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Idrogeno sulla Luna: più abbondante se guardi a sud

Luna: cratere Hayn, a nord est del Mare Humboldtianum
Luna: cratere Hayn, a nord est del Mare Humboldtianum Credit: NASA/GSFC/Arizona State University

Recenti osservazioni del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) della NASA indicano che l'idrogeno sulla Luna è più abbondante sui versanti dei crateri dell'emisfero meridionale, rivolti verso il Polo Sud.

"Ci sono in media 23 parti per milione in peso di idrogeno (ppmw) in più sui pendii rivolti verso il polo (Pole-Facing Slopes, PFS) rispetto a quelli rivolti verso l'equatore (Equator-Facing Slopes, EFS), ha detto Timothy McClanahan del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

I viaggi spaziali sono lunghi e costosi: per trasportare anche solo una bottiglia di acqua occorrono svariati milioni di dollari. E' comprensibile, perciò, che la scoperta di cuscinetti di idrogeno e molecole di acqua sulla Luna abbia entusiasmato l'animo degli esploratori. L'acqua lunare potrebbe rappresentare una preziosa fonte in loco per soddisfare il fabbisogno degli astronauti o i suoi elementi, idrogeno e ossigeno, potrebbero essere trasformati in combustibile o aria respirabile dai futuri coloni.

Negli anni '60 gli scienziati ritenevano che queste sostanze volatili fossero concentrate solo in alcuni luoghi sulla superficie del nostro satellite, come i crateri perennemente in ombra vicino ai poli; ma oggi sappiamo che sono molto più diffuse. L'idrogeno lunare potrebbe arrivare da diversi fonti: le comete ed alcuni asteroidi, ad esempio, contengono grandi quantità di acqua; oppure, potrebbe formarsi direttamente sulla Luna per azione del vento solare che, composto principalmente da idrogeno può interagire con l'ossigeno bloccato nelle rocce e nella polvere sulla superficie, formando idrossile e molecole d'acqua. Queste molecole, poi, eccitate dalla luce del Sole, rimbalzerebbero sulla superficie per bloccarsi, almeno temporaneamente, nelle zona in ombra più fredde.

Ora, grazie ai dati della sonda LRO, per la prima volta, è stata notata una differenza geochimica nell'abbondanza dell'idrogeno sui pendii lunari: il Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) ha mostrato una variazione pari all'1% nel segnale rilevato.
Il cuscinetto di idrogeno è volatile (facilmente vaporizzato) e può presentarsi sotto forma di molecole d'acqua (due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno) o ossidrile (un atomo di ossigeno legato ad un atomo di idrogeno), debolmente legato alla superficie lunare. La differenza tra PFS e EFS, quindi, potrebbe dipendere dalla luce ed dal calore del Sole che, anche sulla Terra, muove e ridistribuisce l'acqua congelata dalle zone più calde a quelle più fredde.

"Nell'emisfero nord terrestre, se si va fuori in una giornata di sole dopo una nevicata, si noterà che c'è più neve sui pendii a nord perché perdono acqua a ritmi più lenti rispetto a quelli più soleggiati esposti a sud", ha detto McClanahan, autore del documento pubblicato su Icarus, il 19 ottobre 2014. "Pensiamo che un fenomeno simile stia accadendo con le sostanze volatili sulla Luna. Le PFS non ottengono tanta luce solare come le EFS, quindi, forse, questo materiale facilmente vaporizzato rimane più a lungo e si accumula in misura maggiore sulla PFS".

Evidence for the sequestration of hydrogen-bearing volatiles towards the Moon’s southern pole-facing slopes [abstract]

The Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) onboard the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) detects a widespread suppression of the epithermal neutron leakage flux that is coincident with the pole-facing slopes (PFS) of the Moon’s southern hemisphere. Suppression of the epithermal neutron flux is consistent with an interpretation of enhanced concentrations of hydrogen-bearing volatiles within the upper meter of the regolith. Localized flux suppression in PFS suggests that the reduced solar irradiation and lowered temperature on PFS constrains volatility to a greater extent than in surrounding regions. Epithermal neutron flux mapped with LEND’s Collimated Sensor for Epithermal Neutrons (CSETN) was analyzed as a function of slope geomorphology derived from the Lunar Orbiting Laser Altimeter (LOLA) and the results compared to co-registered maps of diurnally averaged temperature from the Diviner Lunar Radiometer Experiment and an averaged illumination map derived from LOLA. The suppression in the average south polar epithermal neutron flux on equator-facing slopes (EFS) and PFS (85–90°S) is 3.3 ± 0.04% and 4.3 ± 0.05% respectively (one-sigma-uncertainties), relative to the average count-rate in the latitude band 45–90°S. The discrepancy of 1.0 ± 0.06% between EFS and PFS neutron flux corresponds to an average of ∼23 parts-per-million-by-weight (ppmw) more hydrogen on PFS than on EFS. Results show that the detection of hydrogen concentrations on PFS is dependent on their spatial scale. Epithermal flux suppression on large scale PFS was found to be enhanced to 5.2 ± 0.13%, a discrepancy of ∼45 ppmw hydrogen relative to equivalent EFS. Enhanced poleward hydration of PFS begins between 50°S and 60°S latitude. Polar regolith temperature contrasts do not explain the suppression of epithermal neutrons on pole-facing slopes. The Supplemental on-line materials include supporting results derived from the uncollimated Lunar Prospector Neutron Spectrometer and the LEND Sensor for Epithermal Neutrons.

Il team ha osservato una abbondanza maggiore di idrogeno nell'emisfero meridionale della Luna sui pendii rivolti verso il Polo Sud, tra il 50 e 60 gradi di latitudine sud: le scarpate più vicine al polo mostrano una grande differenza di concentrazione di idrogeno, maggiormente sui pendii più estesi. Ma nonostante l'idrogeno si stia rivelando più abbondante del previsto, non è ancora chiaro se sarebbe davvero conveniente un'estrazione in loco: "le concentrazioni che stiamo rilevando sono ben al i sotto dei più aridi tra i più aridi deserti sulla Terra", ha spiegato McClanahan. Tuttavia, LEND non ha una risoluzione sufficiente per mappare i crateri più piccoli, dove potrebbero trovarsi le concentrazioni maggiori.

Oltre a scandagliare anche l'emisfero settentrionale dove il fenomeno potrebbe ripetersi, ora il team vuole verificare se le concentrazioni di idrogeno cambiano tra il giorno e la notte lunare. Se così fosse, si avrebbe una prova evidente che la produzione di idrogeno è un processo molto attivo sulla Luna.

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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