| L'oro lunare scoperto dalla Clementine di J. Kelly Beatty Tratto da Sky & Telescope, (Edizione italiana a cura di Mario Farina) |  |
| L'oro lunare scoperto dalla Clementine di J. Kelly Beatty Tratto da Sky & Telescope, (Edizione italiana a cura di Mario Farina) | |
Il 3 dicembre scorso è stata indetta una conferenza stampa di carattere scientifico in un luogo particolare, una sala riunioni del Pentagono, per annunciare qualcosa di altrettanto particolare: gli studi compiuti sulla Luna dalla sonda Clementine nel 1994. "Pensiamo di aver trovato del ghiaccio" ha esordito Paul D. Spudis (Lunar and Planetary Institute). "Non ne siamo certi ma abbiamo indizi che ci portano a credere che sia proprio così".
"Ghiaccio sulla Luna": a prima vista un controsenso ma già nel 1961 tre ricercatori del Caltech fornirono delle argomentazioni plausibili sulla sua possibile esistenza. Poiché il Sole non si sposta mai più di 1,6° dall'equatore lunare, Kenneth Watson, Bruce C. Murray e Harrison Brown ipotizzarono che il fondo dei crateri in prossimità dei poli potesse essere sempre in ombra. Variando la temperatura tra 40° e 50° Kelvin (-233/-223° C), queste "trappole fredde" avrebbero potuto gelare il ghiaccio a temperature così basse da impedirne la fuga nello spazio.
(27K gif) C'è acqua, sotto forma di ghiaccio (le zone blu) nascosta sul fondo dei crateri perennemente in ombra in prossimità del polo sud lunare ? Con tutta probabilità la risposta è si, dicono gli scienziati che stanno elaborando i dati della sonda Clementine, visibile in alto. Nell'aprile 1994, come possiamo vedere dalle due tracce gialle sul disegno, la sonda era posta in linea retta con la Terra. Nel corso delle orbite successive, il radiotrasmettitore della sonda ha "illuminato" una fascia di terreno larga 200 chilometri e l'eco della 234° orbita è stato alterato significativamente dalla presenza di ghiaccio. Illustrazione di Don Davis.
Ciò di cui il trio del Caltech necessitava era la sorgente dell'acqua: per esempio l'impatto di una cometa. Parte dell'effimera atmosfera generata dalla vaporizzazione dei resti della stessa avrebbero potuto condensarsi ai poli ! L'acqua è di gran lunga il componente più rilevante di questi effimeri abitanti del sistema solare, puntualizzarono, ma anche il biossido di carbonio ed altri elementi volatili potrebbero essere ancora presenti.
Pochi anni dopo, le rocce prelevate dalle missioni Apollo si dimostrarono secche e polverose. Nel 1979 però, James R. Arnold (University of California) riprese l'idea delle "trappole fredde" e la trovò più fattibile che mai. Arnold stimò che in 2 miliardi di anni, potrebbero essersi accumulate nelle prigioni polari oltre 100 miliardi di tonnellate d'acqua. Per provarlo ci sarebbe voluto ben altro che semplici fotografie.
Clementine venne progettata per raccogliere immagini ed effettuare misure altimetriche ma non per cercare l'acqua. All'inizio dei 4 mesi di viaggio intorno al nostro satellite, a Nozette venne un'altra idea: utilizzare il trasmettitore della sonda per "illuminare" il fondale, perennemente oscurato, dei crateri ai poli lunari. Se l'energia fosse stata riflessa e captata sulla Terra, avrebbe potuto dare inizio al dibattito su dove si trovasse nascosto il ghiaccio.
Il primo passo fondamentale fu scoprire se, sulla Luna, esistessero veramente zone in cui non arrivasse la luce del Sole. Il punto migliore in cui effettuare la rilevazione si trovava a 90° sud, 200 chilometri all'interno di una gigantesca depressione ampia 2.500 km, conosciuta come Bacino Aitken, a 4-7.000 metri di profondità rispetto al livello del mare lunare. Le immagini della Clementine rivelarono in prossimità del polo quasi 15.000 chilometri quadrati di fondali di crateri e valli, l'equivalente , mai raggiunti dalla luce solare.
