A mezzo secolo dal decollo del modulo lunare Apollo 17 della NASA dal quadrante nordorientale del lato visibile della Luna, gli scienziati planetari non hanno ancora compreso appieno quando e come si sia formata la nostra Luna. Concordano sul fatto che la sua formazione sia stata causata da un impatto di grandi dimensioni – un oggetto che gli scienziati lunari hanno chiamato Theia – che probabilmente colpì la Terra circa 4,51 miliardi di anni fa. Tuttavia, le stime attuali sulle dimensioni di Theia variano da un oggetto delle dimensioni di un proto-Mercurio fino a un oggetto grande circa la metà della Terra odierna. In effetti, i più recenti modelli idrodinamici indicano che un impattore di grandi dimensioni offre la spiegazione più plausibile del perché le rocce lunari dell’Apollo sembrino essere chimicamente così simili a quelle che troviamo nei basalti vulcanici ricchi di olivina qui sulla Terra.
“La Terra è stata profondamente colpita da questo impatto di proporzioni enormi; ha letteralmente riscritto la storia del nostro pianeta“, afferma Wim van Westrenen, scienziato lunare e planetario presso la Vrije Universiteit di Amsterdam.
In seguito a un impatto gigante, la Luna primordiale era solo una sfera incandescente di magma, a migliaia di gradi di temperatura. “Non era ancora roccia, quindi doveva raffreddarsi prima che si potessero formare i minerali che abbiamo cercato di datare”, spiega van Westrenen, aggiungendo: “la vera domanda è: quanto tempo è trascorso dopo l’impatto perché si formassero quei minerali?“. Come ammette van Westrenen, è molto difficile da stabilire con precisione.
Ciononostante, gli scienziati lunari stanno ancora imparando molto dai campioni di roccia raccolti dalle missioni Apollo. La roccia Genesis, un campione di 4,46 miliardi di anni raccolto nel 1971 dagli astronauti della missione Apollo 15 della NASA, è uno dei campioni Apollo più famosi. È composta quasi esclusivamente dal minerale bianco plagioclasio, che tende a galleggiare sulla superficie del magma perché è molto leggero.
“Serve un’enorme quantità di magma per formare gran parte di questa sostanza bianca, e poi tutto questo deve risalire in superficie, perché ora si trova lì“, afferma van Westrenen. “Questa è la migliore spiegazione per la formazione di queste rocce bianche, inclusa la roccia Genesis“.
Il colore bianco del plagioclasio visibile osservando la Luna è dovuto al riflesso dei cristalli di plagioclasio. “Il fatto che abbiamo un intero corpo ricoperto di plagioclasio suggerisce che in realtà stiamo osservando il tetto di un’antica e immensa massa di magma“, afferma van Westrenen.
Un laboratorio per ricreare le condizioni interne alla Luna
Il laboratorio di van Westrenen è specializzato nella creazione di alte pressioni e temperature estremamente elevate per analizzare e ricreare le condizioni interne alla Luna, nella speranza di saperne di più sull’evoluzione geologica lunare. “Il nostro gruppo è stato il primo in assoluto a condurre uno studio sperimentale completo su cosa accade quando un profondo oceano di magma sulla Luna si solidifica e quali minerali si formano in quale fase del processo”, afferma van Westrenen. “Riteniamo che l’intera Luna fosse in realtà allo stato fuso; 1.700 chilometri di magma fino al centro“.
In laboratorio, van Westrenen e i suoi colleghi hanno utilizzato il riscaldamento resistivo per far passare una corrente elettrica attraverso la grafite e riscaldare pochi millimetri cubi di materiale a temperature superiori a 1.700°C. Si tratta di una temperatura circa cinque volte superiore a quella di un forno convenzionale. Il laboratorio è inoltre in grado di creare pressioni pari a 250.000 atmosfere terrestri. Al contrario, si ritiene che la pressione interna massima sulla Luna sia di circa 50.000 atmosfere terrestri, il che permette ai ricercatori di viaggiare virtualmente fino al centro della Luna all’interno del laboratorio.
Ciononostante, uno dei problemi principali nella comprensione della formazione del nostro sistema Terra-Luna è che, sebbene le simulazioni numeriche idrodinamiche riproducano le proprietà fisiche attuali del sistema, non riescono a riprodurre fedelmente la composizione chimica dei corpi celesti conosciuti.
“Tutte le simulazioni classiche prevedono che la Luna dovrebbe avere una composizione chimica molto diversa da quella che osserviamo“, afferma van Westrenen. “Le rocce lunari sono molto più simili a quelle terrestri di quanto dovrebbero essere“.
Comprendere le dimensioni dell’impattore che ha formato la Luna
Il paradigma attuale prevede due ipotesi: o la Terra era quasi completamente formata, e la Luna sarebbe stata il risultato dell’impatto di un piccolo corpo celeste, delle dimensioni di Mercurio, che ha colpito il nostro pianeta ad alta velocità e con un angolo elevato; oppure, a quel tempo, la Terra era solo a metà della sua formazione.
“Quindi, sarebbe stato necessario far scontrare un’altra metà della Terra per completarla fino alle sue dimensioni attuali”, afferma van Westrenen. “La Luna si sarebbe quindi formata da una piccola quantità di detriti di Theia e di metà Terra, completamente mescolati, rimasti in orbita attorno alla Terra ormai completa”. Si ritiene che, dopo l’impatto, il materiale silicatico più leggero abbia formato la Luna, mentre il materiale più denso abbia formato la Terra, scendendo poi a costituire il grande nucleo ricco di ferro del nostro pianeta.
“Questo è ancora corretto, ma questi stessi modelli classici di 25 anni fa prevedono che la maggior parte delle rocce silicatiche provenga da Theia, non dalla Terra”, afferma van Westrenen. Cosa potrebbe aver causato la formazione della Luna in gran parte da materiale di tipo terrestre?
“Perché la Luna si formasse tramite un classico impatto gigante, Theia avrebbe dovuto colpire la Terra con una sorta di impatto radente, in cui metà di Theia avrebbe mancato il nostro pianeta”, afferma van Westrenen. “Metà si sarebbe schiantata contro il fianco della Terra, mentre l’altra metà l’avrebbe sfiorata per poi entrare in orbita attorno alla proto-Terra, formando la Luna”.
Ma in questo scenario, la Luna dovrebbe essere composta principalmente da rocce provenienti dall’asteroide Theia. Tuttavia, questo non è ciò che osservano i geologi. Theia avrebbe dovuto provenire da un’altra parte del Sistema Solare; di conseguenza, la sua composizione chimica sarebbe diversa da quella della Terra. Eppure, la Terra e la Luna rimangono stranamente simili dal punto di vista chimico.
In conclusione, “non è ancora del tutto chiaro come si sia formata la Luna, nonostante gli esseri umani abbiano camminato sulla sua superficie decenni fa”, afferma van Westrenen. “Ogni essere umano può vedere la Luna, ma non tutti si rendono conto che la sua formazione è direttamente collegata alla storia del nostro pianeta“.