In cosa differisce l’acqua sulla Luna da quella sulla Terra?

Che sulla Luna ci sia acqua, e possibilmente in abbondanza, non è una novità. Tuttavia, recentissimi studi suggeriscono inaspettatamente che essa possa essere in continua formazione con un processo impossibile sulla Terra.

Acqua sulla Terra — Rappresentazione del volume totale di acqua e di acqua dolce (sfera più piccola) rispetto a quello della Terra. Credits: H. Periman USGS, J. Cook, A. Nueman. Data: I.Shiklomanov 1993

L’acqua è una sostanza speciale, veramente particolari sono le sue proprietà, e si ritiene che la sua esistenza allo stato liquido sia il requisito fondamentale perché possa nascere e svilupparsi la vita su altri pianeti oltre la Terra.

La distribuzione di acqua sulla superficie della Terra è oltremodo ingannevole. Per il fatto di coprire circa il 70% dell’intera superficie dà l’impressione che essa sia presente sulla Terra in grande abbondanza. Questa impressione ingannevole ha forse inculcato l'errata convinzione che ci si possa permettere di sprecarla o di inquinarla, considerata la sua immensa quantità: ma nulla di più sbagliato!

Quanta acqua esiste sulla Terra

La quantità totale di acqua presente sul nostro pianeta non è poi così tanta, anzi possiamo dire che è relativamente piccola. La sua massa raggiunge appena lo 0.2% della massa totale della Terra. Per ogni “chilogrammo” di Terra, ci sono solo 2 "grammi" di acqua. La percentuale scende giù allo 0.005% se ci limitiamo alla sola acqua dolce. Per ogni 1000 chilogrammi di Terra ci sono solo 5 grammi di acqua dolce.

L’immagine di copertina fornisce molto bene un’idea della proporzione tra la quantità totale di acqua, immaginandola tutta racchiusa in una sfera, e di acqua dolce, racchiusa nella sfera più piccola, rispetto alle dimensioni della Terra.

Da dove viene l’acqua sulla Terra

L’origine dell’acqua sulla Terra è stato oggetto di numerosi studi che, soprattutto negli ultimi anni, hanno avuto notevoli sviluppi. Inizialmente si pensava che l’acqua venisse dallo spazio e fosse stata trasportata sulla Terra da comete, asteroidi, meteoriti.

Nelle prime fasi di vita della Terra l’intero sistema solare era molto ricco di asteroidi e comete, per cui la frequenza di impatti era particolarmente elevata.

Recentemente, si è fatta avanti con successo l’ipotesi che invece l’acqua fosse già presente nel disco proto-planetario da cui si è formata la Terra. Quindi, secondo questa ipotesi la Terra si sarebbe formata già da subito con la sua scorta di acqua. Magari inizialmente la quantità iniziale di acqua sarà stata maggiore, e poi in parte evaporata e sfuggita alla gravità terrestre a causa della temperatura del pianeta inizialmente molto elevata.

Disco protopanetario — Rappresentazione artistica di un disco proto-planetario in cui si formeranno i pianeti e in cui è già presente acqua. Credit: ESO/L. CALÇADA.

Più recentemente, questa ipotesi ha trovato supporto nell’osservazione da parte del telescopio spaziale James Webb della presenza di acqua nel disco proto-planetario della stella PDS70. Nello specifico, presenza di acqua allo stato di vapore d’aqua è stata localizzata all’interno del disco in cui si stanno formando due esopianeti PDS 70 b e PDS 70 c.

Questa osservazione mostra come l’acqua sia già presente nei dischi di polvere e gas in cui si formano i pianeti, così come avvenuto circa 4.6 miliardi di anni fa per la Terra.

Come si è scoperta l’acqua sulla Luna

La Luna sappiamo non emette luce propria ma riflette sia in maniera diretta che indiretta la luce solare. Questa luce riflessa dalla Luna ha quindi tutte le caratteristiche della luce solare. Tuttavia, essa presenta anche delle peculiarità (precisamente righe e bande di assorbimento) che vengono aggiunte allo spettro solare a seconda della natura delle rocce lunari che la riflettono.

