affondino verso il centro di un corpo planetario, come è accaduto, ad esempio, con il nucleo di ferro liquido della Terra. La struttura più omogenea di Vesta potrebbe indicare che non ha mai formato strati distinti o che si è formata dai frammenti di un altro corpo planetario in seguito a un impatto massiccio.

È importante notare che questo approccio, che consiste nell'utilizzare i dati gravitazionali per dedurre la struttura interna dei corpi celesti, non è esclusivo della Luna e di Vesta. Nel 2016, lo stesso Ryan Park ha applicato la stessa tecnica ai dati della missione Dawn per studiare Cerere, il pianeta nano situato anch'esso nella fascia degli asteroidi. I risultati di quello studio hanno suggerito un interno parzialmente differenziato di Cerere.

Più di recente, Park e il suo team hanno esteso questa metodologia a Io, la luna vulcanica di Giove. Utilizzando i dati raccolti dalle sonde spaziali Juno e Galileo della NASA durante i loro sorvoli di Giove e combinandoli con le osservazioni da terra, gli scienziati hanno misurato lievi variazioni nella gravità di Io mentre orbita attorno a Giove, un pianeta enorme che esercita una potente attrazione mareale. Le loro scoperte hanno rivelato che è improbabile che Io abbia un oceano di magma globale, un'ipotesi che era stata presa in considerazione in precedenza.

"La nostra tecnica", afferma Park, "non si limita a Io, Cerere, Vesta o alla Luna. Ci sono molte opportunità in futuro di applicarla allo studio dell'interno di affascinanti corpi planetari in tutto il Sistema Solare.