Gli scienziati hanno trovato i resti del planetoide Theia, che si e’ scontrato con la Terra 4 miliardi e mezzo di anni fa, strappandogli ampie porzioni di mantello e dando cosi’ luogo alla formazione della Luna.
Questa teoria, della nascita della Luna per impatto di un planetoide, era uno dei principali risultati scientifici delle missioni Apollo: la Luna e’ fatta di Terra, in particolare di mantello terrestre. I resti di Theia si troverebbero, disposti in modo non uniforme, sulla superficie esterna del nucleo ferroso del nostro pianeta, circa 2900 Km sotto la superficie.
Era gia’ noto da alcuni decenni la presenza di due massicci “blobs” di materiale lassivo, di diverse migliaia di Km di dimensione orizzontale e spessi alcune centinaia di Km, posizionati nelle profondita’ sotto al mantello. Uno si trova sotto l’Africa e uno sotto l’Oceano Pacifico.
Questi blobs sono chiamati “large low-velocity provinces” (LLVP per gli amici…) a causa della differente velocita’ con cui le onde sismiche si propagano attraverso essi, rispetto alla velocita’ di propagazione nel mantello e nel nucleo ferroso della Terra.
I risultati della ricerca sono pubblicati sulla rivista scientifica Nature.
Si noti comunque che questa tesi e’ una di quelle possibili: un’altra interpretazione attribuisce l’origine degli LLVP a rimanenze di crosta oceanica finita nel mantello per subduzione miliardi di anni fa.
Gli scienziati hanno rilevato una quantità sorprendente, per la Terra, di Elio-3, una rara versione di Elio, che e’ famosa per la sua relativa abbondanza sulla superficie lunare e per la sua utilita’ per alimentare reattori a fusione nucleare con alto rendimento e con meno emissione di neutroni rispetto alla versione con Deuterio e Trizio (isotopi dell’Idrogeno). E’ stata trovata una abbondanza circa 67 volte maggiore del normale nelle rocce vulcaniche dell’isola canadese di Baffin, avvalorando la teoria secondo cui il gas nobile sta fuoriuscendo dal nucleo della Terra – e ciò avviene da millenni.
Il gruppo di ricerca ha rilevato anche l’Elio-4 all’interno delle rocce.
Ma mentre l’Elio-4 è comune sulla Terra, l’Elio-3 si trova più facilmente altrove nel cosmo, motivo per cui gli scienziati sono rimasti sorpresi nel rilevare una quantità maggiore dell’elemento rispetto a quanto precedentemente riportato nelle rocce dell’isola di Baffin. Uno studio che descrive la scoperta e’ stato pubblicato di recente sulla rivista Nature.
Questo non cambia molto nel forte interesse di Cina e Stati Uniti per l’Elio-3 lunare, siccome sulla Terra rimane comunque mooolto raro rispetto alla Luna. E quindi rimane tutto l’interesse per tornare sulla Luna, al di la’ ovviamente delle ovvie ragioni scientifiche e di esplorazione.
La scoperta scientifica e’ invece molto utile per caratterizzare meglio le profondita’ estreme del mantello terrestre, giu’ giu’ fino alla superficie del nucleo ferroso del nostro pianeta.
E’ stato osservato che la lava associata ai pennacchi del mantello hanno rapporti Elio-3/Elio-4 più elevati rispetto al mantello convettivo superiore, cosa che aiuta a raffinare i modelli geofisici, geodinamici e geochimici dell’interno profondo della Terra. Gli autori dell’articolo sostengono che la concentrazione estremamente elevata di Elio-3 rispetto all’Elio-4 potrebbe derivare direttamente dal nucleo della Terra.
Illustrazione schematica del trasferimento dal nucleo al pennacchio. Gli ossidi espulsi galleggianti dal nucleo esterno possono mescolarsi in una zona del mantello più bassa composto da mantello impoverito subdotto (cioè un cimitero di placche tettoniche affondate decine di milioni di anni fa). Il mantello arricchito da materiale derivato dal nucleo potrebbe quindi ereditare elevati livelli di Elio-3 dal nucleo. Nel corso di decine di milioni di anni, l’Elio derivato dal nucleo potrebbe poi diffondersi nel mantello impoverito circostante. Entrambi i domini – uno arricchito da ossidi derivati dal nucleo, l’altro dalla diffusione di Elio – potrebbero essere incorporati nei pennacchi del mantello, come il pennacchio (di tipo “islandese”) che ha prodotto le lave dell’isola di Baffin.
