Quando gli astronauti della missione Apollo 17 tornarono dalla Luna nel 1972, portarono con sé numerosi campioni di roccia e suolo lunare. Alcuni di questi campioni furono sigillati e conservati con estrema cura, nell'ipotesi che tecnologie e metodi futuri potessero rivelare nuove informazioni a partire da quei materiali.
Ora, un gruppo di ricerca guidato da James W. Dottin III, della Brown University, ha scavato dentro le rocce alla ricerca di tracce ancora nascoste e ha scoperto qualcosa di sorprendente: segni di zolfo "esotico", ossia strano, nel mantello lunare.. Lo studio. Una recente pubblicazione su Journal of Geophysical Research: Planets descrive tutto ciò, ossia come alcuni dei materiali vulcanici prelevati nella regione di Taurus Littrow presentino composizioni isotopiche insolite dell'elemento zolfo — in particolare una marcata povertà di zolfo-33 (³³S), un isotopo stabile dello zolfo. Questi valori risultano molto differenti da quelli tipici delle rocce terrestri e suggeriscono processi o origini che mettono in discussione alcune idee ritenute certe circa la storia primordiale della Luna.. L'impronta isotopica: una "firma" nei campioni. Per capire l'importanza della scoperta, è utile richiamare il concetto di firma isotopica. Ogni elemento chimico può esistere in più forme isotopiche — atomi con lo stesso numero di protoni ma diverso numero di neutroni. Le minuscole differenze nei rapporti isotopici (ad esempio fra ³²S, ³³S, ³⁴S e ³⁶S nello zolfo) possono raccontare molto sui processi geologici, chimici e cosmici che hanno coinvolto quel materiale. Se due rocce mostrano lo stesso "modello" isotopico, è molto probabile che derivino da regioni o fonti simili.
Nel caso della Luna e della Terra, per molti anni gli scienziati avevano osservato una sostanziale somiglianza negli isotopi dell'ossigeno, il che supportava l'idea che la Luna si sia formata, almeno in parte, dal materiale terrestre. Per lo zolfo, invece, le evidenze finora erano meno chiare, anche se molti studi erano giunti alla conclusione che anche il mantello lunare fosse molto simile a quello terrestre.. tecnologia all'avanguardia. Dottin e colleghi hanno voluto mettere alla prova questa assunzione mediante tecniche analitiche moderne. I campioni esaminati derivano da un "tubo a doppia camera", un cilindro metallico che gli astronauti Cernan e Schmitt infilarono fino a circa 60 cm nel suolo lunare durante l'attività di ricerca.
Dopo il ritorno sulla Terra, la NASA aveva sigillato questo tubo in una camera a elio per preservarne le condizioni originarie — parte del programma conosciuto come Apollo Next Generation Sample Analysis (ANGSA). Grazie al programma ANGSA, negli ultimi anni la NASA ha reso quei campioni accessibili a ricercatori scelti tramite concorsi scientifici. Dottin ha utilizzato la "spettrometria di massa a ioni secondari" (SIMS) per misurare con grande precisione le composizioni isotopiche del zolfo, una tecnica che nel 1972 non era disponibile.. Risultato inatteso. Quando i ricercatori hanno isolato porzioni del campione che sembravano avere caratteristiche tipiche di roccia vulcanica derivata dal mantello, si aspettavano di ritrovare rapporti isotopici dello zolfo simili a quelli terrestri. Invece, i valori misurati differivano in modo drastico. Dottin racconta che il suo primo pensiero fu: "Non è possibile!", ma dopo un'accurata verifica dei metodi, i risultati sono stati confermati.
I dati mostrano che i rapporti ³³S / ³²S sono fortemente impoveriti rispetto a quelli terrestri, cioè le particelle di zolfo nel campione contengono relativamente poco ³³S rispetto alle altre varianti isotopiche. Inoltre, i dati suggeriscono una variabilità interna: non tutto lo zolfo nel campione mostra la stessa "firma", il che implica la presenza di più fonti o processi.. Quali spiegazioni? I ricercatori propongono principalmente due scenari possibili per giustificare l'anomalia isotopica del zolfo:
Fotochimica in un'antica atmosfera lunare + riciclo verso il mantello Una delle ipotesi è che le condizioni ambientali primordiali della Luna abbiano favorito reazioni fotochimiche dello zolfo: quando lo zolfo interagisce con radiazione ultravioletta (UV) in un'atmosfera otticamente tenue, può verificarsi una frazione isotopica che deprime ³³S. Se la Luna, nei suoi primi momenti, avesse posseduto un'atmosfera molto tenue ma presente per un qualche tempo, quelle reazioni potrebbero aver lasciato tracce. Se queste molecole di zolfo "fotochimicamente alterate" fossero poi state trasportate (scambiate) dalla superficie lunare al profondo mantello — un meccanismo di riciclo interno — ciò significherebbe che la Luna, nel suo passato, avrebbe avuto un modo di mescolare materiali fra superficie e mantello, anche senza la presenza di tettonica a placche come avviene sulla Terra. Questa idea è intrigante perché implica che la Luna primordiale fosse più dinamica di quanto spesso si immagini.
Tracce dell'origine stessa della Luna (firma di Theia o del disco protoplanetario) L'altra ipotesi guarda ancora più indietro, fino agli eventi che portarono alla formazione della Luna. La spiegazione prevalente è che la Luna si originò da un gigantesco impatto fra la Terra primordiale e un corpo delle dimensioni di Marte, chiamato Theia. I detriti scaturiti da quell'impatto si sarebbero poi aggregati per formare la Luna. Se Theia avesse avuto una composizione isotopica dello zolfo significativamente diversa da quella della Terra, è possibile che questa "firma" particolare si sia in qualche modo preservata nel mantello lunare, come una traccia residua dell'evento di formazione. In tal caso, il campione analizzato da Dottin avrebbe conservato un segnale di zolfo "esotico" non ben miscelato con quello terrestre.
Entrambe le ipotesi rimangono al momento valide. I dati finora disponibili non permettono di escludere definitivamente l'una o l'altra strada. Dottin e colleghi suggeriscono che studi futuri su isotopi dello zolfo in altri corpi planetari — Marte, ad esempio — possano aiutare a discriminare fra questi scenari..