(26K gif) Left: Come ci mostra questo mosaico di immagini relative ad un'intera giornata lunare, il Sole non compare mai su buona parte delle regioni prossime al polo sud. Cortesia Mark Robinson. A destra: I poli lunari nel momento in cui giacciono inclinati di 6° verso la Terra, una fortunata geometria che permette agli astronomi di "osservare" l'interno dei crateri utilizzando i radar terrestri. In questa immagine, "illuminata" dall'alto dall'energia dei radar, rivela la presenza di crateri e valli completamente nascosti nell'ombra. Cortesia Nicholas Stacy e Donald Campbell.
Oltre alle immagini precedenti, ecco un filmato MPEG fornitoci dal Naval Research Laboratory. Visualizza l'illuminazione solare ai poli nel corso di un'intero giorno lunare, dal quale appare evidente che alcune regioni rimangono costantemente in ombra. L'effetto è maggiormente visibile settando su "loop" (ripetizione continua) il vostro programma di visualizzazione MPEG.
moonice.mpg (64 Kbytes)L'esperimento radar della Clementine per la ricerca di indicatori della presenza di ghiaccio venne approvato. Steven J. Ostro (Jet Propulsion Laboratory), che condusse gli esperimenti radar sui satelliti galileiani 20 anni or sono, ci spiega che una superficie ghiacciata diventa particolarmente riflettente quando l'angolo tra il trasmettitore e la ricevente (visti dall'obiettivo) è prossimo allo zero. Ciò è dovuto, in parte, ad una proprietà della luce denominata retrodiffusione coerente. Due fotoni che penetrano in fase nel ghiaccio rimbalzando lungo lo stesso complicato percorso ma viaggiando in direzioni opposte, si combinano coerentemente ed amplificano l'energia riflessa verso il ricevitore. Per questa ragione, gli echi radar dal satellite ghiacciato Europa sono 30 volte più intensi di quelli provenienti dalla Luna, leggermente più grande ma ricoperta da terreno e non da ghiaccio.
La presenza di questo effetto da solo non costituisce un'indicazione sufficiente poiché lo stesso fenomeno fisico lo si ritrova con la regolite lunare ed è, in parte, responsabile del fatto che il nostro satellite è molto più luminoso di quanto non indichi la sua geometria solamente (S&T: aprile 1993, pag. 14). Assai più indicativo è quanto succede ad un fascio radar polarizzato circolarmente. Quando questo colpisce una roccia, la polarizzazione si inverte come se rimbalzasse su uno specchio, dice Ostro, ma quando attraversa il ghiaccio la sua polarizzazione rimane in massima parte intatta. La superficie ghiacciata della Groenlandia, i satelliti galilaeiani ghiacciati e le calotte polari di Marte e Mercurio presentano tutte questa proprietà.
Il primo tentativo nella radioastronomia della Clementine fallì nel marzo 1994 ma durante secondo, effettuato il mese successivo, una scansione radar passò direttamente sul polo sud. "Fummo particolarmente fortunati" racconta Nozette. Non solo l'eco diede una conferma superiore alle aspettative ma anche l'importante tasso di polarizzazione presentò un modesto picco proprio nelle zone all'interno del fascio radar che si trovavano in ombra. L'eco dell'orbita successiva, che passo a 200 km dal polo, non ripresentò le alterazioni mostrate in precendenza e così pure un paio di scansioni eseguite sul polo nord.
(32K gif) Left: Osservata dalla Luna, nell'aprile 1994 la sonda Clementine appariva allineata con la Terra e gli scienziati hanno utilizzato il trasmettitore da 6 watt per inviare un fascio di energia nelle profondità dei crateri perennemente in ombra in prossimità dei poli lunari. Gli echi radar più interessanti sono stati quelli succedutisi nel momento in cui l'angolo di fase (beta) era prossimo allo 0. A destra: La prova della presenza di ghiaccio fa perno su come cambia la polarizzazione del fascio quando tocca la superficie del nostro satellite. Per il ghiaccio puro, l'eco sarebbe stato intenso sia quanto la polarizzazione originale (nello stesso senso o SS) sia nella polarizzazione opposta (OS). Quando SS/OS è inferiore ad 1, come in questo caso, la rilevazione è meno certa. Gli esperti radar sono però incoraggiati dal fatto che i picchi registrati sono avvenuti durante l'orbita 234, quando il polo sud lunare era all'interno del fascio radar. Cortesia Science.
