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L'atmosfera lunare: la ionosfera ha un'elevata densità di plasma  

SCIENZEASTRONOMIA E SCIENZE SPAZIALIL'atmosfera lunare: la ionosfera ha un'elevata densità di plasma  

Una delle cose più belle di madre Terra è la presenza di un'atmosfera. La vita sulla Terra non sarebbe stata possibile senza il vivace foglio d'aria che abbraccia completamente la Terra da ogni parte. Nella prima fase dell'evoluzione dell'atmosfera in epoca geologica, le reazioni chimiche all'interno della crosta terrestre erano la fonte critica di gas. Tuttavia, con l'evoluzione della vita, i processi biochimici associati alla vita hanno preso il sopravvento e mantengono l'attuale equilibrio gassoso. Grazie al flusso di metalli fusi all'interno della Terra che danno origine al campo magnetico terrestre responsabile della deflessione della maggior parte dei venti solari ionizzanti (flusso continuo di particelle caricate elettricamente e cioè plasma proveniente dall'atmosfera solare) dalla Terra. Lo strato più alto dell'atmosfera assorbe la radiazione ionizzante rimanente, diventando a sua volta ionizzata (da qui chiamata ionosfera).  

La Luna, il satellite naturale della Terra, ha un'atmosfera?  

La Luna non ha un'atmosfera come la sperimentiamo sulla Terra. Il suo campo gravitazionale è più debole di quello terrestre; mentre la velocità di fuga sulla superficie terrestre è di circa 11.2 km/sec (non viene considerata la resistenza dell'aria), sulla superficie lunare è solo di 2.4 km/sec, che è molto inferiore alla velocità quadratica media (RMS) delle molecole di idrogeno sulla Luna. Di conseguenza, la maggior parte delle molecole di idrogeno scappa nello spazio e la Luna non è in grado di trattenere alcun significativo strato di gas attorno ad essa. Tuttavia, questo non significa che la Luna non abbia affatto atmosfera. La Luna ha un'atmosfera ma è così sottile che sulla superficie della Luna prevale una condizione di quasi vuoto. L'atmosfera della Luna è estremamente sottile: circa 10 trilioni di volte più sottile dell'atmosfera terrestre. La densità dell'atmosfera lunare è alla pari con la densità dei margini più esterni dell'atmosfera terrestre1. È in questo contesto che molti sostengono che la Luna non ha atmosfera.  

L'atmosfera lunare è importante per il futuro dell'umanità. Quindi c'è stata una serie di studi negli ultimi 75 anni.  

La missione Appolo della NASA ha dato un contributo significativo quando ha rilevato per la prima volta l'atmosfera lunare4. L'esperimento di composizione atmosferica lunare (LACE) dell'Apollo 17 ha trovato piccole quantità di un certo numero di atomi e molecole (tra cui elio, argon e forse neon, ammoniaca, metano e anidride carbonica) sulla superficie della Luna1. Successivamente, misurazioni a terra hanno scoperto vapori di sodio e potassio nell'atmosfera lunare utilizzando la spettroscopia della linea di emissione2. Ci sono stati anche rapporti sul ritrovamento di ioni metallici emanati dalla Luna nello spazio interplanetario e H2O ghiaccio nella regione polare della Luna3.  

Per gli ultimi 3 Ga (1 Ga o giga-anno = 1 miliardo di anni o 109 anni), l'atmosfera lunare è stabile con l'esosfera di confine superficiale a bassa densità (SBE). In precedenza, la Luna aveva un'atmosfera più prominente, anche se transitoria, a causa della sostanziale attività vulcanica sulla Luna4.

Studi pubblicati di recente che utilizzano misurazioni dell'orbiter lunare dell'ISRO rivelano che la ionosfera della Luna può avere una densità elettronica molto elevata. La densità elettronica della superficie lunare potrebbe raggiungere 1.2 × 105 per cm cubo ma il vento solare agisce come un forte agente di rimozione che spazza tutto il plasma verso il mezzo interplanetario5. La scoperta interessante, tuttavia, è stata l'osservazione dell'elevato contenuto di elettroni nella regione di scia (regione dei disturbi di trascinamento del vento solare in direzione anti-solare). Era più grande che nella direzione diurna dato che né la radiazione solare né il vento solare interagiscono direttamente con le particelle neutre disponibili in questa regione6. Lo studio mostra che gli ioni dominanti nella regione di scia sono Ar+, e Ne+ che hanno una vita relativamente più lunga rispetto agli ioni molecolari (CO2+, e H2O+ ) che sono dominanti in altre regioni. A causa della loro vita più elevata, l'Ar+ e Ne+ gli ioni sopravvivono nella regione della scia mentre gli ioni molecolari si ricombinano e scompaiono. Un'elevata densità di elettroni è stata trovata anche vicino alle regioni polari lunari durante i periodi di transizione solare5,6

La missione Artemis sulla Luna pianificata dalla NASA mira a creare il campo base di Artemis sulla superficie lunare e il Gateway in orbita lunare. Questo aiuterà sicuramente uno studio più dettagliato e diretto dell'atmosfera lunare7.  

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Riferimenti:  

  1. NASA 2013. C'è un'atmosfera sulla Luna? Disponibile in linea a https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  
  1. Potter AE e Morgan TH 1988. Scoperta del vapore di sodio e potassio nell'atmosfera della luna. SCIENZA 5 agosto 1988 Vol 241, Numero 4866 pp. 675-680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 
  1. Stern SA 1999. L'atmosfera lunare: storia, stato, problemi attuali e contesto. Recensioni di geofisica. Pubblicato per la prima volta: 01 novembre 1999. Volume37, Numero 4 novembre 1999. Pagine 453-491. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 
  1. Needham DH e Kringab DA 2017. Il vulcanismo lunare ha prodotto un'atmosfera transitoria attorno all'antica Luna. Lettere di scienze della terra e planetarie. Volume 478, 15 novembre 2017, pagine 175-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  
  1. Ambili KM e Choudhary RK 2021. La distribuzione tridimensionale di ioni ed elettroni nella ionosfera lunare ha avuto origine dalle reazioni fotochimiche. Avvisi mensili della Royal Astronomical Society, volume 510, numero 3, marzo 2022, pagine 3291–3300, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  
  1. Tripati KR, et al 2022. Uno studio sulle caratteristiche della ionosfera lunare utilizzando l'esperimento della scienza della radio a doppia frequenza (DFRS) a bordo dell'orbiter Chandrayaan-2. Avvisi mensili della Royal Astronomical Society: Letters, Volume 515, Issue 1, September 2022, Pages L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  
  1. NASA 2022. Missione Artemide. Disponibile a https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

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Umesh Prasad
Umesh Prasad
Caporedattore, Scientific European

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