Solitamente pensiamo alla Luna come a un corpo celeste statico, rimasto sostanzialmente immutato per quasi tutta la sua esistenza, fatta eccezione per qualche sporadico impatto di asteroidi. Questa visione trova fondamento nella fisica: dopo la sua formazione – avvenuta circa 4,5 miliardi di anni fa in seguito all’impatto di un enorme protopianeta con la Terra primordiale – la Luna avrebbe dovuto raffreddarsi rapidamente. Eppure, alcuni campioni di materiale lunare riportati a Terra dalla missione Chang’e-5 risalgono a soli 2 miliardi di anni fa e presentano un’origine vulcanica. Com’è possibile che un mondo, che avrebbe dovuto ormai stabilizzarsi e cessare ogni attività vulcanica, sia rimasto abbastanza caldo da generare tali materiali oltre 2 miliardi di anni dopo la sua violenta nascita? Un nuovo studio, condotto da Miao Chen della Chengdu University of Technology e dai suoi colleghi – pubblicato sulla rivista Planet – propone una spiegazione: il riscaldamento mareale.
La formazione della Luna
Ricostruiamo innanzitutto lo scenario della formazione lunare. L’ipotesi più accreditata è che la Luna sia nata in seguito a una collisione catastrofica tra la Terra primordiale e un altro protopianeta, chiamato Theia; i detriti scaturiti da questo scontro si sono poi aggregati formando il nostro satellite. Tuttavia, la massa di tali detriti era relativamente esigua – circa un quarto di quella terrestre – il che implica che il calore interno generato durante la formazione si sarebbe dovuto disperdere rapidamente, rendendo la Luna geologicamente inerte. Tuttavia, l’analisi dei basalti lunari prelevati nell’Oceanus Procellarum dalla missione Chang’e-5 ha rivelato un’età di appena 2 miliardi di anni. I basalti si formano esclusivamente in presenza di vulcani attivi o in contesti caratterizzati da pressioni e temperature analogamente elevate; condizioni che, secondo la teoria geologica tradizionale, non avrebbero dovuto sussistere sulla Luna 2 miliardi di anni fa.
Altre spiegazioni
Gli scienziati hanno tentato di esplorare altre spiegazioni. È noto, ad esempio, che gli elementi radioattivi – come il potassio e l’uranio – sprigionano calore durante il loro decadimento. Tuttavia, la quantità di materiale radioattivo non ancora decaduto presente sulla Luna non sarebbe stata sufficiente a generare il calore necessario per la formazione di basalti 2 miliardi di anni fa. L’impatto di asteroidi avrebbe potuto causare picchi termici localizzati di grande intensità, ma il periodo di intenso bombardamento, responsabile della maggior parte dei crateri lunari, si era concluso molto prima della formazione del basalto.
Il ruolo del riscaldamento mareale
Gli autori dello studio hanno quindi preso in considerazione la gravità, e più nello specifico un fenomeno noto come riscaldamento mareale. Questo si verifica quando un corpo celeste viene compresso, allungato e “manipolato” mentre percorre un’orbita ellittica attorno a un corpo più grande. L’esempio forse più celebre nel Sistema Solare è Io: questa luna di Giove è soggetta a continue eruzioni, causate proprio dalle sollecitazioni mareali che subisce durante la sua orbita attorno al pianeta più grande del Sistema Solare.
È evidente che, al giorno d’oggi, la Luna non è soggetta a tali sollecitazioni. Tuttavia, 2 miliardi di anni fa, il nostro satellite si trovava molto più vicino alla Terra: completava un’orbita attorno al pianeta in 16 giorni, contro i 27 attuali. Inoltre, la sua orbita era decisamente più eccentrica, con una forma molto più simile a un ovale che a un cerchio. Tutto ciò significa che la Terra esercitava, in modo ritmico, enormi forze mareali sull’interno della Luna lungo tutto il suo percorso orbitale.
Questo dato era noto da tempo, ma finora gli astronomi, nel tentativo di comprendere gli effetti di tali compressioni gravitazionali, hanno sempre modellato la Luna come una sfera sostanzialmente uniforme. Gli scienziati sapevano però che si trattava di una semplificazione: esiste infatti una zona di roccia a viscosità estremamente ridotta, situata tra il nucleo e il mantello lunare. Quando il team di ricerca ha inserito una rappresentazione 3D più realistica della struttura del mantello in una simulazione di convezione, ha osservato che una grande quantità di energia veniva convogliata specificamente verso due regioni simmetriche, situate lungo il confine tra il nucleo e il mantello lunare.
Le “zone di anomalia da riscaldamento mareale”
Queste aree, denominate “zone di anomalia da riscaldamento mareale” (THAZ), assorbivano una mole enorme di energia. I calcoli indicano che, circa 3,2 miliardi di anni fa, pur occupando solo il 2,5% del volume totale del mantello, tali regioni ricevevano, a causa delle sollecitazioni mareali, una potenza di 150 gigawatt: un valore oltre quattro volte superiore all’energia generata dal decadimento radioattivo. Questo fenomeno è apparso come il motore principale di gran parte della storia geologica della Luna. Ciò ha contribuito a mantenere caldo il nucleo lunare, favorendo il perdurare di un campo magnetico per un tempo molto più lungo di quanto i modelli avessero inizialmente previsto (un aspetto che aveva rappresentato un enigma quando gli scienziati si resero conto che i campioni lunari delle missioni Apollo sembravano essersi formati all’interno di un intenso campo magnetico). Il fenomeno ha inoltre innescato imponenti pennacchi nel mantello, che si sono espansi verso la crosta. Miliardi di anni più tardi, molto tempo dopo che il “motore mareale” si era ormai spento, quelle porzioni di mantello rimaste intrappolate si sono fuse, dando origine ai basalti riscontrati nei campioni della missione Chang’e-5.
Se c’è una cosa che emerge chiaramente dalla teoria proposta nello studio, è che ancora molto ci sfugge riguardo alla storia geologica della Luna. Questo nuovo modello offre risposte eleganti ad alcuni degli interrogativi più persistenti in questo ambito, ma, al momento, rimane pur sempre soltanto una teoria. Forse alcune delle numerose missioni lunari previste nel corso del prossimo decennio riusciranno a fornire dati più definitivi, capaci di risolvere finalmente gli enigmi sull’evoluzione del nostro compagno celeste.