Un nuovo studio, pubblicato su Science Advances , ha affinato alcuni importanti dettagli sul cratere da impatto più grande e antico della Luna, che si estende per oltre 2.000 km sul lato nascosto del satellite. Queste nuove informazioni possono essere utili per la pianificazione della prossima missione Artemis della NASA, prevista per il 2028.
Il bacino Polo Sud-Aitken (SPA) della Luna
Il bacino Polo Sud-Aitken (SPA) è il bacino da impatto più grande e più antico confermato sulla Luna. Il bacino ha una forma ellittica affusolata unica, che ha incuriosito gli scienziati e acceso un dibattito sulla direzione e la natura dell’impatto che lo ha formato. Alcune asimmetrie nella crosta suggeriscono una traiettoria verso nord dell’impattore, mentre la forma e la struttura del bacino suggeriscono una traiettoria verso sud.
Gli autori del nuovo studio scrivono: “I grandi bacini sulla Luna e su altri corpi solidi (ad esempio, Marte e Plutone) sono ellissi che si restringono in direzione longitudinale. Il restringimento del bacino di SPA verso sud, un gradiente di spessore crostale più ripido verso nord e la presenza di un deposito ricco di torio e ferro a sud-ovest di SPA, oltre il bordo del bacino, supportano una traiettoria di impatto verso sud.”
La direzione dell’impatto determina inoltre dove il materiale espulso, compreso quello proveniente dal mantello lunare, potrebbe essere atterrato durante e dopo l’impatto. Modelli precedenti hanno suggerito un intervallo di dimensioni compreso tra 200 e 400 km per la larghezza dell’impattore con un angolo di impatto tra 30° e 45°. Tuttavia, i modelli precedenti non hanno analizzato la relazione tra la direzione dell’impatto e la distribuzione dello spessore crostale osservata con il metodo SPA, né la sua forma conica e la distribuzione del materiale espulso. Determinare tali dettagli può aiutare a chiarire la storia della Luna e a pianificare le future missioni lunari, in particolare Artemis.
Affinare la conoscenza di un evento cruciale nella storia della Luna.
Per comprendere meglio il bacino SPA e l’oggetto che lo ha formato, il team ha utilizzato simulazioni 3D ad alta risoluzione per modellare l’impatto con parametri variabili su un bersaglio simile alla Luna. Nelle simulazioni sono stati utilizzati sia corpi differenziati che non differenziati , dove i materiali nei corpi differenziati erano stati separati in un nucleo denso e strati esterni attraverso un processo di riscaldamento nelle prime fasi della loro formazione. Anche le dimensioni, l’angolo e la velocità dell’impattore sono stati variati nelle simulazioni. Il team ha confrontato i risultati di ciascuna simulazione con le caratteristiche osservate del bacino.
La migliore corrispondenza ottenuta dai loro modelli ha mostrato che la forma del bacino SPA è meglio spiegata da un impattore differenziato, largo 260 km, che ha colpito da nord a sud con un angolo ridotto, senza penetrare completamente nella superficie lunare. Affermano che il nucleo denso dell’impattore è responsabile della caratteristica rastrematura del bacino. I modelli mostrano che il materiale viene espulso, poi, verso la fine, il cratere transitorio collassa per gravità creando un grande sollevamento centrale asimmetrico. La maggior parte del materiale del mantello lunare espulso dall’impatto è ricaduta nel bacino.
Le variazioni nella velocità degli oggetti hanno determinato forme diverse del cratere. A 10 km/s, i modelli mostravano una forma simile al caso più plausibile ipotizzato dal team, ma la rastrematura risultava esagerata. A 16 km/s, il cratere era troppo circolare rispetto alla vera SPA, il che significa che la velocità dell’oggetto era probabilmente intermedia. La velocità fornisce anche indizi sulla sua origine.
Un’opportunità per Artemide
Uno degli obiettivi principali dello studio era determinare la distribuzione del materiale espulso dal mantello attorno all’area di studio e scoprire se fosse possibile ottenere campioni durante le prossime missioni. Le simulazioni hanno mostrato che il materiale espulso si è depositato secondo uno schema “a farfalla”, con il materiale del mantello distribuito a circa 550 km oltre il bordo in direzione longitudinale e a 650 km in direzione trasversale. Non è stata invece rilevata alcuna espulsione di materiale del mantello in direzione trasversale.
Poiché la prossima missione lunare Artemis prevede di atterrare nella regione polare meridionale della Luna, vicino al bordo meridionale della Stazione Spaziale Internazionale, il team ritiene probabile che si possa prelevare un campione del mantello lunare, ammesso che le loro simulazioni siano corrette.
Il team scrive: “Per l’impatto da sud a nord precedentemente ipotizzato, la regione di atterraggio di Artemis appena oltre il bordo topografico post-collasso sarebbe priva di materiale espulso dal mantello lunare. Al contrario, per una traiettoria da nord a sud, i nostri modelli prevedono che la missione Artemis III atterrerà a valle del punto d’impatto, supponendo che la nostra interpretazione di una traiettoria verso sud sia corretta. Se un impatto da nord a sud ha prodotto SPA, la missione Artemis III potrebbe atterrare all’interno del deposito di materiale espulso che conteneva materiale del mantello scavato dall’impatto che ha formato SPA.”
Il team osserva che la risoluzione dello studio, sebbene elevata per i modelli 3D, potrebbe comunque non cogliere dettagli più fini come la deformazione crostale e la distribuzione del materiale espulso. Tuttavia, i campioni della missione Artemis probabilmente metteranno alla prova direttamente queste previsioni nei prossimi anni. Il team afferma che questi campioni potranno anche contribuire a rivelare l’età della SPA e la composizione del mantello lunare.
“La nostra migliore approssimazione, che privilegia una velocità d’impatto di 13 km/s, implica che l’impattore SPA si trovasse su un’orbita simile a quella terrestre a bassa inclinazione prima di colpire la Luna. Data l’evoluzione collisionale e dinamica dei planetesimi residui, la fonte più probabile dell’impattore SPA è da ricercarsi nella zona marziana piuttosto che nella zona Venere-Terra. I corpi presenti nella zona marziana sono stati trasportati lì e/o si sono formati in situ durante le prime fasi del sistema solare.”
Nonostante sia il bacino più antico e più grande conosciuto, dettagli fondamentali come le dimensioni dell’impattore, la sua natura, la direzione dell’impattore e il destino del materiale espulso rimangono incerti. In questo studio, simuliamo la formazione di SPA e la conseguente struttura crostale. Scopriamo che la forma ellittica di SPA, che si restringe verso sud, è meglio riprodotta da un impattore differenziato di 260 km di diametro con una traiettoria da nord a sud. In questo scenario, l’impatto disperde materiali del mantello lunare sia in direzione trasversale che longitudinale, allontanandosi dal lato nascosto della Luna. Gran parte del materiale espulso dal mantello collassa all’interno del bacino, in accordo con la distribuzione dedotta dalla gravità. Questi risultati suggeriscono che i siti di atterraggio di Artemis vicino al polo sud lunare dovrebbero contenere abbondante materiale espulso da SPA, inclusi materiali del mantello. I campioni riportati da queste regioni dovrebbero quindi rivelare l’età di SPA e la composizione del mantello lunare.
by 