Come si forma la ruggine sulla Luna e quale ruolo ha l'ossigeno della Terra

Luna arrugginita dall'ossigeno della Terra: sembra un controsenso, eppure è l'ipotesi con cui un gruppo di ricercatori spiega alcune tracce trovate sul nostro satellite. Lo studio le attribuisce all'ematite, un ossido di ferro parente stretto della ruggine, e le segnala soprattutto nelle regioni polari e sul lato della Luna sempre rivolto verso di noi.

Lo scenario è stato proposto da Shuai Li dell'Università delle Hawaii e dai suoi collaboratori in uno studio pubblicato nel 2020 su Science Advances. Per ora resta un'ipotesi: spiega molti indizi, ma per confermarla servono altri dati.

Dove si trovano gli indizi di ruggine sulla Luna

Gli indizi arrivano dalla missione Chandrayaan-1, progettata dall'Agenzia Spaziale Indiana (ISRO) insieme a NASA, ESA e AAB e lanciata nell'ottobre 2008. A bordo c'erano un orbiter con sensori ad alta risoluzione nel visibile, nell'infrarosso e nei raggi X e un impattore da 29 kg.

L'impattore si è schiantato sulla superficie lunare come previsto il 14 novembre 2008. L'orbiter, invece, ha avuto una vita più breve: alcuni problemi tecnici l'hanno ridotta a una decina di mesi.

Lo strumento decisivo era il Moon Mineralogy Mapper (M3), uno spettrometro a immagine che lavorava nel visibile e nel vicino infrarosso. In modalità di mappatura globale campionava la superficie con una risoluzione da 140 a 280 metri per pixel.

Ma come si riconosce la ruggine da centinaia di chilometri? Il team di Shuai Li ha analizzato a fondo alcune caratteristiche spettrali nei dati raccolti sopra i poli, riconducendole all'ematite. In pratica, il team l'ha interpretata come la firma dell'ossido di ferro.

Il primo colpo di scena riguarda la posizione. Le regioni polari ospitano numerosi crateri che contengono ghiaccio, eppure la firma attribuita all'ematite compariva lontano da quei depositi.

Il secondo riguarda la distribuzione tra le due facce. Le firme attribuite all'ossido, molto più frequenti sull'emisfero rivolto verso la Terra, hanno fatto scattare la domanda chiave: e se c'entrasse l'ossigeno del nostro pianeta?

Come la Terra porta ossigeno sulla Luna

La ruggine sembra inseparabile dalla Terra, dall'aria e dall'umidità. Per questo trovarne tracce sulla Luna appare quasi impossibile, e invece la chiave starebbe proprio qui: la magnetosfera terrestre può creare temporaneamente sul satellite condizioni favorevoli all'ossidazione.

Il primo tassello arriva dalle osservazioni della sonda giapponese Kaguya, pubblicate nel 2017: l'ossigeno dell'alta atmosfera terrestre riesce a raggiungere la Luna. A trasportarlo sono le estensioni delle linee di campo magnetico della magnetosfera, che lo incanalano fino al satellite.

C'è poi un fattore legato al passato. La Luna si sta lentamente allontanando dalla Terra: quando era più vicina, poteva essere investita da una quantità maggiore di ossigeno.

Secondo i ricercatori, la coda magnetica terrestre svolge anche un secondo lavoro. Oltre a incanalare l'ossigeno dell'alta atmosfera, blocca il flusso di idrogeno trasportato dal vento solare.

L'effetto si fa sentire in determinati periodi dell'orbita lunare, in particolare con la Luna piena. In quei momenti l'estensione del campo magnetico terrestre può bloccare più del 99% del vento solare.

Insomma, periodicamente il nostro satellite si ritroverebbe in una finestra favorevole: ossigeno in arrivo dalla Terra e idrogeno del Sole tenuto fuori. Sono proprio le condizioni in cui i processi di ossidazione che portano alla ruggine possono mettersi in moto.

Acqua e polvere, gli ingredienti del modello

Nel modello proposto, però, entra in gioco anche l'acqua. La ricetta richiede quindi un meccanismo che la renda disponibile nel posto giusto.

Che nel suolo lunare ci sia qualcosa di legato all'acqua lo dicono anche le rocce delle missioni Apollo. In un campione di basalto raccolto con Apollo 14 nel 1971, ricercatori del Caltech e dell'Università del Tennessee hanno trovato gruppi ossidrilici legati all'interno di un minerale, l'apatite.

Le quantità sono minime e le stime approssimative: circa 1600 parti per milione, cioè lo 0,16% in peso. In più l'apatite analizzata è poco abbondante sulla Luna, ma il risultato mostra che il satellite contiene anche materiali idratati.

Lo studio sull'ematite punta su un meccanismo preciso: il bombardamento di polvere che colpisce di continuo la superficie lunare. Gli urti provocati da queste particelle potrebbero staccare dai minerali dello strato più esterno le molecole di idrossile (OH).

Una volta libero, l'idrossile può mescolarsi con il ferro presente nel suolo. Al momento propizio, la reazione può dare origine agli ossidi.

Le stesse particelle di polvere potrebbero anche portare con sé molecole d'acqua. E il calore sprigionato dai loro impatti potrebbe aumentare il tasso di ossidazione, accelerando la formazione della ruggine.

Vento solare e dubbi aperti sulla ruggine lunare

Perché allora tanto stupore? La Luna è tutt'altro che un ambiente ideale per le reazioni che producono l'ematite, e il confronto con Marte aiuta a capirlo.

Il Pianeta Rosso deve il suo colore a ossidi di ferro formatisi quando la sua superficie era ricca d'acqua. Il suolo lunare, al contrario, è molto secco: nei campioni Apollo le tracce di idrossile sono emerse solo di recente, e con strumenti molto sensibili.

Poi c'è il vento solare, un flusso di particelle cariche emesso dal Sole e particolarmente ricco di idrogeno, che colpisce la superficie lunare per gran parte dell'orbita. Quando incontra i composti di ferro, l'idrogeno svolge il ruolo di riducente, perché mette a disposizione elettroni.

L'ossidazione richiede invece che gli elettroni vengano sottratti. Ecco perché, in teoria, il vento solare si oppone ai processi che portano all'ematite.

Anche la Terra è investita dall'idrogeno del vento solare, ma a proteggerla ci pensa il suo campo magnetico. La Luna non ha uno scudo magnetico globale, ma beneficia della protezione periodica della coda magnetica terrestre.

Neppure il ghiaccio dei crateri polari risolve il caso. Viste le zone in cui compaiono le firme attribuite all'ossido, quei depositi non spiegano direttamente la sua formazione.

Per chiudere il cerchio servono altri dati. Bisogna capire come l'acqua interagisca con i minerali lunari e perché deboli firme attribuite all'ematite compaiano anche sull'emisfero più lontano dalla Terra, dove l'ossigeno terrestre non dovrebbe arrivare.

Shuai Li, presentando la scoperta, ha indicato la posta in gioco: "Questa scoperta ridisegnerà la nostra conoscenza sulle regioni polari della Luna. La Terra potrebbe aver svolto un ruolo importante nell'evoluzione della superficie lunare".