Distribuzione globale dell’abbondanza di Elio-3 (ppb – parts per billion) per la superficie lunare: (a) lato vicino, (b) lato lontano.
Uno studio italiano su Ganimede riporta una stima di 105-130Km di spessore di ghiaccio che si trova sopra l’oceano di acqua liquida sottostante. Sono stati analizzati migliaia di solchi (grooves) in 4 regioni equatoriali di Ganimede: Uruk Sulcus, Babylon Sulci, Phrygia Sulcus e Mysia Sulci. Tutto questo in attesa della missione europea JUICE che partira’ l’anno prossimo verso le lune di Giove.
Rappresentazione ipotetica della struttura interna di Ganimede. Source: https://scitechdaily.com/jupiters-moon-ganymede-may-oceans-ice-stacked-multiple-layers/
E’ dagli anni ’70 del secolo scorso che gli scienziati sospettano di un oceano sotto la superficie ghiacciata di Ganimede e di altri corpi del Sistema Solare esterno (ad esempio Europa, Callisto, ma anche Titano, Encelado, e forse Plutone, Rhea, Titania, Oberon, Tritone, Sedna, e altri ancora) . Ma e’ con le missioni Voyager e soprattutto con la missione Galileo che arrivano le evidenze per 3 dei 4 satelliti medicei di Giove. Il campo magnetico misurato in prossimita’ di Ganimede (come per Europa e Callisto), non puo’ essere generato con un interno del corpo fatto esclusivamente di ghiaccio solido e roccia. Suggerisce invece la presenza di una gigantesca riserva di acqua liquida conduttiva (quindi possibilmente “salata”). Stiamo parlando di quantita’ di acqua liquida enormi: superiore a quella di tutti gli oceani terrestri messi assieme!
Il punto di fusione dei ghiacci e’ significativamente ridotto dalla presenza di sali e/o metano e ammoniaca, che sono entrambi abbondanti in queste parti del Sistema Solare. Un’analisi pubblicata nel 2014, frutto dei dati della sonda Galileo, suggerisce la presenza di diversi strati alternati di ghiaccio e acqua liquida. Lo strato di acqua inferiore sarebbe in contatto col substrato roccioso, cosa importante per la eventuale presenza di condizioni favorevoli all’insorgere della vita. Ulteriori rilevazioni fatte con il telescopio spaziale Hubble (HST) su come si muovono le aurore (frutto del campo magnetico) hanno confermato la presenza di oceani nell’interno di Ganimede, che potrebbero essere i piu’ vasti, in volume, dell’intero Sistema Solare. E ci sono congetture sulla potenziale abitabilita’ di tali oceani da parte della vita.
Proiezioni ortografiche di Ganimede. Le faglie sono in arancione. Fonte: A. Lucchetti et al., Planetary and Space Science, 2020
Ora, la novita’ e’ un articolo pubblicato pochissimi giorni fa, il 4 Gennaio 2021 su planetary and Space Science, che riporta i risultati di una ricerca svolta dal team guidato da Alice Lucchetti, dell’INAF di Padova. Hanno analizzato migliaia di fratture nei ghiacci di Ganimede (letteralmente “into the groove”, come diceva Madonna) in 4 regioni predefinite del satellite di Giove, e hanno calcolato uno spessore della crosta del primo strato di ghiaccio, che va da 105Km a 130Km. Sotto ci sarebbe uno strato composto da acqua liquida, poi forse altri strati alternati di neve di ghiaccio III, acqua, ghiaccio V, acqua, ghiaccio VI, acqua, roccia e infine il nucleo di ferro e nickel, che spiegherebbe il campo magnetico.
Da analisi precedenti si e’ ipotizzata l’interfaccia piu’ profonda acqua-roccia a circa 800Km di profondita’.
