Memoria dello Spazio

Ebb e Flow, le due sonde della missione GRAIL, hanno prodotto la più dettagliata mappa gravitazionale della Luna mai realizzata. Ciò che emerge da questa mappa è un passato violento, fatto di continui, devastanti impatti. La storia dei primi miliardi di anni del sistema solare è stata tutt'altro che tranquilla.

Raramente si sono viste due sonde spaziali di aspetto così poco aerodinamico come GRAIL A e B, due "lavatrici" volanti, appena ingentilite dai pannelli solari, disposti come due buffe e grandi orecchie intorno a uno dei lati. La missione delle due sonde, partite il 10 settembre 2011 da Cape Canaveral, è quella di mappare la gravità lunare. Il nome della missione rispecchia ovviamente la funzione: GRAIL sta infatti per Gravity Recovery and Interior Laboratory. Ma la sigla, considerata come parola e non come acronimo, equivale all'italiano "Graal", il leggendario calice cercato dai cavalieri medievali.

Dopo un viaggio di oltre 100 giorni, basato su una traiettoria lunga ben quattro milioni di chilometri, progettata per ridurre al minimo il consumo di energia necessario per decelerare, GRAIL A e B sono entrate in orbita polare intorno alla Luna rispettivamente il 31 dicembre 2011 e il 1° gennaio 2012.

A gennaio 2012 le due sonde sono state anche battezzate. In quel mese, la NASA ha scelto infatti la proposta vincitrice, tra le 890 arrivate da 45 diversi stati degli Stati Uniti. Il concorso, che ha visto impegnati 11.000 studenti dai 5 ai 18 anni, è stato vinto – e bisogna dire con pieno merito – dai 28 alunni della quarta elementare della scuola Emily Dickinson di una cittadina del Montana.

I nomi vincitori sono stati Ebb e Flow, due parole che in inglese si usano in coppia, per indicare l'acqua che si ritira e poi ritorna nelle maree: due nomi azzeccatissimi, perché da un lato ricordano l'influenza della gravità lunare, dall'altro il modo in cui Ebb (GRAIL A) e Flow (GRAIL B) lavorano. La mappatura del campo gravitazionale della Luna viene realizzata, infatti, misurando le minuscole variazioni di distanza tra le due sonde, determinate dalla differente forza di gravità che luoghi diversi della Luna, a seconda della composizione della crosta in quei punti, esercitano in uno stesso momento su ciascuna delle due "lavatrici": una sorta di flusso e riflusso creato dalla gravità.

Dopo tre mesi di progressiva circolarizzazione della loro orbita polare, a marzo 2012 Ebb e Flow hanno cominciato la missione vera e propria. Da un'altitudine di 55 km sulla superficie lunare, le due sonde hanno viaggiato in formazione, separate da oltre 200 km, misurando instancabilmente la loro distanza per mezzo di segnali radio. Per gli scopi della missione, era sufficiente raggiungere una precisione dell'ordine di alcuni decimi di micron al secondo. Ma in realtà le due sonde hanno raggiunto una precisione circa cinque volte maggiore, riuscendo a misurare variazioni della distanza reciproca pari ad alcuni centesimi di micron al secondo (un centesimo di micron e la centomillesima parte di un millimetro).

Questa prima fase di mappatura, durata da marzo a maggio 2012, ha permesso di realizzare la più dettagliata mappa della gravità lunare mai ottenuta. I risultati sono stati pubblicati il 5 dicembre 2012 su Science in tre diversi articoli.

L'esito più sorprendente del lavoro compiuto da Ebb e Flow è che le variazioni della gravità lunare sono spiegabili in modo pressoché completo per mezzo delle caratteristiche superficiali del satellite: crateri, montagne, depressioni da impatto, colate vulcaniche, linee di faglia. Ben il 98% della crosta lunare è risultato percorso da fratture. Ciò ci racconta di una storia violentissima di impatti ripetuti e rovinosi, che ha caratterizzato i primi miliardi di anni di vita del sistema solare.

I ricercatori hanno potuto distinguere tra l'effetto sulla gravità dovuto alle caratteristiche superficiali della Luna e quello dipendente, invece, dalla sua struttura profonda, ricorrendo all'aiuto di uno strumento trasportato da un'altra sonda, l'altimetro laser a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter (o LRO). Il gruppo guidato da Maria Zuber, principal investigator della missione GRAIL, ha calcolato le variazioni della gravità lunare attese in base ai dati altimetrici forniti da LRO e poi ha sottratto da questi dati le variazioni reali misurate da Ebb e Flow.

Il dato che si ricava da questa sottrazione è che ciò che giace al di sotto delle frastagliatissime caratteristiche superficiali è un materiale poroso, polverizzato e straordinariamente omogeneo. Insomma, quasi tutte le variazioni nell'attrazione gravitazionale della Luna hanno origine o da ciò che si vede in superficie o da lunghe "dighe" di magma solidificato, più denso del materiale circostante, che giacciono sotto la superficie e sono una testimonianza diretta dell'antichissima storia evolutiva del nostro satellite. A differenza della Terra, la Luna non ha, infatti, un'attività tettonica, che, con il suo rimescolamento, cancella di continuo le tracce del passato: ciò che appare nel sottosuolo della Luna è una "fotografia" di un passato che ci riporta alle origini stesse del nostro pianeta e del suo satellite.

I dati finora ottenuti dalla missione GRAIL supportano l'idea che la Luna sia nata da materiali strappati alla Terra in seguito a un gigantesco impatto primordiale, con un corpo forse delle dimensioni di Marte. Le misurazioni di Ebb e Flow indicano infatti che la crosta della Luna ha uno spessore che varia tra 34 e 43 km. È, cioè, circa 10-20 km meno spessa di quanto in precedenza stimato, il che suggerisce una somiglianza strutturale con la Terra. «Con questo spessore della crosta», afferma Mark Wieczorek dell'Institut de Physique du Globe de Paris, «la composizione di massima della Luna è simile a quella della Terra. Ciò supporta i modelli secondo i quali la Luna trasse origine da materiali terrestri che furono espulsi nel corso di un gigantesco evento di impatto, nelle epoche iniziali della storia del sistema solare».

Ebb e Flow stanno eseguendo adesso una mappatura ancora più precisa della gravità lunare, nel corso della fase estesa della loro missione: si tratta di un nuovo periodo di sorvolo in formazione, dal 30 agosto al 17 dicembre 2012, nel corso del quale l'orbita delle due sonde è stata abbassata dai 55 km iniziali a soli 25 km dalla superficie della Luna.

Riferimenti