Nello spazio fabbriche chimiche per creare l’acqua

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Per fare l’acqua ci vuole il Sole (e un po’ di roccia), una fabbrica chimica per il prezioso liquido. Gli scienziati della Nasa hanno scoperto che i protoni del vento solare, quando arrivano sulla Luna, interagiscono con gli elettroni presenti sulla sua superficie, formando atomi di idrogeno che si legano agli innumerevoli atomi di ossigeno presenti nella silice e in altre molecole che costituiscono il suolo lunare, portando alla formazione del gruppo idrossile, di cui è composta l’acqua.

Luna gibbosa. Crediti: Ernie Wright/Nasa
Luna gibbosa. Crediti: Ernie Wright/Nasa

Gli scienziati della Nasa hanno scoperto che il vento solare, arrivando sulla Luna alla velocità di 450 chilometri al secondo, arricchisce la sua superficie con ingredienti che potrebbero portare alla formazione dell’acqua. Per riuscire a stabilirlo, i ricercatori hanno simulato al computer la chimica che si sviluppa quando il vento solare lambisce la superficie della Luna, scoprendo che i protoni del vento solare, quando arrivano sulla Luna, interagiscono con gli elettroni presenti sulla sua superficie, formando atomi di idrogeno (H). Questi atomi si spostano sulla superficie del nostro satellite e si legano agli innumerevoli atomi di ossigeno (O) presenti nella silice (SiO2) e ad altre molecole portatrici di ossigeno che costituiscono il suolo lunare, composto principalmente di regolite. Insieme, idrogeno e ossigeno formano il gruppo idrossile (OH, impropriamente detto ossidrile), un componente dell’acqua (H2O).

«Pensiamo all’acqua come a questo speciale composto magico», dice William M. Farrell, un fisico del plasma presso il Goddard Space Flight Center della Nasa, che ha contribuito a sviluppare la simulazione. «Ma abbiamo trovato una cosa incredibile: ogni roccia ha in sé il potenziale per produrre acqua, in particolar modo dopo essere stata irradiata dal vento solare».

Orenthal James Tucker, fisico del Goddard che ha guidato la ricerca, afferma che è fondamentale capire quanta acqua – o i suoi componenti chimici – sono disponibili sulla Luna, per raggiungere l’obiettivo della Nasa di inviare esseri umani al fine di stabilire sul nostro satellite una presenza permanente. «Stiamo cercando di capire le dinamiche del trasporto di risorse preziose come l’idrogeno attorno alla superficie lunare e in tutta la sua esosfera, così possiamo sapere dove andarle a raccogliere», ha detto Tucker, che ha recentemente descritto la simulazione sulla rivista Jgr Planets.moon solar wind Crediti: Nasa/JoAnna WendelDiversi satelliti spaziali hanno utilizzato strumenti a infrarossi per misurare la radiazione emessa dalla Luna, al fine di identificare la chimica sulla sua superficie: Deep Impact della Nasa, che ha avuto numerosi incontri ravvicinati con il sistema Terra-Luna mentre era in rotta verso la cometa 103P/Hartley, la sonda Cassini della Nasa, che è transitata vicino alla Luna sulla via per Saturno e l’indiano Chandrayaan-1, che orbitò sulla Luna un decennio fa. Tutti trovarono evidenza di acqua o dei suoi componenti (idrogeno o idrossile).

Ma come avvenga la formazione di questi atomi e composti sulla Luna rimane una questione ancora aperta. È possibile che gli impatti di meteoriti avviino le reazioni chimiche necessarie, ma molti scienziati ritengono che il motore principale sia il vento solare e la simulazione di Tucker, che traccia il ciclo di vita degli atomi di idrogeno sulla Luna, supporta quest’ultima ipotesi.

«Da una precedente ricerca, sappiamo quanto idrogeno proviene dal vento solare, sappiamo anche quanto ne è presente nell’atmosfera sottilissima della Luna e abbiamo misurazioni di idrossile sulla superficie», ha detto Tucker. «Quello che abbiamo fatto ora è capire come queste tre scorte di idrogeno siano fisicamente intrecciate».

Mostrare come gli atomi di idrogeno si comportino sulla Luna ha aiutato a capire il motivo per cui diversi satelliti hanno trovato fluttuazioni nella quantità di idrogeno, in diverse regioni della Luna. Grazie a questa ricerca, il team ha concluso che nelle regioni più calde, come l’equatore della Luna, si accumula meno idrogeno perché gli atomi di idrogeno depositati lì vengono energizzati dal Sole e rapidamente passano dalla superficie all’esosfera. Viceversa, sembra che nelle zone più fredde, vicino ai poli, si accumuli più idrogeno perché c’è meno radiazione solare e il degassamento risulta rallentato.

Nel complesso, la simulazione di Tucker ha mostrato come il vento solare, che soffia continuamente sulla superficie della Luna, rompa i legami tra gli atomi di silicio, ferro e ossigeno che costituiscono la maggior parte del suolo della Luna, lasciando atomi di ossigeno con legami incompleti. Gli atomi di idrogeno, che fluiscono attraverso la superficie della Luna, vengono temporaneamente intrappolati all’ossigeno (più a lungo nelle regioni fredde rispetto a quelle calde). Fluttuano da ossigeno a ossigeno, prima di diffondersi finalmente nell’atmosfera della Luna e, infine, nello spazio. «L’intero processo è come una fabbrica chimica», ha detto Farrell.

«Una conseguenza importante di questo risultato», conclude Farrell, «è che ogni corpo composto di silice presente nello spazio – dalla Luna fino a un piccolo granello di polvere – ha il potenziale per creare idrossile e diventare così una fabbrica chimica per l’acqua».

Il vento solare, rilasciato dalla nostra stella, nel suo viaggio attraverso il sistema solare, colpisce tanti mondi con le sue particelle e radiazioni che possono scorrere fino alle superfici dei vari pianeti, a meno che non siano ostacolate da un’atmosfera, da un campo magnetico o da entrambi. In questa immagine si vede come queste particelle solari interagiscono con alcuni pianeti e altri corpi celesti. Crediti: Goddard Space Flight Center della Nasa / Mary Pat Hrybyk-Keith
Il vento solare, rilasciato dalla nostra stella, nel suo viaggio attraverso il sistema solare, colpisce tanti mondi con le sue particelle e radiazioni che possono scorrere fino alle superfici dei vari pianeti, a meno che non siano ostacolate da un’atmosfera, da un campo magnetico o da entrambi. In questa immagine si vede come queste particelle solari interagiscono con alcuni pianeti e altri corpi celesti. Crediti: Goddard Space Flight Center della Nasa / Mary Pat Hrybyk-Keith
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