La faccia che la Luna mostra alla Terra sembra molto diversa da quella che nasconde sul suo lato opposto. Il lato vicino è dominato dal mare lunare, i vasti resti di colore scuro di antiche colate laviche. Il lato nascosto è praticamente privo di caratteristiche dovute a queste colate laviche su larga scala. Perché i due lati sono così diversi è uno dei misteri più duraturi della Luna. Ora, i ricercatori hanno una nuova spiegazione che fa riferimento a un impatto gigante miliardi di anni fa vicino al polo sud della Luna.
Un nuovo studio pubblicato sulla rivista Science Advances mostra che l'impatto che ha formato il gigantesco bacino Polo Sud-Aitken (SPA) della Luna avrebbe creato un enorme pennacchio di calore che si è propagato attraverso l'interno lunare. Quel pennacchio avrebbe trasportato alcuni materiali, una serie di terre rare e elementi che producono calore, sul lato vicino della Luna. Quella concentrazione di elementi avrebbe contribuito al vulcanismo che ha creato le pianure vulcaniche.
"Sappiamo che grandi impatti come quello che ha formato SPA creerebbero molto calore", ha spiegato Matt Jones, dottorando presso la Brown University e autore principale dello studio. "La domanda è come quel calore influenzi le dinamiche interne della Luna. Quello che mostriamo è che ciò, in qualsiasi condizione plausibile al momento in cui si è formata la SPA, finisca per concentrare questi elementi che producono calore sul lato vicino. Ci aspettiamo che questo abbia contribuito allo scioglimento del mantello che ha prodotto i flussi di lava che vediamo in superficie".
Lo studio è stato una collaborazione tra Jones e il suo consulente Alexander Evans, un assistente professore alla Brown, insieme a ricercatori della Purdue University, del Lunar and Planetary Science Laboratory in Arizona, della Stanford University e del Jet Propulsion Laboratory della NASA.
Le differenze tra i lati vicini e lontani della Luna furono rivelate per la prima volta nel 1960 dalle missioni sovietiche Luna e dal programma Apollo degli Stati Uniti. Mentre le differenze nei depositi vulcanici sono evidenti, le missioni future indagheranno anche le differenze nella composizione geochimica. Il lato vicino ospita un'anomalia compositiva nota come Procellarum KREEP terrane (PKT), una concentrazione di potassio (K), elementi delle terre rare (REE), fosforo (P), insieme a elementi che producono calore come il torio. KREEP sembra essere concentrato dentro e intorno a Oceanus Procellarum, la più grande delle pianure vulcaniche vicine, ma è scarso altrove sulla Luna.
Alcuni scienziati hanno sospettato una connessione tra il PKT e le colate laviche vicine, ma la domanda sul perché quella suite di elementi fosse concentrata sul lato vicino è rimasta. Questo nuovo studio fornisce una spiegazione che è collegata al bacino Polo Sud-Aitken, il secondo più grande cratere da impatto conosciuto nel sistema solare.
Per lo studio, i ricercatori hanno condotto simulazioni al computer di come il calore generato da un impatto gigante altererebbe i modelli di convezione all'interno della Luna e di come ciò potrebbe ridistribuire il materiale KREEP nel mantello lunare. Si pensa che KREEP rappresenti l'ultima parte del mantello a solidificarsi dopo la formazione della Luna. Come tale, probabilmente formava lo strato più esterno del mantello, appena sotto la crosta lunare. I modelli dell'interno lunare suggeriscono che avrebbe dovuto essere distribuito più o meno uniformemente sotto la superficie. Ma questo nuovo modello mostra che la distribuzione uniforme sarebbe interrotta dal pennacchio di calore dell'impatto della SPA.
Secondo il modello, il materiale KREEP avrebbe galleggiato sull'onda di calore emanata dalla zona di impatto SPA. Mentre il pennacchio di calore si diffondeva sotto la crosta lunare, quel materiale fu infine consegnato in massa al lato a noi vicino. Il team ha eseguito simulazioni per una serie di diversi scenari di impatto. Mentre ognuno produceva diversi modelli di calore, tutti creavano concentrazioni KREEP sul lato vicino, coerenti con l'anomalia PKT.
I ricercatori dicono che il lavoro fornisce una spiegazione credibile per uno dei misteri più duraturi della Luna. "Come si è formato il PKT è probabilmente la questione aperta più significativa nella scienza lunare", ha spiegato Jones. "E l'impatto Polo Sud-Aitken è uno degli eventi più significativi della storia lunare. Questo lavoro mette insieme queste due cose e penso che i nostri risultati siano davvero entusiasmanti".