Il ghiaccio del primo strato (quello di 105-130Km) e’ ghiaccio di Tipo I. ovvero quello che usiamo per i cocktails e che copre Artide e Antartide sulla Terra, a pressione atmosferica (100kPa). E’ il meno denso di tutti, ed e’, com’e’ noto, piu’ leggero dell’acqua. Ma alle tremende pressioni che ci sono nelle profondita’ di Ganimede, le strutture cristalline del ghiaccio si fanno piu’ compatte, diventando piu’ pesanti dell’acqua, fino ad arrivare al ghiaccio VI che si forma attorno a 1GPa di pressione. (Sono possibili, non su Ganimede, anche forme di ghiaccio ancora piu’ compatto: fino a ghiaccio XI a 1TPa di pressione)
Sulla superficie di Ganimede sono state contate 14707 fratture (grroves), e il team INAF ne ha analizzate 1068 nella regione Uruk Sulcus, 882 in Babylon Sulci, 678 in Phrygia Sulcus, e 987 in Mysia Sulci.
Le fratture piu’ corte (inferiori ai 200Km) dovrebbero essere quelle solo superficiali, mentre qulle piu’ lunghe dovrebbero essere quelle che arrivano fino all’acqua sottostante.
Sono state usate tecniche di analisi statistica sviluppate e validate sul nostro pianeta, per ottenere la massima profondita’ alla quale le fratture si propagano. Oltre alla stima dello spessore del ghiaccio, e’ stato anche trovato che le fratture che spaccano il primo strato di ghiaccio in profondita’ sono quelle che si trovano fra le zone scure e quelle chiare di Ganimede. La stratificazione di Ganimede provoca anche fenomeni strani, come le nevicate verso l’alto, neve che potrebbe fondere prima di raggiungere lo strato di ghiaccio sovrastante, lasciando uno strato intermedio di neve flottante semi-sciolta. Questa struttura a strati di un sandwich mi ricorda i shell-worlds del romanzo di fantascienza “Matter” di Iain M. Banks (gli stessi romanzi da cui Elon Musk ha preso i nomi della piattaforme dei Falcon 9, come “Of course I still love you”, and “Just read the instructions”).
Rappresentazione della sonda europea JUICE con i pannelli solari aperti. Fonte: https://sci.esa.int/web/juice
Ma torniamo alla scienza. Questi risultati di INAF sono importanti per la prossima missione europea JUICE (JUpiter ICy moons Explorer), ovvero la prima missione ESA in grande scala, parte del Programma 2015-2025. Verra’ lanciata il prossimo anno, arrivera’ in orbita attorno a Giove nel 2029, e poi spendera’ almeno 3 anni facendo dettagliate osservazioni dei 3 satelliti Ganimede, Callisto, Europa.
La sonda JUICE in assemblaggio a Friedrichshafen in Germania. Fonte: https://sci.esa.int/web/juice/-/-6-start-of-assembly-and-integration-for-juice
La sonda e’ ad uno stadio avanzato di sviluppo, con l’assemblaggio iniziato a fine 2019 e continuato durante tutto il 2020, nonostante la pandemia, presso Friedrichshafen in Germania. A Ottobre 2020 sono anche arrivati i ben 10 giganteschi pannelli solari. La sonda necessita infatti di una grande superficie di pannelli a causa dell’enorme distanza dal Sole. Le sonde Voyager 1, 2, Pioneer 10, 11 e la New Horizons, ad esempio, non avevano pannelli siccome potevano contare sull’affidabile e duraturo RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator) al Plutonio, mentre la sonda americana Juno, tuttora attiva in orbita sempre attorno a Giove, ha anch’essa giganteschi pannelli solari, siccome la singola partita di RTG fabbricati decenni fa si era esaurita (ma niente paura: ora ne sono stati fabbricati altri, ad esempio per le missioni marziane Curiosity e Perseverance, grazie ad altro Plutonio 238 procurato dal US Department of Defense).
