Luna: quando aveva l’atmosfera come la Terra

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Luna – In un nuovo studio pubblicato su Science Advances viene presentata un’ipotesi plausibile sul modo in cui le storie antiche della Terra e della Luna abbiano contribuito alla conservazione dell’atmosfera primordiale della Terra. I processi coinvolti – misteriosi e complessi, ma che gli scienziati sono riusciti a simulare nel loro modello – potrebbero trovare conferma nei campioni che a breve verranno prelevati dalla superficie lunare.

 
Quattro miliardi e mezzo di anni fa, la superficie della Terra era un minaccioso, caldissimo marasma. Molto prima dell’emergere della vita, le temperature erano torride e l’aria tossica. Inoltre, nella sua infanzia, il Sole bombardava il nostro pianeta con violente esplosioni di radiazioni (brillamenti ed espulsioni di massa coronale) e il vento solare minacciava costantemente la nostra atmosfera. La Terra era, insomma, assolutamente inabitabile. Ma uno scudo non troppo distante potrebbe averlo aiutato a mantenere la sua atmosfera e avergli permesso, infine, di sviluppare la vita e le condizioni di abilità che ci hanno portato a essere qui, ora. Secondo uno studio condotto dalla Nasa e pubblicato sulla rivista Science Advancesquello scudo era la Luna.

La Luna si è formata 4.5 miliardi di anni fa quando un oggetto delle dimensioni di Marte – chiamato Theia – si è schiantato contro la proto-Terra. In accordo con le principali teorie, il nostro pianeta all’epoca aveva meno di 100 milioni di anni. I detriti della collisione si sono fusi insieme, in quella che ora è la Luna, mentre altri resti si sono reincorporati alla Terra. A causa della gravità, la presenza della Luna ha stabilizzato l’asse di rotazione della Terra. Pensate che a quel tempo il nostro pianeta girava molto più velocemente di adesso: un giorno durava solo 5 ore!

Nei primi tempi, la Luna era molto più vicina alla Terra di quanto lo sia adesso. Dovete infatti sapere che quando la gravità della Luna attira i nostri oceani, l’acqua si riscalda leggermente e viene dissipata energia. Questa perdita di energia fa sì che la Luna si allontana dalla Terra a una velocità di 3.8 centimetri all’anno. Ciò significa che 4 miliardi di anni fa, la Luna doveva essere tre volte più vicina alla Terra di quanto lo sia oggi – a circa 128mila chilometri di distanza, rispetto agli attuali 384mila. A un certo punto, inoltre, il moto della Luna è diventato sincrono con quello Terra, ed è per questo che dalla Terra si vede sempre la stessa faccia.

Questa illustrazione mostra le attuali linee del campo magnetico terrestre. La Luna non ha più un campo magnetico. Crediti: Nasa.

Un tempo gli scienziati pensavano che la Luna non avesse mai avuto un campo magnetico globale di lunga durata, per via del suo nucleo molto piccolo. Un campo magnetico fa sì che le cariche elettriche si muovano lungo le sue linee di forza invisibili, che si ripiegano ai poli. Così facendo, funge da scudo. Gli scienziati conoscono da tempo il campo magnetico terrestre, causa delle bellissime aurore che dipingono i cieli delle regioni artiche e antartiche. Il movimento del ferro liquido e del nichel nelle profondità della Terra, che ancora fluiscono a causa del calore rimasto dalla formazione terrestre, genera i campi magnetici che formano la magnetosfera, una bolla protettiva che circonda la Terra.

Grazie agli studi sui campioni della superficie lunare prelevati dalle missioni Apollo, gli scienziati hanno scoperto che anche la Luna aveva una magnetosfera. Come la Terra, il calore della formazione della Luna avrebbe mantenuto il ferro che scorre nelle sue profondità, anche se non così a lungo a causa delle sue ridotte dimensioni. «È come quando cuoci una torta, la tiri fuori dal forno e si raffredda», ha detto Green. «Più grande è la massa, più tempo ci vuole a raffreddarsi».

Il nuovo studio simula il comportamento dei campi magnetici della Terra e della Luna circa 4 miliardi di anni fa. Gli scienziati hanno creato un modello al computer per esaminare il comportamento dei campi magnetici in due posizioni delle rispettive orbite. Così facendo, hanno scoperto che in certi momenti la magnetosfera della Luna è servita da barriera alla radiazione solare che pioveva sul sistema Terra-Luna. Questo perché, secondo il modello, le magnetosfere della Luna e della Terra erano connesse magneticamente alle regioni polari di ciascun oggetto. Le particelle del vento solare ad alta energia non sono quindi riuscite a penetrare completamente nel campo magnetico accoppiato e a spogliare la Terra della sua atmosfera.

