Diario Lunare: cronaca del viaggio della Terra nello spazio e nel tempo visto dalla Luna Understand article

Tradotto dallo staff di Astronomiamo.it. Alcuni indizi della storia della Terra, della Via Lattea e dell’Universo sono nascosti sulla superficie lunare.

Questa immagine é stata
ripresa dalla sonda Galileo
quando sorvolò il sistema
Terra-Luna nel 1992.

Immagine per cortesia della
NASA

La Luna é stata la compagna fedele della Terra per circa 4.5 miliardi di anni. Insieme esse hanno orbitato intorno al Sole e girovagato nella Via Lattea. Esse si sono formate insieme, si sono evolute insieme e hanno condiviso la stessa storia. Ciò che rende la Luna così interessante dal punto di vista scientifico é che differentemente dalla Terra é un posto “semplice”. Ad essa manca l’atmosfera protettiva che ha la Terra, non ha venti e piogge, e la sua superficie non é rimodellata dall’attività tettonica. Pertanto l’antica superficie della Luna conserva i segni della storia chimica del suo viaggio insieme alla Terra e conserva le tracce del principio della sua storia geologica.

La Luna può raccontarci la storia della formazione dei pianeti del Sistema Solare interno e questo é un diario del viaggio della Terra e della Luna. Essa ci può parlare dei posti dove si é trovata la Terra come anche dei compagni di viaggio che ha incontrato per la strada.

In questa articolo in due parti, introdurrò prima il perché gli scienziati vogliono tornare sulla Luna, quali domande scientifiche restano e perché é così importante trovarne una risposta. Nel secondo articolo (nella prossima uscita) mi concentrerò sulle sfide del ritorno sulla Luna e su come ottenere queste risposte.

Il genere umano é atterrato sulla Luna sei volte tra il 1969 e il 1972. Nel 1972 i tuoi studenti non erano nati, i telefoni cellulari non esistevano, i computer erano grandi quanto una stanza, e il sapere scientifico e le abilità tecniche erano rudimentali rispetto ad oggi. La scienza e la tecnologia hanno fatto passi da gigante dal momento in cui l’uomo arrivò sulla Luna, e l’esplorazione lunare oggi é approcciata in maniera differente.

La mappa che mostra i luoghi degli allunaggi delle missioni Apollo, Luna e Surveyor.
Immagine per cortesia della NASA

Dodici uomini hanno passeggiato sulla Luna durante sei missioni Apollow1. Grazie ad esse loro portarono indietro 382 Kg di materiali lunariw2. Anche l’Unione Sovietica ha avuto un programma di esplorazione lunare molto attivo e sebbene loro non abbiano mandato uomini, inviarono dei robot sulla superficie lunarew3. Tra una serie di missioni di superficie robotiche, tre missioni sovietiche Luna hanno portato sulla Terra un totale di 300 g di materiale lunarew2,w4.

I campioni di material lunare ottenuti con le missioni Apollo sono custoditi in una struttura speciale a Houston, Texas, mentre i campioni provenienti dalle missioni Luna sono custodite nell’istituto Verndasky in Russia. Questi campioni sono tutt’ora sotto lo studio degli scienziati e continuano a produrre risultati scientifici nuovi e inaspettati.

Bacini lunari da impatto.
Gli impatti più energetici prodotti sulla superficie lunare hanno prodotto immensi bacini da impatto con diametri di oltre 300 km. La topografia a codice di colore va dagli 8 chilometri sotto la media globale (da nero a porpora scuro) a 8 chilometri sopra la media globale (bianco). Il bacino più largo e profondo é il Polo sud: Bacino di Aitken. Il bacino più giovane e meglio conservato é il Mare Orientale. L’elenco dei bacini è basato sulle analisi dell’epoca dell’Apollo. Oggi sono in corso nuove analisi per scoprire altri bacini.

