STUDI NASA SULLE ANOMALIE GRAVITAZIONALI DELLA LUNA

Il presente post - che ha soltanto finalità didattiche - è tratto da una libera interpretazione e traduzione dei contenuti di una pubblica conversazione (in lingua inglese) riportata sul sito NASA al link https://www.nasa.gov/mediacast/gravity-assist-the-moons-holy-grail-with-maria-zuber , dove Maria Zuber, investigatrice principale della missione NASA Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL), riflette su i veicoli spaziali omonimi e sulle loro implicazioni per future indagini.

In figura dalla citata Fonte NASA : Una vista della luna terrestre che guarda a sud attraverso l'Oceanus Procellarum, che rappresenta l'aspetto delle strutture del confine occidentale mentre erano attive. Le anomalie gravitazionali lungo le strutture di confine sono interpretate come fratture antiche, solidificate, inondate di lava che ora sono sepolte sotto la superficie delle oscure pianure vulcaniche, della luna.

Sembra che 50 anni fa, Neil Armstrong e Buzz Aldrin siano atterrati lontano da dove era stato previsto perché a quel tempo non si aveva una completa comprensione della gravità della Luna. Le mappe recenti della gravità della Luna hanno insegnato molto sulla sua forma generale e sono state preziose per l'esplorazione lunare.

Il GRAIL (composto da due pezzi gemelli) è stato lanciato nel settembre del 2011. Ci sono voluti praticamente tre mesi per arrivare sulla Luna. In realtà, i due veicoli spaziali sono stati inseriti in orbita lunare a Capodanno 2011-2012 e dovevano eseguire mappature per tre mesi. Poi, proprio a causa della geometria e del modo in cui i due veicoli spaziali parlavano tra loro, bisognava fermarsi per tre mesi e aspettare che il sole fornisse energia ai pannelli solari mentre stavano muovendosi. E poi per altri tre mesi. E poi ancora una volta. Quindi è passato tutto il 2012.

Da Fonte citata: NASA (/ JPL-Caltech) - Usando una tecnica di volo di formazione di precisione, i gemelli GRAIL hanno mappato il campo di gravità della luna, come da  rappresentazione in figura .

Se guardiamo la Luna nelle sue aree oscure si pensa che ci sono stati flussi di lava che sono stati estrusi (dal basso attraverso le fratture della crosta lunare) sulla superficie, ma si può vedere molto, molto poco di tutto ciò sul lato opposto. Quindi il lato vicino della Luna e il lato lontano della Luna sono estremamente diversi. E nel momento in cui si stava proponendo la missione GRAIL, i paesi della Terra avevano già inviato collettivamente oltre 100 missioni sulla Luna. Eppure non si sapeva ancora perché il lato anteriore della Luna fosse diverso dal lato posteriore.Quindi questo ha fatto pensare che forse la risposta non era in superficie; forse la risposta era da qualche parte che non è stato mai visto prima. E così si è deciso di guardare dentro la Luna.Ed è per questo che viene misurata la gravità, è vedere ... essenzialmente, ossia mappare l'interno della Luna.

Se un pianeta fosse una palla da biliardo, se fosse completamente uniforme e se fosse completamente rotondo e sferico, si avrebbe un campo di gravità molto, molto semplice. Ma i pianeti sono complicati. I pianeti si formano dall'accumulo di polvere e gas dalla nebulosa solare. Questo materiale si  riunisce e si coagula in asteroidi di diverse dimensioni, poi si uniscono tra loro e poi si sciolgono e si hanno eruzioni e comete che colpiscono e liberano l'acqua.
Quindi c'erano tutti i tipi di queste cose sui pianeti e questo fa sì che il campo di gravità sia "grumoso", come lo chiamerebbero i nostri studenti. Quindi, anche se sembra sferico, localmente ci sono variazioni di massa.

E l'esempio tipo di variazioni di massa sulla Luna è stato riconosciuto dai primi satelliti inviati per fare ricognizioni e sbarcare gli astronauti. Quando i satelliti erano sopra le aree scure della Luna, avrebbero accelerato verso l'interno (dell'orbita),verso la Luna. Quindi sarebbero stati deviati verso l'interno, perché c'era più massa in quelle zone lunari che stavano tirando i satelliti e facendoli avvicinare un po 'più alla Luna. Queste anomalie sono state chiamate "mass cons", ossia  concentrazioni di massa. E uno degli obiettivi della missione GRAIL era determinare a cosa fossero dovute queste concentrazioni di massa, che si scopre ora essere dovute a una combinazione di lava che riempiva fessure e bacini di crateri.

Quindi le grandi aree circolari che sono scure sul lato vicino della Luna sono tutti bacini di impatto. E quando grossi impattori colpiscono una superficie planetaria, scavano e fessurano la crosta e la gettano altrove. E il mantello entra e si riempie sotto il cratere. E questo mantello tende ad essere più denso della crosta.

Si sapeva che la crosta della Luna si sarebbe spezzata perché quando un impatto colpisce una superficie planetaria, si rompe la crosta. Ma, nella comunità scientifica non c'era ancora piena comprensione del fatto che la crosta lunare fosse frantumata com'è. Quindi il modo in cui si è ora in grado di dirlo si è rivelato a brevi lunghezze d'onda che sono coerenti con la crosta più superficiale. Il 98% della gravità lunare è la gravità dovuta alla topografia e solo il 2% della gravità che vediamo è gravità dovuta ad anomalie o concentrazioni di massa all'interno della crosta. E l'unica ragione esplicativa che potrebbe fare al caso è se la crosta è stata completamente spezzata e omogeneizzata perché si è parlato prima di tutti questi processi in corso che rendono i pianeti grumosi e irregolari, quindi il processo di impatto ha poi anche uniformato un poco le cose. Ma quel 2% della gravità all'interno della crosta è molto, molto interessante. Ad esempio, sono state trovate enormi dighe vulcaniche che indicano un tempo precedente sulla Luna, quando la Luna si riscaldò e si espanse. Ed era stato ipotizzato decenni fa e nessuna prova di ciò era mai stata vista in superficie. Quindi si è scoperto che queste dighe in superficie erano tutte spezzate dagli impatti, ma le dighe esistono ancora molto in profondità nella crosta.

GRAIL si basava su un concetto di missione chiamato GRACE che mappava la Terra. E sulla Terra, i due veicoli spaziali non potevano scendere molto in basso a causa dell'atmosfera. Quindi non è possibile ottenere l'alta risoluzione ... l'altissima, altissima risoluzione che è stata ottenuta per la Luna. Ma quando GRACE ha mappato la Terra, ha misurato i cambiamenti di gravità. Variazioni di gravità anche dovute al deflusso dell'acqua e allo scioglimento delle falde acquifere e delle calotte polari. Quindi in realtà ci sono cambiamenti davvero interessanti per poter andare su Marte. E Marte è un pianeta dinamico. Ad esempio, un anno su Marte sono 687 giorni terrestri e ogni anno su Marte, un terzo della sua atmosfera scambia con la calotta polare. Quindi nevica sulle calotte polari.
E un fenomeno analogo fa sì che il campo di gravità della Luna cambi di una parte su un miliardo. E questo è in realtà piuttosto grande. Sembra un piccolo numero, ma una parte su un miliardo, potremmo misurarla (anche su Marte) con una missione simile a GRAIL. Quindi così si possono monitorare i cambiamenti stagionali. E se ci sono falde acquifere sotterranee su Marte al giorno d'oggi, dovresti ... (poterlo sapere). Se ci fossero cambiamenti in quelle falde acquifere, quindi se per esempio nella stagione estiva, l'acqua si fosse scongelata e scorresse sottoterra, sarebbe plausibilmente possibile rintracciarla.

I dati GRAIL saranno estremamente importanti per gli obiettivi del programma ARTEMIS (in cui si punta ad avere la prima donna e il prossimo passo dell'uomo sul polo sud della Luna nel 2024).