Presenza di acqua sulla Luna?

Un mosaico di immagini della regione polare nord di Mercurio. Crediti: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory.

Nuove osservazioni dalla sonda spaziale Messenger della NASA stanno fornendo un aiuto interessante sulla presenza di acqua ghiacciata e di altri materiali volatili che sono perennemente all’ombra nelle regioni polari.

Vi sono tre linee indipendenti fra loro che supportano questa conclusione:

1. le prime misure di eccesso di idrogeno nel Polo Nord con uno spettrometro di neutroni (NeutronSpectrometer) a bordo di Messenger;
2. le prime misure sulla riflettanza dei depositi polari su Mercurio a lunghezze d’onda del vicino infrarosso con il Mercury Laser Altimeter (MLA);
3. i primi dettagliati modelli della superficie e delle temperature in prossimità della superficie del Polo Nord di Mercurio che utilizzano la topografia attuale della superficie di Mercurio misurata da MLA. Questi risultati sono stati presentati in tre articoli pubblicati pochi giorni fa su Science Express in formato elettronico.

Data la sua prossimità al Sole, Mercurio sembrerebbe un posto improbabile dove trovare presenza di ghiaccio. Ma l’inclinazione dell’asse di rotazione di Mercurio molto prossima allo zero e inferiore ad un grado fanno sì che vi siano zone nelle regioni polari dove la luce solare non arriva mai. I ricercatori ipotizzanouna decina di anni fa la presenza di ghiaccio d’acqua e di altre particelle volatili intrappolate nei poli di Mercurio.

L’ipotesi ha ricevuto un impulso nel 1991, quando al Radio Telescopio di Arecibo a Puerto Rico furono rilevate delle chiazze insolite ai poli di Mercurio, macchie che riflettevano le onde radio tanto da supporre la presenza di ghiaccio d’acqua. Molte di queste chiazze corrispondevano alla posizione di grandi crateri d’impatto mappate in precedenza dal Mariner 10, una sonda inviata negli anni Settanta del secolo scorso per lo studio del pianeta. Ma poiché il Mariner osservò meno del 50% del pianeta, i planetologi non poterono ricavare un diagramma completo dei poli da confrontare con le immagini più recenti di Arecibo.

La sonda Messenger della NASA, arrivata su Mercurio l’anno scorso, ha permesso di raccogliere una mole incredibile di dati grazie al Merucry Dual Imaging System grazie ad una sequenza di immagini nel 2011 e alle più recenti ricavate all’inizio di quest’anno confermando che le caratteristiche luminose osservate in radio nel Polo Nord e nel Polo Sud di Mercurio si trovano nelle regioni in ombra sulla superficie di Mercurio. Tali risultati sono consistenti con l’ipotesi di ghiaccio d’acqua.

Ora, i dati più recenti da Messenger indicano chiaramente che il ghiaccio d’acqua è il maggiore costituente dei depositi nel Polo Nord di Mercurio, che il ghiaccio è esposto in superficie nei depositi più freddi, ma il ghiaccio è sepolto sotto un materiale insolitamente scruo nella maggior parte dei depositi, che sono zone dove le temperature sono un po’ troppo elevate per il ghiaccio stabile in superficie.

In rosso sono mostrate le aree della regione polare nord di Mercurio che sono in ombra in tutte le immagini acquisite dalla sonda Messenger della NASA. In giallo i depositi della regione polare ripresi da radar terrestri. Questo confronto mostra che tutti i depositi individuati dai radar terrestri si trovano nelle aree perennemente in ombra come documentato dalle immagini di Messenger. Updated from N. L. Chabot et al., Journal of Geophysical Research, 117, doi: 10.1029/2012JE004172 (2012).
Crediti: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington/National Astronomy and Ionosphere Center, Arecibo Observatory.