Quando la Luna aveva un campo magnetico, sarebbe stata schermata dal vento solare in arrivo, come mostrato in questa illustrazione. Crediti: Nasa.

Ma c’è di più. Dal loro studio emerge che ci sarebbe stato anche uno scambio atmosferico. La luce ultravioletta del Sole avrebbe strappato gli elettroni dalle particelle neutre nella parte più alta dell’atmosfera terrestre, caricandole e consentendo loro di viaggiare verso la Luna lungo le linee del campo magnetico lunare. Anche questo potrebbe aver contribuito al mantenimento sulla Luna di un’atmosfera sottile, almeno in quel momento. La scoperta dell’azoto in campioni di rocce lunari supporta l’idea che l’atmosfera terrestre, dominata dall’azoto, abbia contribuito all’antica atmosfera della Luna e alla sua crosta. Gli scienziati calcolano che questa situazione di campo magnetico condiviso, con le magnetosfere della Terra e della Luna unite, avrebbe potuto persistere da 4.1 a 3.5 miliardi di anni fa.

«Comprendere la storia del campo magnetico lunare ci aiuta a comprendere non solo le possibili atmosfere primordiali, ma anche come si è evoluto l’interno lunare», ha affermato David Draper, coautore dello studio. «Ci racconta come avrebbe potuto essere il nucleo della Luna – probabilmente una combinazione di metallo liquido e solido, a un certo punto della sua storia – e questo è un pezzo molto importante del puzzle per capire come funziona la Luna al suo interno».

Nel corso del tempo, quando l’interno della Luna si è raffreddato, la nostra bella vicina ha perso la sua magnetosfera e, infine, la sua atmosfera. Il campo deve essere diminuito in modo significativo 3.2 miliardi di anni fa, per poi scomparire circa 1.5 miliardi di anni fa. Senza un campo magnetico, il vento solare ha portato via l’atmosfera del nostro satellite. È lo stesso motivo per cui Marte ha perso la sua atmosfera: la radiazione solare l’ha strappata via.

Questa illustrazione mostra come la Terra e la Luna, miliardi di anni fa, avessero entrambe campi magnetici collegati che, secondo una nuova ricerca, hanno aiutato a proteggere le loro atmosfere dai flussi di particelle solari dannose. Crediti: Nasa

Se la Luna ha svolto un ruolo nello schermare il nostro pianeta dalle radiazioni nocive durante un periodo critico iniziale, nello stesso modo potrebbero esserci altre lune intorno agli esopianeti terrestri nella galassia, che aiutano a preservare le atmosfere dei loro pianeti ospiti, e addirittura contribuiscono all’abitabilità planetaria.

Poiché la Nasa, con il programma Artemis, prevede di stabilire una presenza umana sostenibile sulla Luna, potrebbero esserci buone opportunità per testare queste ipotesi. Quando gli astronauti restituiranno i primi campioni dal Polo Sud lunare – dove i campi magnetici della Terra e della Luna si sono connessi maggiormente – sarà possibile andare a caccia delle firme chimiche dell’antica atmosfera terrestre, nonché delle sostanze volatili, come l’acqua, che sono state rilasciate dall’impatto di meteoriti e asteroidi. Gli scienziati sono particolarmente interessati alle aree del Polo Sud lunare che non hanno visto alcuna luce solare in miliardi di anni – le “regioni permanentemente in ombra” – perché le particelle solari più “dure” non dovrebbero essere state in grado di rimuovere le sostanze volatili. L’azoto e l’ossigeno, ad esempio, potrebbero aver viaggiato dalla Terra alla Luna lungo le linee del campo magnetico, per poi rimanere intrappolate in quelle rocce.

«La Luna sembra aver rappresentato una barriera protettiva sostanziale contro il vento solare per la Terra, fondamentale per la capacità della Terra di mantenere la sua atmosfera durante questo periodo», conclude Jim Green, scienziato della Nasa e primo autore dello studio. «Non vediamo l’ora di dare seguito a questi risultati, quando la Nasa invierà astronauti sulla Luna attraverso il programma Artemis, che restituirà campioni fondamentali del Polo Sud lunare».

 




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