Arrivano i primi strumenti da montare sulla sonda. Fonte: https://sci.esa.int/web/juice/-/-6-start-of-assembly-and-integration-for-juice
Nelle prossime settimane la sonda JUICE verra’ portata al ESTEC (ESA Space Technology & Research Centre) a Noordwijk nei Paesi Bassi, dove verra’ testata e calibrata. In parallelo e’ in corso l’engineering model testing a Tolosa in Francia e comandato dall’ESOC situato a Darmstadt, Germania. Alcuni strumenti sono forniti dalla NASA, come il Ultraviolet Spectrograph (UVS), che e’ appena arrivato in Germania dalla SRI di San Antonio, Texas. Un vero e proprio international effort!
Importante contratto per Space X e la concorrente ULA, rispettivamente per 2,5 e 3,5 miliardi $. Sconfitti Grumman e Blue Origin. Novita’ anche per ULA, che nel 2021 abbondonera’ i motori RD-180 russi a favore di innovativi motori a metano e ossigeno.
Le due aziende americane Space-X di Elon Musk e ULA (United Launch Alliance, joint venture di Lockheed Martin e Boeing) hanno ricevuto l’incarico di effettuare decine di lanci militari per la US Air Force nei prossimi 5 anni: dal 2022 al 2026 ULA lancerà il 60% dei lanci previsti mentre SpaceX il restante 40%. Questo e’ un risultato molto importante per le due aziende, in un mercato piuttosto volatile, perche’ gli assicura entrate cospicue su un orizzonte temporale lungo, e gli permette di fare investimenti con relativa tranquillita’. In lizza c’erano anche Northrop Grumman con il lanciatore OmegA e Blue Origin con il New Glenn, che sono state scartate.
Space-X era fra le favorite dall’inizio, avendo lanciatori gia’ certificati per lanci militari ed essendo di gran lunga la piu’ economica (pur non essendo il prezzo uno dei criteri principali). Il fairing (copertura a guscio) nella parte sommitale del razzo verra’ cambiato, siccome i satelliti militari sono progettati per essere situati sul razzo, quando questo e’ gia’ verticale per semplificarne il design. Questa modifica e’ probabilmente inclusa nei costi di sviluppo della prima missione Space-X per USAF: la USSF-67, per cui USAF paghera’ 316 milioni di dollari (che e’ circa il doppio di un lancio normale, anche a perdere). Space-X effettuera’ da 12 a 14 lanci nei prossimi 5 anni.
ULA, invece, come detto, dovra’ liberarsi dalla dipendenza dai famosi motori russi (in realta’ sovietici) RD-180, di cui abbiamo gia’ parlato nelle nostre news. Questo scaturisce da un obbligo deciso dal Congresso americano, di non dover dipendere da altre nazioni per lanci che riguardano la sicurezza nazionale.
Nasce cosi’ il Vulcan, una evoluzione dell’affermato veterano Atlas V, di cui ne condivide il secondo stadio e i booster laterali. Il primo stadio invece e’ innovativo, con due potenti motori BE-4 a metano ed ossigeno liquido: diventera’ quindi il primo lanciatore a metano liquido. Il Vulcan sta bruciando le tappe di sviluppo, e dovrebbe fare il primo lancio a meta’ dell’anno prossimo. I primi due lanci per USAF saranno l’anno successivo, nel 2022 (USSF-51 e USSF-106) per cui l’Air Force paghera’ 337 milioni di dollari a lancio.
Una delle caratteristiche comuni a ULA e Space-X, e non condivisa da altri partecipanti al bando, e’ la possibilita’ di lanciare dalla base di Vanderberg, sulla costa Ovest, verso orbite polari, caratteristica ritenuta fondamentali per satelliti militari (ad esempio per i satelliti spia, che devono scanerizzare il pianeta una fetta alla volta, come tagliare un’anguria a fette sottili).
Blue Origin di Jeff Bezos e’ una delle sconfitte, ma e’ comunque lo sviluppatore dei motori BE-4, e quindi risulta indirettamente coinvolta nella commessa.
Il secondo sconfitto, dal nome importante nella storia delle forniture militari e spaziali americane, e’ Northrop Grumman. La Grumman aveva ad esempio sviluppato il Lunar Module (LM) delle missioni Apollo, e si e’ aggiudicata una parte importante del Lunar Gateway, stazione spaziale lunare in sviluppo da poco. Questa esclusione della Grumman, potrebbe portare alla cancellazione dello sviluppo del proprio razzo OmegA, o perlomeno della variante “heavy”.
