Riassunto:
Per molto tempo, l'estrema asimmetria tra il lato anteriore e quello posteriore della Luna in termini di topografia, spessore della crosta e composizione chimica è sempre stata uno dei misteri irrisolti più avvincenti nel campo della scienza planetaria. Un recente studio di simulazione numerica condotto da un team internazionale di scienziati planetari fornisce una spiegazione teorica molto convincente per questo mistero secolare: i risultati pubblicati in un’autorevole rivista di astronomia mostrano che nelle prime fasi dell’evoluzione della Luna, un enorme oggetto a livello di pianeta nano colpì violentemente la regione del polo sud della Luna. La profonda colonna di calore generata dall'impatto agitò violentemente la struttura interna della Luna, cambiando radicalmente la traiettoria di migrazione del materiale del mantello lunare e, infine, creando il modello asimmetrico "a doppia faccia" della Luna visto oggi.
La comprensione dell'asimmetria lunare da parte dell'umanità è iniziata agli albori dell'esplorazione spaziale. Il lato anteriore della Luna rivolto verso la Terra è punteggiato da vasti "maria lunari" piatti e più scuri. Questi maria sono essenzialmente pianure riempite da massicce colate di lava vulcanica basaltica miliardi di anni fa. Non solo, la faccia anteriore della Luna è anche ricca di elementi riscaldanti radioattivi chiamati “KREEP” (dal nome dell’abbreviazione inglese di potassio, elementi delle terre rare e fosforo) e di metalli pesanti come il titanio. Al contrario, il lato nascosto della Luna rivolto lontano dalla Terra presenta un aspetto completamente diverso: non c’è quasi nessuna vasta area di basalto lunare maria, la crosta è molto più spessa del lato anteriore, la superficie è densamente ricoperta di antichi crateri da impatto e c’è un’estrema mancanza di elementi radioattivi che generano calore. Il motivo per cui lo stesso satellite naturale formi due "facce" completamente diverse nello stesso ambiente di evoluzione celeste ha innescato per decenni numerose e intense congetture accademiche nella comunità accademica.
Per identificare a fondo questa forza trainante profonda, il team di ricerca si è affidato a codici di dinamica planetaria ad alta precisione e cluster di supercomputer per condurre una simulazione multifisica su vasta scala del processo di raffreddamento iniziale dell'oceano di magma della Luna e delle dinamiche di collisione celeste. Gli scienziati hanno concentrato la loro attenzione sul famoso "Bacino Polo Sud-Aitken" (Bacino SPA) sul lato nascosto della Luna, una delle più grandi strutture d'impatto conosciute nel sistema solare, che si estende per oltre 2.500 chilometri. I risultati della simulazione mostrano che circa 4,3 miliardi di anni fa, durante il periodo critico in cui l’oceano di magma sulla superficie lunare non si era completamente solidificato, un gigantesco corpo celeste con un diametro di diverse centinaia di chilometri colpì il polo sud della Luna ad una velocità relativa molto elevata, iniettando istantaneamente un’incommensurabile energia cinetica e termica all’interno della Luna.
Il potente impatto non solo ha creato un enorme bacino profondo diversi chilometri sulla superficie lunare, ma ha anche creato un gigantesco pennacchio termico su larga scala nelle profondità della luna. Questa anomalia termica in continuo riscaldamento ha distrutto l’equilibrio originale tra subsidenza gravitazionale e convezione termica all’interno della Luna. Come un’enorme pompa sotterranea, lo strato fuso del KREEP, che potrebbe essere stato distribuito uniformemente nella luna profonda e ricco di elementi radioattivi generatori di calore (torio, uranio e potassio), è stato fortemente spinto e guidato lungo l’astenosfera del mantello lunare fino all’altra estremità della luna – la regione frontale del Procellarium della luna che ora è rivolta verso la Terra.
Con l'arricchimento asimmetrico su larga scala di materiali riscaldanti radioattivi con lunghi tempi di dimezzamento nelle profondità della parte anteriore della Luna, il calore di decadimento rilasciato continuamente da questi elementi ha continuato a riscaldare le rocce del mantello lunare sovrastante per centinaia di milioni o addirittura miliardi di anni, provocando periodiche rifusioni locali su larga scala e, infine, innescando eruzioni vulcaniche violente e di lunga durata. La lava basaltica esplose ripetutamente attraverso la crosta frontale relativamente sottile e fuoriuscì, riempiendo antichi bacini e condensandosi nell'oscura maria lunare visibile oggi ad occhio nudo; sul lato nascosto della Luna, poiché la maggior parte del materiale riscaldante è stato espulso dalle dinamiche dell’impatto, il mantello lunare posteriore, privo di fonti di calore profonde e prolungate, si è rapidamente raffreddato e solidificato. La crosta non solo mantenne lo spessore originario, ma evitò anche di essere ricoperta dalla successiva lava vulcanica.
I fisici planetari hanno sottolineato che questo studio di simulazione non solo collega perfettamente l'evento di impatto gigante nel bacino Antartico-Aitken con l'arricchimento roccioso KREEP e la storia vulcanica sul lato anteriore della Luna nella stessa catena dinamica per la prima volta, ma fornisce anche una base teorica decisiva per reinterpretare i campioni geologici in situ riportati dal lato nascosto della Luna e dalle regioni polari da Chang'e-6 e dal programma Artemis in futuro. La ricerca ha dimostrato che nelle prime fasi della formazione dei pianeti terrestri e dei grandi satelliti, una singola catastrofica collisione tra grandi corpi era sufficiente per riorganizzare completamente il percorso di evoluzione termica profonda e il processo di differenziazione geochimica del corpo celeste. Questo meccanismo ha anche implicazioni di vasta portata per comprendere l’origine delle diverse morfologie di Mercurio, Marte e persino degli esopianeti rocciosi.
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