Immagine per cortesia di LPI (Paaul Spudie e David Kring)

Sebbene noi siamo stati sulla Luna, ne abbiamo appena graffiato la superficie in termini di esplorazione e di comprensione di cosa la Luna abbia da dirci a proposito di noi. Come degli alieni che atterrassero su una duna del deserto del Sahara non potrebbero mai dire di aver esplorato o compreso l’Africa, così é lo stato della nostra esplorazione della Luna oggi.

Storia della Terra e del Sistema Solare

La formazione della Luna é ancora materiale di dibattito scientifico. La teoria scientifica più accreditata é che un corpo di notevole dimensioni chiamato Theia sia caduto sulla Terra distruggendosi e causando grandi devastazioni sulla Terraw5. Una enorme nube di detriti fu espulsa nell’impatto e con il tempo essa si é raccolta per dare origine alla Luna. Ci sono comunqe delle inconsistenze in questo modello e le simulazioni al computer non hanno riprodotto la Terra e la Luna come le conosciamo oggi.

L’analisi chimica dettagliata dei campioni lunari raccolti da altri siti potrebbe fornire agli scienziati più informazioni sulla composizione della Luna e potrebbe accrescere la nostra comprensione su come si sia formata la Luna (leggi Herwartz et al., 2014, per l’evidenza di Theia sui campioni del suolo lunare).

L’astronauta Frank De Winne
dell’Agenzia Spaziale
Europea, comandante della
Expedition 21, fa esercizi sul
Combined Operational Load
Bearing External Resistance
Treadmill (COLBERT) nel noto
Harmony della Stazione
Spaziale Internazionale

Immagine per cortesia della
NASA

Per stabilire l’età dei campioni lunari, gli scienziati si basano sull’analisi del rapporto tra differenti isotopi connessi da partentela padre-figliow6. In senso lato, questo metodo può essere usato per identificare l’età di uno specifico terreno o cratere da cui il campione é stato prelevatow7. Quando gli scienziati combinano questa informazione con il numero di crateri in un dato terreno, essi possono stimare quanti impatti di meteoriti ci siano stati nel tempo. Da questa informazione può essere dedotta l’età della superficie craterizzata in ogni altra parte della Luna e per tutto il Sistema Solare interno. Man mano che gli scienziati apprendono di più la storia degli impatti sulla Luna, possono essere fatte deduzioni più precise sulla storia degli impatti sulla Terra dove questa storia é stata cancellata dalle condizioni ambientali (ad esempio dal vento, dalla pioggia e dalle placche tettoniche).

La missione della NASA Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) ha confermato che c’è ghiaccio d’acqua ma anche altre sostanze congelate (come metano, ammoniaca, idrogeno gassoso, anidride carbonica e monossido di carbonio) in regioni permanentemente in ombra sui poli lunariw8. Il ghiaccio lunare é un miscuglio di tutte le sostanze ghiacciate cadute sulla sua superficie durante gli impatti, e la sua analisi potrebbe essere utile nella comprensione dell’origine dell’acqua sulla Terra. In più, si suppone che il ghiaccio lunare sia una trappola e un ottimo posto per cercare sostanza ghiacciate e reazioni che possono aver formato composti chimici pre-biotici. Alcune teorie suggeriscono che i primi precursori della vita sulla Terra siano arrivati o si siano formati durante impatti di ghiacciow9, così l’analisi del ghiaccio lunare potrebbe aiutare i ricercatori a capire le prime origini della vita sulla Terra.