Messenger utilizza la spettroscopia a neutroni per misurare le concentrazioni medie di idrogeno nelle regioni che appaiono chiare al radar. Le concentrazioni di ghiaccio d’acqua si ricavano dalle misure dell’idrogeno. “I dati indicano che i depositi chiari al radar contengono, in media, uno strato ricco di idrogeno di oltre una decina di centimetri di spessore sotto lo strato superficiale di 10-20 centimetri che è meno ricco di idrogeno” scrive David Lawrence, Participating Scientist di Messenger presso il The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory e autore capo di uno dei paper. “Lo strato nascosto ha un contenuto d’idrogeno molto vicino al ghiaccio d’acqua puro”.

I dati dal Mercury Laser Altimeter (MLA) di Messenger, che ha inviato più di 10 milioni di impulsi laser sulla superficie per fare delle mappe dettagliate della topografia del pianeta, confermano i risulsati radar e le misure del Neutron Spectrometer della regione polare di Mercurio, scrive Gregory Neumann del Goddard Space Flight Center della NASA. In un secondo paper, Neumann e i suoi colleghi riferiscono che le prime misurazioni di MLA delle regioni polari in ombra  rivelano la presenza di depositi irregolari chiari e scuri misurati nel vicino infrarosso e posizionati vicino al polo nord di Mercurio.

La correlazione tra la riflettanza osservanza e le temperature ricavate dai modelli indicano che le regioni otticamente chiare sono consistenti con ghiaccio d’acqua in superficie. L’MLA inoltre ha registrato macchie scure con una riflettanza inferiore, consistenti con la teoria seconda la quale il ghiaccio in queste aree è coperto da uno strato termicamente isolante. Neumann suggerisce che gli impatti di comete o asteroidi ricchi di materiale volatile possano essere la fonte sia dei depositi chiari che di quelli scuri, una scoperta che è stata pubblicata nel terzo paper di David Paige dell’University of Califonrnia, Los Angeles.

Paige e i suoi colleghi hanno fornito i primi modelli dettagliati della superficie  e delle temperature vicino alla superficie delle regioni polari nord di Mercurio grazie alla topografia della superificie del pianeta ottenuta con l’MLA. Anche in questo caso i risultati portano ad affermare che vi debba essere una distribuzione di ghiaccio d’acqua termicamente stabile. Inoltre, il materiale scuro è probabilmente un miscuglio di componenti organici complessi lasciati sul pianeta più interno del sistema solare da impatti cometari e da asteroidi ricchi di materiali volatili, anche questa idea viene a confermare quanto scritto negli altri paper. Il materiale organico potrebbe essere diventato scuro con l’esposizione alla radiazione solare che colpisce la superficie del pianeta anche in zone perennemente in ombra.

Questo materiale scuro isolante è una nuova piega nella storia della scienza secondo Sean Solomon del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University, Principal Investigator della Mission Messenger. Per oltre vent’anni si è dubitato se il pianeta più vicino al Sole potesse o meno ospitare ghiaccio d’acqua nelle regioni polari perennemente in ombra. Ora la missione Messenger ha fornito una prova positiva a tale questione.

“Ma le nuove osservazioni hanno inoltre sollevato altri nuovi interrogativi” ha affermato Solomon. “I materiali scuri nei depositi polari sono formati soprattutto da componenti organici? Che tipo di reazioni chimiche mostra il materiale analizzato? Vi sono delle regioni in superficie o sotto di essa che potrebbero avere acqua liquida o componenti organici? Solo con esplorazioni ulteriori e ocn uno studio continuativo potremo rispondere a queste domande”.

Per ulteriori informazioni sulla Missione Messanger: http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/main/index.html e http://messenger.jhuapl.edu/

Fonte NASA- MESSENGER Finds New Evidence for Water Ice at Mercury’s Poles: http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/media/PressConf20121129.html

Permanently Shadowed Polar Craters – A Mosaic of MESSENGER Images of Mercury’s North Polar Region -  http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/multimedia/PressConf20121126_2.html

Permanently Shadowed Polar Craters – http://www.nasa.gov/mission_pages/messenger/multimedia/PressConf20121126_3.html

Sabrina