A differenza della Terra, la Luna non possiede più un campo magnetico generato dal nucleo. Sul nostro pianeta, il movimento del ferro liquido nel nucleo esterno genera un campo magnetico globale. Questa cosiddetta geodinamo funziona secondo un principio simile a quello della dinamo di una bicicletta, che converte il movimento meccanico in energia elettrica. “Oggi è in corso un acceso dibattito sulla possibilità che anche la Luna, in passato, abbia funzionato grazie a una dinamo“, afferma Xi Yang, dottorando presso il Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti dell’ETH di Zurigo. Ciò è dovuto al fatto che le analisi dei campioni di roccia riportati sulla Terra dagli astronauti delle missioni Apollo forniscono risultati contraddittori.
“Alcuni ricercatori ipotizzano l’esistenza di un forte campo magnetico protrattosi per un lungo periodo, tra 4,25 e 3,5 miliardi di anni fa, mentre altri non ne riscontrano alcuna prova”, spiega la geofisica Anna Mittelholz, docente presso lo stesso Dipartimento. Oltre alla teoria della dinamo, esiste una seconda possibile spiegazione per la magnetizzazione delle rocce lunari: l’impatto di enormi meteoriti o asteroidi potrebbe aver innescato processi di magnetizzazione sulla Luna.
Uno studio condotto dai due ricercatori dell’ETH, in collaborazione con colleghi dell’Istituto di Ricerca Spaziale (DLR) e dell’Università Tecnica di Berlino, avvalora ora la teoria della dinamo. Lo studio conclude che 4,2 miliardi di anni fa – diverse centinaia di milioni di anni dopo la sua formazione – la Luna possedeva effettivamente un campo magnetico generato internamente. I ricercatori non hanno basato le loro conclusioni su campioni di roccia, bensì su dati raccolti da sonde in orbita lunare, come le misurazioni gravitazionali delle sonde NASA “GRAIL” e i modelli del campo magnetico derivati dalle rilevazioni orbitali delle missioni Lunar Prospector e Kaguya. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances.
Una finestra sulla struttura interna
L’attenzione si concentra su una specifica regione denominata Dewar, situata sulla faccia nascosta della Luna, quella mai visibile dalla Terra. “La regione Dewar rappresenta una vera fortuna: in questo punto coincidono spazialmente una delle più intense anomalie del campo magnetico della faccia nascosta della Luna e una marcata anomalia gravitazionale“, afferma Mittelholz. Ciò significa che tale regione contiene rocce più fortemente magnetizzate – e più dense – rispetto ad altre aree. “Questo è uno dei motivi per cui tale regione rappresenta una potenziale finestra sulla struttura interna della Luna“, afferma Yang.
Nella maggior parte dei casi, l’origine delle anomalie del campo magnetico rilevate dall’orbita lunare è sconosciuta. “I dati gravitazionali, tuttavia, ci offrono informazioni sulla densità e, di conseguenza, sui materiali presenti nel sottosuolo“, spiega Mittelholz. “Laddove i segnali del campo magnetico e quelli gravitazionali coincidono, è possibile combinarli e attribuire l’anomalia a una specifica struttura geologica. È proprio questa l’opportunità offerta da Dewar”.
E i ricercatori ne hanno approfittato appieno: per la prima volta, hanno elaborato un modello accurato del sottosuolo integrando i dati gravitazionali e quelli relativi al campo magnetico. Il risultato: nella regione di Dewar, sotto la superficie lunare, si trova una massa rocciosa larga circa 60 chilometri che si estende fino a una profondità di circa 9 chilometri. Tale formazione è molto più densa della crosta circostante e, al contempo, fortemente magnetizzata. Considerando anche la geochimica superficiale e la topografia a cupola, i ricercatori concludono che si tratti di magma solidificato risalito dal sottosuolo: un complesso vulcanico sepolto. L’età della struttura – 4,2 miliardi di anni – è stata determinata analizzando i vari depositi di materiale da impatto presenti sulla superficie lunare.
Un campo magnetico sorprendentemente intenso
“Conoscendo la quantità di ferro presente in una simile massa rocciosa, possiamo stimare l’intensità minima che il campo magnetico doveva possedere mentre il magma si raffreddava lentamente. Per me, si tratta di una scoperta molto importante”, afferma Mittelholz. Yang aggiunge: “abbiamo rilevato che, all’epoca, il campo magnetico lunare era molto probabilmente superiore a 10 microtesla. Sulla Terra, oggi, l’intensità del campo magnetico si aggira intorno ai 50 microtesla”.
I ricercatori escludono che tale campo magnetico possa essere stato generato da un violento impatto, poiché la regione di Dewar si trova al di fuori delle aree considerate possibili candidate. “Possiamo quindi affermare con quasi assoluta certezza che il campo magnetico debba derivare da una dinamo di lunga durata generata nel nucleo”, sostiene Yang. Resta tuttavia poco chiaro come il piccolo nucleo lunare abbia potuto generare un campo magnetico così intenso. Per questo motivo, i ricercatori dell’ETH non considerano ancora del tutto risolta la questione dell’esistenza di una dinamo lunare primordiale. “Ma stiamo esaminando la questione da una prospettiva completamente nuova“, afferma Mittelholz. E così l’interrogativo è passato da “c’era una dinamo?” a “come funzionava?”.
Misteriosi vortici lunari
Lo studio offre inoltre spunti di riflessione su un altro fenomeno enigmatico: i vortici lunari. Questi pattern luminosi, di forma curva o striata, spiccano nettamente sulla superficie lunare rispetto alle aree circostanti più scure. In corrispondenza di ogni vortice di questo tipo, i ricercatori rilevano sempre un’anomalia magnetica. Un vortice lunare è presente anche sulla superficie della regione Dewar, proprio sopra l’anomalia osservata. L’origine di tali vortici è oggetto di dibattito.
Una possibile spiegazione è che i vortici si formino solo laddove il campo magnetico si sviluppa orizzontalmente rispetto alla superficie, come accade nel caso del vortice Dewar. Il campo orizzontale devia il vento solare, proteggendo così la superficie dall’erosione spaziale; di conseguenza, l’area interessata mantiene una luminosità maggiore rispetto a quella circostante. “Si tratta di informazioni importanti per i futuri astronauti”, afferma Mittelholz. “Le linee del campo magnetico potrebbero offrire protezione dal vento solare e i vortici indicano dove si verificano tali configurazioni”.
I risultati della ricerca mirano anche a supportare le future missioni lunari nella selezione di obiettivi prioritari per misurazioni in loco e potrebbero contribuire all’analisi dei campioni lunari, consentendo di trarre conclusioni sull’evoluzione magnetica della Luna. “Il metodo potrebbe essere applicato anche ad altri corpi celesti per ottenere informazioni su una dinamo planetaria basandosi esclusivamente su dati raccolti dall’orbita“, osserva Yang. Marte, ad esempio, rappresenterebbe un caso interessante, sebbene al momento manchino dati di qualità sufficiente.
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