Viaggiare oltre la Luna e nello spazio

La Luna può anche essere usata come luogo di prova per missioni su Marte e altri corpi planetari. Molto è stato appreso in ambienti remoti sulla Terra e sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) ma la Luna rappresenta un maggiore livello di difficoltà di quello che é stato raggiunto precedentemente. Marte sarà una sfida ancora più grande della Luna; alcune sfide devono prima essere superate sulla Luna che è più vicina alla Terra, prima di poter sperare di avere successo su altri corpi planetari distanti. La Luna può essere il banco di prova per:

  • costruzione di una base su un altro pianeta. Possiamo usare l’esperienza dalle basi remote come le stazioni di ricerca in Artico e Antartico, ma c’è molto da imparare circa la costruzione di un habitat fuori dal nostro pianeta. Per approfondire ulteriormente ciò con gli studenti, si prega di fare riferimento alla lezione sugli habitat spazialiw10.
  • sviluppo e attuazione di procedure per utilizzare risorse naturali sulla superficie lunare per ridurre ciò che dobbiamo portare dalla Terra (conosciuto come utilizzo delle risorse in situ (ISRU)). Le risorse locali potrebbero fornire materiale necessario per la costruzione di habitat, proteggendo gli astronauti dalle radiazioni, fornendo materie prime per i sistemi di supporto vitale e anche il carburante per l’esplorazione planetaria. Il loro uso è attivamente in fase di test dalle agenzie spazialiw11  e questo lavoro alimenterà la conoscenza per le missioni lunari e planetarie.
Il timone del sottomarino di
classe Ohio, USS Florida
(SSGN-728), nel marzo 2010

Immagine di pubblico
dominio/Wikimedia
  • Occuparsi di rischi per la salute e attrezzature come le radiazioni e la polvere lunare. L’esperienza dalle industrie come le centrali nucleari e le miniere ci aiuterà, ma avrebbe bisogno di essere adattata prima alla superficie lunare. Si pensa che l’acqua sia un buono scudo contro le radiazioni, ma come potremmo portare acqua sulla Luna? E’ molto pesante portarne lì in grandi quantità, perciò dovrebbe essere raccolta o creata sulla Luna.
  • missioni operative con cibo e acqua limitati – missioni sottomarine, polari e ISS possono aiutare ad informarci e gli sforzi dovrebbero essere fatti per produrre cibo sulla Luna.
  • equipaggiare un habitat con strumenti giusti – missioni sottomarine,  polari e ISS possono aiutarci a creare elenchi di attrezzature e un laboratorio sulla Luna può essere necessario per costruire e riparare piccoli pezzi di attrezzature. Inoltre, tre livelli di ridondanza devono essere costruiti per le apparecchiature di supporto vitale per garantire la salvezza dell’astronauta.
  • gestione delle emergenze mediche lontano dal personale medico – le missioni sottomarine, polari e ISS ci hanno insegnato molto, ma le domande restano circa il trattamento delle infezioni, la gestione degli interventi chirurgici minori o anche solo di un dente dolorante. Una soluzione parziale potrebbe essere quella di avere un medico come membro dell’equipaggio.
  • Il Barringer Meteor Crater in
    Arizona, USA

    Immagine di pubblico dominio,
    cortesia della U.S Geological
    Survey

    studiare la psicologia del vivere in un ambiente estremo lontano dalla famiglia, dagli amici e dalle comodità moderne. Molto è stato appreso dalle missioni in isolamento, ma ci sono ancora discussioni su come verificare realisticamente questo stress psicologico. I partecipanti di una simulazione sanno che è solo una simulazione e che essa finirà. Come si sentirà la gente guardando la Terra ridotta ad un minuscolo granello mentre trascorrono mesi viaggiando in un piccola capsula verso Marte? Non ci può essere un modo per simulare accuratamente una simile esperienza.                                                       

La Luna potrebbe anche diventare un punto di sosta per l’esplorazione planetaria. Le risorse lunari potrebbero essere usate per generare carburante e materiali di consumo come l’ossigeno. La base sulla Luna potrebbe diventare un punto di raccolta per le risorse terrestri e le risorse create sulla Luna dalle quali le missioni verso altri pianeti potrebbero essere preparate. La ridotta gravità lunare permette di lanciare missioni di esplorazione planetarie dalla superficie lunare molto meno esose di energia se comparate ai lanci dalla Terra. Missioni polari e desertiche possono essere usate come prova, ma il miglior posto per testare ciò è sulla Luna.

