Elementi essenziali per la vita, come carbonio, azoto, ossigeno, fosforo e zolfo, furono “portati” sulla Terra e sulla Luna durante le prime fasi del Sistema Solare tramite l’impatto di asteroidi e comete sulle loro superfici. Questi materiali esogeni potrebbero aver fornito i mattoni chimici necessari per l’origine e la prima evoluzione della vita sulla Terra. Tuttavia, l’intensa attività geologica e i processi biologici sulla Terra hanno in gran parte cancellato le tracce dirette di questi primi apporti sul nostro pianeta. Al contrario, la Luna, con la sua attività geologica relativamente limitata, funge da “capsula del tempo” naturale, facilitando la ricostruzione della storia e dell’evoluzione della materia organica extraterrestre.
Un recente studio ha identificato, per la prima volta, in modo sistematico diverse specie organiche contenenti azoto sulla superficie dei granelli di suolo lunare riportati dalle missioni cinesi Chang’e-5 e Chang’e-6. La ricerca rivela inoltre un percorso evolutivo definito da apporti esogeni, modifiche da impatto e continua elaborazione da parte del vento solare. I risultati dimostrano che la Luna non solo registra la storia del trasporto di materiale organico da parte di asteroidi e comete verso il Sistema Solare interno, ma conserva anche le prove di come questi materiali siano stati successivamente modificati da impatti e irradiazione su un corpo celeste privo di atmosfera.
Lo studio è stato condotto da un team di ricerca dell’Istituto di Geologia e Geofisica dell’Accademia Cinese delle Scienze (IGGCAS), in collaborazione con ricercatori di istituzioni quali l’Università del New Mexico e l’Università di Scienza e Tecnologia di Changsha. I risultati sono stati pubblicati su Science Advances.
Analisi di composti organici azotati sulla Luna
Sebbene carbonio e azoto fossero già stati rilevati nei suoli lunari delle missioni Apollo, l’esistenza, la morfologia, l’origine e i meccanismi di conservazione della materia organica azotata nella regolite lunare erano rimasti poco chiari prima di questa ricerca. Per lo studio, il team ha selezionato granelli di suolo lunare riportati dalle missioni Chang’e-5 e Chang’e-6 per un’analisi approfondita. Utilizzando diverse tecniche microscopiche e spettroscopiche, i ricercatori hanno condotto analisi integrate per caratterizzare sistematicamente la morfologia, i legami chimici, i gruppi funzionali e la composizione isotopica stabile della materia organica.
Lo studio ha rivelato che la materia organica sulla superficie del suolo lunare esiste principalmente in tre forme: particellare, aderente alla superficie e inclusionale, con dimensioni che vanno dal submicrometro al micrometro. Questi materiali contengono spesso particelle minerali inorganiche tipiche del suolo lunare. Dal punto di vista chimico, questi materiali sono dominati da carbonio, azoto e ossigeno e presentano generalmente una struttura amorfa; in alcuni campioni sono stati identificati anche gruppi funzionali ammidici. Queste osservazioni indicano che la materia organica lunare non è semplicemente carbonio in forma grafitica – una forma di carbonio altamente ordinata e quasi pura – ma ha subito una riorganizzazione chimica più complessa.
Il ruolo del vento solare
Ulteriori analisi hanno mostrato che la composizione isotopica di idrogeno, carbonio e azoto di questa materia organica lunare è generalmente più leggera rispetto a quella riscontrata nella materia organica presente nelle condriti carbonacee e nei campioni di asteroidi. Questa firma isotopica è coerente con i processi di evaporazione-condensazione e rideposizione innescati da eventi di impatto. Nello specifico, gli impatti di asteroidi, comete e altri corpi extraterrestri non solo hanno depositato materiali organici sulla superficie lunare, ma hanno anche probabilmente indotto la loro decomposizione, volatilizzazione, migrazione e successiva condensazione sulle superfici minerali, formando nuove strutture contenenti azoto e ossigeno.
Inoltre, il team ha identificato per la prima volta tracce di impianto del vento solare nella materia organica lunare. La profilazione di profondità con NanoSIMS ha rivelato che alcuni composti organici associati alla superficie presentano variazioni distinte nella composizione isotopica dell’idrogeno e nei rapporti H/C in prossimità delle superfici dei grani. Queste caratteristiche indicano una prolungata esposizione sulla superficie lunare dopo la formazione o la deposizione, durante la quale i materiali sono stati continuamente irradiati dal vento solare.
I ricercatori hanno osservato che tali tracce di impianto del vento solare fungono da “impronta digitale” caratteristica delle interazioni tra vento solare e materiale, escludendo di fatto la contaminazione terrestre come fonte di questi composti organici.
Una sequenza evolutiva continua della materia organica lunare
Lo studio definisce un quadro analitico per l’identificazione e l’interpretazione della materia organica su scala microscopica e dei suoi processi evolutivi. Inoltre, i risultati rivelano una sequenza evolutiva continua della materia organica lunare: dall’apporto esogeno, attraverso la ristrutturazione indotta dagli impatti, fino alla modificazione dovuta all’erosione spaziale. Questa sequenza offre nuove prospettive sull’evoluzione dei materiali dei corpi di piccole dimensioni e sulla storia dell’apporto di materia organica nel Sistema Solare primordiale.