Se veramente esiste del ghiaccio sul suolo lunare, non ce ne deve essere molto. Come fanno notare Nozette ed i suoi collaboratori su Science del 29 novembre 1996, se fosse raccolto tutto formerebbe una lastra delle dimensioni di un campo di calcio alta 10-20 metri. Difficile pensare a formazioni simili alle piste di pattinaggio quindi, probabilmente si trova in quantità modeste frammiste a materiali rocciosi.
In due anni di tediose analisi e di critiche approfondite, il team della Clementine è giunto alla conclusione che sono possibili anche altre interpretazioni (come una superficie secca e priva di ghiaccio). Scetticamente Ostro non ha trovato particolarmente convincenti i picchi nel tasso di polarizzazione mentre l'esperto radar Gordon Pettengill (MIT) è preoccupato dal fatto che siano apparsi in una sola delle scansioni radar effettuate e quindi il dato sia statisticamente poco significativo. Altri sono più ottimisti, incoraggiati dal fatto che i picchi si siano verificati esattamente sopra le zone polari prive di illuminazione.
Una verifica indipendente dei risultati della Clementine viene dalla scansione effettuata da Terra nel 1993, con il grande radiotelescopio di Arecibo a Puerto Rico. Secondo Donald B. Campbell (Cornell), che ha condotto lo studio con Nicholas J. S. Stacy, il sistema radar di Arecibo ha riscontrato elevati livelli di polarizzazione in prossimità del polo sud. Peraltro, avverte, diverse di queste zone restano esposte alla luce solare per buona parte del tempo, dubita quindi che gli effetti riscontrati sulla polarizzazione dell'Arecibo siano riconducibili alla presenza di ghiaccio.
Uno strato stabile di permafrost lunare avrebbe, per i planetologi, un valore di gran lunga superiore a quello dell'oro. "Per la prima volta", spiega Spudis, "ci troviamo di fronte alla registrazione di un impatto cometario conservatasi nel tempo". Sondare gli strati polari potrebbe portare informazioni decisive su quanto spesso le comete siano impattate sul sistema Terra-Luna, su come sia cambiato nel tempo questo valore e da cosa siano composte le comete stesse.
Ma le intriganti informazioni della Clementine offrono qualcosa in più dei semplici dati scientifici. I fautori dell'esplorazione spaziale danno spazio alla fantasia, pensando allo sfruttamento del ghiaccio (nei suoi componenti separati idrogeno ed ossigeno) per il sostentamento di una colonia lunare o come fonte di propellente per i razzi. Un pinnacolo che si innalza dalla superficie sud polare è illuminato per l'85% del tempo dalla luce solare, sarebbe il luogo perfetto per lo sfruttamento del ghiaccio. "Potreste pensarlo come la proprietà più preziosa dell'intero sistema solare" dice scherzando Spudis.
Per fortuna, questi dubbi dovrebbero avere breve durata. Nel settembre 1997 la NASA spera di poter lanciare il Lunar Prospector, una missione della serie Discovery. A bordo ci sarà uno spettrometro a neutroni capace di rilevare la presenza dell'idrogeno nel ghiaccio sottostante. Si ritiene che sarà in grado di fornire la prova definitiva per percentuali d'acqua fino allo 0,01%, dichiara il responsabile scientifico William C. Feldman (Los Alamos National Laboratories). "Un mese dopo il nostro arrivo, sapremo se sulla Luna c'è il ghiaccio".
J. Kelly Beatty è Senior Editor della rivista Sky & Telescope ed un esperto in scienza ed esplorazione planetaria.
Ecco alcuni indirizzi di pagine Web con esaurienti link per maggiori informazioni su questa scoperta:
