Durante l'era Apollo, una delle operazioni più importanti condotte dagli astronauti era il ritorno dei campioni, durante il quale venivano procurate e riportate sulla Terra rocce lunari. Lo studio di queste rocce ha rivelato molto sulla composizione, la struttura e la storia geologica della Luna. Ciò ha portato a scoperte profonde, inclusa la presenza di acqua sulla Luna e il fatto che sia la Terra che il suo unico satellite si sono formati insieme.
Nel tempo, gli scienziati hanno sfruttato nuove tecniche e tecnologie per condurre analisi più approfondite per saperne di più sulla formazione e l'evoluzione della Luna. Recentemente, un team di ricercatori della Brown University e del Carnegie Institution for Sciences (CIS) ha esaminato alcuni di questi campioni di isotopi di zolfo per gettare nuova luce sulla storia antica della Luna e sulla sua evoluzione.
L'analisi è stata eseguita da Alberto E. Saal (professore di geologia presso il Dipartimento di Scienze Ambientali e Planetarie della Terra di Brown) e Dott. Erik H. Hauri , un geochimico con The Earth and Planets Laboratory al CIS (deceduto nel 2018). Utilizzando la tecnica nota come Spettrometria di massa di ioni secondari (SISM) presso il Carnie Institute, hanno studiato la firma isotopica di 67 campioni individuali di materiale lunare.
Una nuova analisi delle rocce lunari individua la fine della dinamo lunare, il processo mediante il quale la luna un tempo generava un campo magnetico. Immagine: Hernán Cañellas e Benjamin Weiss
IlApollo 15e17le rocce contengono vetri che si pensa siano uno dei materiali lunari vulcanici più primitivi. Questi bicchieri contengono minuscoli frammenti di lava fusa (inclusioni di fusione) che sono stati catturati prima che lo zolfo e altri elementi volatili potessero essere rilasciati con l'eruzione, un processo chiamato degasaggio. Lo studio di questi frammenti di lava consente agli scienziati di vedere come erano le fonti di lava.
Utilizzando l'impianto SISM a Carnegie, Saal e Hauri hanno misurato questi campioni per gli isotopi di zolfo, in particolare il rapporto tra zolfo-32 e zolfo-34. Questi isotopi sono stati selezionati perché la velocità con cui appaiono può rivelare cose sull'evoluzione chimica dei campioni, dal punto in cui si sono formati al loro trasporto, fino al punto in cui alla fine sono esplosi in superficie.
Gli studi iniziali sul vetro lunare hanno scoperto che tendevano uniformemente a inclinarsi maggiormente verso l'isotopo più pesante dello zolfo-34, che era in contrasto con altri elementi e isotopi (che mostravano grandi variazioni). Come ha detto Saal in una recente intervista con Notizie da Brown :
“Per molti anni è apparso come se i campioni di roccia basaltica lunare analizzati avessero una variazione molto limitata nei rapporti degli isotopi di zolfo. Ciò suggerirebbe che l'interno della Luna ha una composizione isotopica di zolfo sostanzialmente omogenea. Ma usando moderne tecniche analitiche in situ, dimostriamo che i rapporti isotopici dei vetri vulcanici hanno in realtà una gamma abbastanza ampia e tali variazioni possono essere spiegate da eventi all'inizio della storia lunare.
Rappresentazione artistica del pianeta oceano di magma. Credito: Mark Garlick
Questi risultati sono stati utilizzati per calibrare un modello del processo di degasaggio per tutti i campioni lunari, che ha permesso a Saal e Hauri di determinare la composizione delle sorgenti di lava priginale. Ciò ha mostrato che le lave provenivano da diversi serbatoi all'interno della Luna che avevano un'ampia gamma di rapporti isotopici di zolfo. Saal e Hauri hanno scoperto che questa gamma di valori potrebbe essere spiegata da eventi chiave nella prima storia della Luna.
Ad esempio, il rapporto isotopico più leggero in alcuni bicchieri è coerente con la separazione del nucleo di ferro dai minerali di silicato quando la Luna primordiale era ancora allo stato fuso. Quando il ferro si separa dai silicati e da altri materiali che costituiscono il mantello e la crosta di un corpo planetario, tende a trattenere lo zolfo-34 più pesante, lasciando il magma rimanente arricchito nello zolfo-32 più leggero.
Un altro evento chiave è stato il processo di raffreddamento e cristallizzazione che ne è seguito, che è la probabile fonte dei valori isotopici più pesanti trovati in alcuni dei vetri vulcanici e delle rocce basaltiche restituite dalla Luna. Questo processo di cristallizzazione ha rimosso lo zolfo dal pool magnum, portando alla formazione di serbatoi solidi con il più pesante zolfo-34. come Saal spiegato :
“Una volta che conosciamo il degasaggio, possiamo stimare la composizione isotopica dello zolfo originale delle sorgenti che hanno prodotto queste lave. I valori che vediamo in alcuni dei vetri vulcanici sono pienamente coerenti con i modelli del processo di segregazione del nucleo. I nostri risultati suggeriscono che questi campioni registrano questi eventi critici nella storia lunare. Mentre continuiamo a guardare questi campioni con tecniche nuove e migliori, continuiamo a imparare cose nuove'.
Rappresentazione artistica dell'impatto che ha causato la formazione della Luna. Credito: NASA/GSFC
Saal ha anche indicato che sono necessarie ulteriori ricerche (e più campioni analizzati) prima che la composizione isotopica dello zolfo possa essere completamente compresa. Nel frattempo, questi ultimi risultati aiuteranno a chiarire questioni di vecchia data sulla composizione dell'interno della Luna e su come si è differenziato miliardi di anni fa. Questo porta effettivamente gli astronomi un passo più vicino alla comprensione della storia antica della Luna.
I preziosi ritorni scientifici che le rocce lunari dell'Apollo continuano a fornire illustrano magnificamente il valore delle missioni di restituzione dei campioni. Qui sulla Terra, gli studi possono essere eseguiti utilizzando strumenti che sarebbero troppo grandi e ingombranti da inviare come parte di una missione robotica. Possono anche essere archiviati in modo che gli scienziati possano tornare indietro e condurre ulteriori analisi man mano che la tecnologia migliora.
È per questo motivo che l'ultima missione robotica della NASA su Marte – ilPerseveranzarover – raccoglierà campioni e li memorizzerà in una cache per il futuro recupero da parte di una missione dell'ESA. Una volta riportati sulla Terra, gli scienziati saranno in grado di studiarli per generazioni, imparando sempre di più su ciò che i nostri pianeti hanno in comune nel processo.
La ricerca è stata condotta con un finanziamento fornito dalla NASA Funzionamento del sistema solare programma.
Ulteriori letture: Brown University , Scienza