L'osservazione di bande molecolari dell’acqua nello spettro solare riflesso della Luna ha rivelato la presenza di acqua in alcune regioni della Luna.

La conferma della presenza di acqua sulla Luna è avvenuta grazie a SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy). Si è trattato di un telescopio della NASA dal diametro di 2.5 m montato su un Boeing 747. Questo aereo ha volato a quote superiori ai 12.5 km, cioè al di sopra della stratosfera lì dove non esiste più vapore acqueo terrestre, ed ha osservato nell’infrarosso la luce lunare nella quale ha rivelato la presenza di acqua.

Ma come si forma

Più recentemente, uno studio pubblicato su Nature Geoscience a prima firma di Huicun He dell'University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China ha annunciato la scoperta di presenza di acqua in campioni di roccia lunare prelevati da un robot cinese, il Chang-e5, e poi portati sulla Terra per essere analizzati. L’acqua è stata trovata intrappolata sulla superficie di sfere di vetro che si sono formate durante impatti meteorici.

Quando sulla superficie lunare è avvenuto, o avviene, un impatto meteorico, a causa delle elevate temperature sviluppatesi durante l’impatto, le rocce di silicio nel luogo dell’impatto fondono e addirittura evaporano formando sfere di vetro.

Queste sfere di vetro hanno una superficie porosa capace di catturare l’acqua. Ma la scoperta sensazionale è che l’acqua presente nelle sfere è in continua formazione per effetto del vento solare che continuamente lambisce la superficie lunare.

Sferule di vetro — Sferule di un impatto meteorico di 800.000 anni fa trovato nelle montagne transantartiche. Perle simili sulla Luna contengono sulla superficie gocce d'acqua, come indicato dalla freccia. Credits: Van Ginnekan, Genge e Harvey 2018, Geochimica et Cosmochimica Acta

A differenza della Terra, la Luna non possiede un campo magnetico che la protegga dal vento solare.

Le molecole di acqua si formano in seguito all’interazione dei protoni presenti nel vento solare con gli elettroni già presenti nelle rocce, formando atomi di idrogeno; questi poi si legano all’ossigeno già presente sulla superficie di queste sferule, formando molecole d’acqua.

L'interazione del vento solare col la superficie lunare determina la formazione di molecole di acqua che rimangono intrappolate sulla superficie di sferule di vetro.

Questo significa che sia nelle regioni in ombra, come all'interno dei crateri da impatto, sia nelle regioni direttamente esposte al Sole, così come osservato da SOFIA, avviene una produzione continua di acqua.

Questo stesso meccanismo di produzione dell'acqua è impossibile che operi sulla Terra poiché grazie al campo magnetico terrestre il vento solare non riesce a raggiungere la superficie (fortunatamente, in quanto è un vento elettrico).

Quale vantaggio per noi dall’acqua sulla Luna

La presenza di acqua sulla luna è importante ai fini del programma Artemis. Si tratta del progetto finalizzato alla permanenza umana a lungo termine sulla Luna. La scoperta di acqua si rivela cruciale potendo alimentare impianti permanenti e i futuri insediamenti umani.

In effetti, l’obiettivo più ambizioso per l'Uomo è Marte. Tuttavia, per “comodità” la Luna offre una via più economica per prepararci ad una possibile colonizzazione del pianeta rosso. Infatti, a motivo della vicinanza e della più facile raggiungibilità, la Luna ci permetterebbe di esercitarci a vivere in un ambiente ostile e a sperimentare vari sistemi e modalità che poi potremmo utilizzare su Marte.

Sulla Luna potremo realizzare habitat umani e testare tecnologie e pratiche che potrebbero aiutarci a costruire avamposti autosufficienti su Marte.

La corsa verso la Luna è ripresa con grande vigore. Dopo il fallito allunaggio da parte della sonda Russa Luna-25, il 23 Agosto è avvenuto l'allunaggio della sonda indiana Chandrayaan-3 il cui rover ha già iniziato la sua missione di esplorazione scientifica del suolo lunare.