Enigma delle due facce lunari svelato dai campioni nascosti

La Luna, il nostro affascinante satellite naturale, mostra da sempre due facce completamente diverse. Il lato visibile è caratterizzato da grandi distese di basalto vulcanico scuro e pianeggianti, mentre il lato nascosto appare aspro, dominato da altopiani fortemente craterizzati e da una crosta molto più spessa. Per decenni, gli scienziati si sono chiesti quale fosse l’origine di questa marcata asimmetria strutturale. Grazie alle analisi condotte sulle rocce riportate dalla missione cinese Chang’e-6 dal lato nascosto, oggi disponiamo di nuove e importanti risposte.

Il viaggio della missione Chang’e-6 e la scoperta delle rocce nascoste

Nel corso del 2024, la missione Chang’e-6 ha compiuto un’impresa storica, diventando la prima a recuperare campioni di regolite direttamente dal lato nascosto della Luna, precisamente all’interno del bacino Aitken del Polo Sud. Un team di ricerca guidato dal professor Hejiu Hui dell’Università di Nanchino ha esaminato la composizione chimica di questi frammenti, confrontandoli con i materiali raccolti decenni prima dalle missioni Apollo e Chang’e-5 sul lato visibile.

Gli studiosi si sono concentrati su tre categorie principali di rocce:

• Le anortositi, rocce tipiche della crosta originaria.

• Le rocce della serie Mg, formate da interazioni profonde tra la crosta e il mantello.

• I basalti di mare, originati dalla fusione parziale del mantello.

Le sorprese chimiche sotto la superficie lunare

Confrontando i campioni, i ricercatori hanno scoperto che il mantello lunare sottostante non presenta grandi differenze di composizione tra i due emisferi. I basalti del lato nascosto e quelli del lato visibile mostrano caratteristiche chimiche simili, suggerendo che i materiali originari accumulati durante la cristallizzazione dell’antico oceano di magma lunare fossero piuttosto uniformi.

Tuttavia, la crosta racconta una storia completamente diversa. Le anortositi del lato nascosto contengono una quantità maggiore di magnesio rispetto a quelle del lato visibile e la crosta risulta notevolmente più spessa. Inoltre, le rocce della serie Mg raccolte dalla sonda Chang’e-6 mostrano una forte carenza di elementi delle terre rare, potassio e fosforo (noti come componenti KREEP), a differenza delle analoghe rocce delle missioni Apollo.

L’influenza della gravità terrestre e del calore

Per spiegare queste differenze, gli scienziati hanno elaborato un modello basato sulla storia termica primordiale della Luna. Nelle prime fasi, la Luna possedeva un immenso oceano di magma globale. Quando il satellite è entrato in rotazione sincrona con la Terra, rimanendo cioè con la stessa faccia sempre rivolta verso il nostro pianeta, le forze di marea gravitazionali hanno generato una quantità di calore molto superiore sul lato vicino.

Questo riscaldamento non uniforme ha innescato una circolazione orizzontale su larga scala all’interno del magma fuso. Il magma caldo si è spostato dal lato vicino verso quello lontano, trascinando con sé grandi quantità di materiale anortositico ricco di magnesio. Questo movimento ha provocato:

• Un accumulo massiccio di crosta sul lato nascosto, rendendolo più spesso.

• Una concentrazione preferenziale dei residui di magma più tardivi, come i materiali ricchi di KREEP e ilmenite, verso il lato visibile.

Questo affascinante meccanismo di convezione termica laterale spiega perché la Luna possieda un mantello simile ma due facce così radicalmente differenti.

Approfondimenti tecnici dal documento di ricerca originale

• Analisi petrografica e tessiturale tridimensionale: L’identificazione di 37 frammenti di altopiani e 10 frammenti basaltici nel campione di regolite assegnato (CE6C0200YJFM002) è stata condotta integrando osservazioni petrografiche, analisi della tessitura in 3D e spettrometria a dispersione di energia per la determinazione degli elementi maggiori.

• Indici di magnesio e anortite: Nei campioni della serie Mg del lato nascosto, i valori di Mg# [definito come il rapporto molare $Mg / (Mg + Fe) \times 100$] variano tra $58.3$ e $88.3$, mentre l’anortite nel plagioclasio (An) si attesta su valori elevati compresi tra $90.3$ e $98.5$, indicando una spiccata povertà di elementi alcalini.

• Cronologia radiometrica U-Pb e isotopi di piombo: Le analisi in situ tramite spettrometria di massa a ionizzazione secondaria (SIMS) su cinque frammenti basaltici hanno permesso di definire un’isocrona integrata piombo-piombo (${}^{207}Pb/{}^{206}Pb$ rispetto a ${}^{204}Pb/{}^{206}Pb$) che stabilisce un’età di cristallizzazione dei basalti di $2812.1 \pm 4.9$ milioni di anni, con un rapporto sorgente ${}^{238}U/{}^{204}Pb$ ($\mu$) stimato a $330 \pm 39$, evidenziando una sorgente mantellica estremamente impoverita.

• Modellazione degli elementi in tracce e rapporti isotopici dello stronzio: Le composizioni isotopiche dello stronzio misurate tramite LA-MC-ICP-MS sui plagioclasi dei basalti hanno fornito rapporti iniziali ${}^{87}Sr/{}^{86}Sr$ coerenti con un rapporto ${}^{87}Rb/{}^{86}Sr$ compreso tra $0.002$ e $0.019$, confermando l’origine dei magmi parentali da una fusione parziale del $2\%-3\%$ di un mantello derivato direttamente dall’oceano di magma lunare primordiale e privo di contaminazione KREEP significativa.

Traduzione abstract. La disponibilità dello studio completo, in accesso libero o riservato, è verificabile tramite il link del DOI nel box sotto se disponibile.

Abstract

Svelare l’origine dell’asimmetria tra il lato nascosto e quello visibile della Luna richiede il confronto di diverse litologie provenienti da entrambi gli emisferi, un compito a lungo ostacolato dall’assenza di campioni del lato nascosto. In questo studio, presentiamo dati geochimici relativi alle litologie di Chang’e 6 (CE6) provenienti dal lato nascosto, che rivelano differenze sistematiche rispetto alle loro controparti del lato visibile. Le anortositi di CE6 sono più ricche di magnesio, mentre i campioni della suite Mg di CE6 presentano contenuti inferiori di potassio, elementi delle terre rare e fosforo (KREEP). Tuttavia, i campioni della suite Mg di CE6 hanno valori di Mg# paragonabili a quelli delle rocce della suite Mg delle missioni Apollo. La sorgente del mantello dei basalti di CE6, risalenti a 2,8 miliardi di anni fa, è simile a quella dei basalti a basso contenuto di titanio delle missioni Apollo. Questo confronto geochimico sistematico tra le litologie del lato nascosto e del lato visibile, che campionano strati distinti di prodotti dell’oceano di magma lunare (LMO), indica che il mantello non presenta una chiara dicotomia compositiva. Al contrario, la crosta anortositica del lato nascosto è più ricca di magnesio e più spessa, mentre i prodotti LMO di fase avanzata potrebbero essere più sottili sul lato nascosto. Pertanto, proponiamo che l’asimmetria osservata tra lato nascosto e lato visibile abbia avuto origine dalla convezione termica laterale all’interno di un LMO di lunga durata sulla Luna in rotazione sincrona.

by