Ci sono molte ragioni scientifiche e di esplorazione per ritornare sulla Luna. Nella prossima decade, diverse agenzie spaziali, stati ed enti dal settore privato hanno programmato missioni robotiche. La prossima sfida è quella di stabilire come noi arriviamo lì e come torniamo con campioni e nuove scoperte.  Restate sintonizzati per il prossimo numero di Science in School per alcune idee.

Ringraziamenti

Grazie a James Carpenter dell’Agenzia Spaziale Europea per I suoi preziosi consigli su questo articolo.

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References

  • Herwartz D, Pack A, Friedrichs B, Bischoff A (2014) A study reporting isotopic traces of Theia: Identification of the giant impactor Theia in lunar rocks. Science344(6188): 1146-1150

Web References

  • w1 – Visita il sito della Nasa per una breve panoramica del programma Apollo e le sue missioni su Marte.
  • w2 – Cerca cosa sia accaduto ai campioni lunari portati sulal Terra dale missioni Apollo.
  • w3 – Confronta gli obiettivi di various missions inviate verso o intorno alla Luna.
  • w4 – Il Lunar and Planetary Institute (LPI) della Universities Space Research Association produce un sommario delle missioni Luna lanciate dall’Unione Sovietica.
  • w5 – Nell’articolo dal titolo ‘How did the Moon form?’, un breve video spiega una possibile teoria.
  • w6 – Approfondisci sulle parentele tra isotopi padre e isotopi figlio.
  • w7 – Visita il sito webdi LPI per maggiori informazioni sui crateri da impatto della Luna e cosa possiamo apprendere da essi.
  • w8 – Approfondisci sulla missione LCROSS dal sito della NASA.
  • w9 – Leggi un articolo che spieghi come l’origine della vita sulla Terra sia collegata agli impatti di comete ghiacciate.
  • w10 – Vuoi costruire un habitat spaziale nella tua aula? Leggi questo articolo  da una uscita precedente:
  • w11 – Approfondisci sullo sforzo della NASA di sviluppare procedure di utilizzo in-loco di risorse.

Resources

  • Per ulteriori informazioni su come gli astronomi stimano l’età di Marte contando i crateri, leggi l’articolo dell’uscita precedente:
  • In ‘Ghiaccio sulla Luna’, i ricecatori NASA spiegano l’origine del ghiaccio sulla Luna e perché é così interessante.

Author(s)

Erin Tranfield ha lavorato all’Ames Research Center della Nasa in Mountain View, California, dove ha studiato la tossicita’ della polvere lunare. Erin ora lavora in Portogallo all’Instituto Gulbenkian de Ciência e lavora con l’Agenzia Spaziale Europea con lo sforzo di riprendere l’esplorazione lunare.


Review

Questo articolo (parte 1 e parte 2) fornisce una panoramica su come si sia formata la Luna, sulle nostre visite sulla superficie lunare e sui loro ritorni scientifici. Mentre si viagga nello spazio, ad esempio verso Marte e oltre, la Luna sembra una importante area di test per la preparazione dei viaggi – alcune dellle sfide sono riassunte nell’articolo e saranno discusse nella parte 2.

Questo articolo può essere utile non solo in fisica ma anche in geografia, lingue e biologia.

Le domande di approfondimento potrebbero includere:

  • Come si è formata la Luna?

  • Perché il genere umano ha fatto visita alla Luna? Quante volte l’hanno visitata e quali nazioni sono state coinvolte?

  • Che differenze ci sono tra la superficie della luna e l’atmosfera terrestre?

  • Perché la Luna potrebbe diventare importante nelle future esplorazioni planetarie?


Gerd Vogt, Higher Secondary School for Environment and Economics, Yspertal, Austria




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