Sulla Luna non c’è aria respirabile, ma una sottile atmosfera persiste da miliardi di anni: com’è possibile

Illustrazione di un astronauta al lavoro sulla superficie lunare durante una futura missione / Credit: NASA

Sulla Luna non c’è aria respirabile ma è presente una leggera atmosfera, che persiste da miliardi di anni. Tecnicamente nota come “esosfera”, l’atmosfera lunare è formata da uno strato molto sottile di atomi che rimbalzano sulla sua superficie, prima di depositarsi definitivamente o disperdersi nello spazio. La ragione per cui questa delicata atmosfera si sia mantenuta nel tempo invece di dissolversi completamente è stato oggetto di un nuovo studio, che ha fornito la “spiegazione definitiva” circa l’origine e i processi che continuano ad alimentarla.

Come si è formata l'atmosfera lunare

Fin dagli anni Ottanta, gli astronomi hanno osservato uno strato appena percettibile di atomi che rimbalzano sulla superficie della Luna: questa sottile atmosfera è probabilmente dovuta a una sorta di erosione spaziale, anche se stabilire con certezza cosa l’abbia prodotta e continui a sostenerla “è stato difficile, ma abbiamo identificato il processo principale”. A dirlo è il team di scienziati che ha fatto luce sull’evoluzione della superficie e dell’atmosfera lunare nel corso di miliardi di anni, definendo con precisione i meccanismi responsabili nell’articolo di ricerca appena pubblicato sulla rivista Science Advances.

Il team, guidato dalla professoressa Nicole Xike Nie del Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie del Massachussets Institute of Technology, ha infatti scoperto che il processo principale attraverso cui sulla Luna si è formata e persiste un’atmosfera estremamente sottile è la “vaporizzazione da impatto”, un tipo di erosione spaziale legata al bombardamento che, nel corso dei 4,5 miliardi di storia, la superficie del nostro satellite ha subìto e continua a subire, prima da parte di enormi meteoriti e, più di recente, da parte di “micrometeoroidi” più piccoli, delle dimensioni di granelli di polvere.

“Questi impatti costanti sollevano il suolo lunare, vaporizzando gli atomi al contatto – precisano gli studiosi -. Alcuni atomi vengono espulsi nello spazio, mentre altri rimangono sospesi sulla Luna, formando un’atmosfera tenue che viene costantemente rifornita mentre i meteoriti continuano a colpire la sua superficie”.

Per arrivare a questa conclusione (“La risposta definitiva al processo che crea l’atmosfera lunare” dicono i ricercatori), gli studiosi hanno esaminato dieci campioni di suolo lunare, ciascuno del peso di circa 100 milligrammi, raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo della NASA. Da ciascun campione sono stati isolati due elementi, il potassio e il rubidio, che possono essere facilmente vaporizzati da impatti ma anche dal cosiddetto “sputtering ionico”, un fenomeno legato al vento solare, che trasporta particelle energeticamente cariche dal Sole attraverso lo spazio. Quando queste particelle colpiscono la superficie della Luna, possono trasferire la loro energia agli atomi nel terreno, vaporizzandoli.

I possibili processi che danno origine e alimentano l'atmosfera lunare: A) vaporizzazione da impatto di meteoroidi, B) sputtering ionico del vento solare e C) desorbimento stimolato da fotoni: la vaporizzazione da impatto e lo sputtering ionico liberano atomi dalle rocce, mentre il desorbimento stimolato da fotoni rilascia solo atomi adsorbiti debolmente legati. Una volta che gli atomi vengono rilasciati mediate vaporizzazione da impatto e sputtering ionico, una frazione di essi viene persa nello spazio tramite fuga gravitazionale (D) mentre ma una parte inizia a rimbalzare sulla superficie lunare prima di disperdersi nello spazio o essere reintegrata sulla superficie tramite fotoionizzazione (E) o intrappolamento permanentemente (F). Credit: Nie N. et al., Science Advances 2024.

I ricercatori sospettavano che questi due processi di erosione spaziale potessero svolgere entrambi un importante ruolo nella formazione dell’atmosfera lunare, ma prevedevano anche che la vaporizzazione da impatto avrebbe dato luogo a proporzioni isotopiche molto diverse nel terreno rispetto allo sputtering ionico: questo perché gli isotopi più leggeri possono essere sollevati più facilmente, mentre quelli pesanti hanno maggiori probabilità di depositarsi. Il potassio, ad esempio, ha tre isotopi, con stesso numero di protoni ma ognuno con un neutrone in più, che contribuisce a rendere l’atomo leggermente più pesante. Il rubidio ha invece due isotopi, che differiscono per due neutroni.

Misurando quindi il rapporto specifico tra isotopi leggeri e pesanti nei campioni di suolo lunare, sia per il potassio che per il rubidio, il team ha osservato che erano presenti principalmente isotopi pesanti e, confrontando entrambi gli elementi, ha scoperto che la vaporizzazione da impatto è molto probabilmente il processo dominante tramite il quale gli atomi vengono vaporizzati e sollevati per formare l’atmosfera della Luna.

“Con la vaporizzazione da impatto, la maggior parte degli atomi rimarrebbe nell’atmosfera lunare, mentre con lo sputtering ionico, molti atomi verrebbero espulsi nello spazio – spiega la professoressa Nie – . Dal nostro studio, ora possiamo quantificare il ruolo di entrambi i processi, per dire che il contributo relativo della vaporizzazione da impatto rispetto allo sputtering ionico è di circa 70:30 o più. In altre parole, il 70 percento o più dell’atmosfera lunare è un prodotto di impatti di meteoriti, mentre il restante 30 percento è una conseguenza del vento solare”.