GRAIL rileva una risposta disomogenea dell’interno lunare alle maree

La Luna ha una struttura a strati — crosta, mantello e nucleo — e mostra differenze notevoli tra l’emisfero rivolto verso la Terra e quello che si trova dall’altra parte. Tra le asimmetrie note vi sono il rilievo, lo spessore della crosta, la geologia e la concentrazione superficiale di elementi radioattivi. Uno studio pubblicato su Nature ha utilizzato un metodo diverso per indagare se queste differenze si estendano anche all’interno profondo: misurare come la gravità lunare risponde alle maree provocate dalla Terra.

Il risultato principale è una stima di k3 = 0,0163 ± 0,0007, un numero di Love gravitazionale di grado 3. Gli autori affermano che è circa il 72% superiore al valore atteso per un interno lunare sfericamente simmetrico. La loro analisi interpreta questa risposta come prova di eterogeneità laterale nell’interno profondo. La differenza di temperatura tra gli emisferi che suggeriscono, invece, non è stata misurata direttamente: è dedotta tramite modelli.

Come la gravità permette di sondare l’interno

L’orbita lunare è eccentrica e inclinata rispetto alla Terra. Per questo, l’attrazione terrestre produce forzanti mareali periodiche. La risposta della Luna a questa interazione causa cambiamenti temporanei nel suo campo gravitazionale, sensibili alla struttura interna del satellite.

Il numero di Love esprime il rapporto tra il potenziale gravitazionale indotto dalla deformazione lunare e il potenziale imposto dalla gravità terrestre. In parole semplici, permette di quantificare come la Luna risponde a questa trazione periodica. Gli autori osservano che la gravità statica è particolarmente sensibile alle strutture della crosta superiore, mentre la gravità variabile a grande lunghezza d’onda è molto sensibile alle asimmetrie profonde del mantello. Analizzare i cambiamenti associati alle maree offre quindi uno strumento per studiare regioni che non si possono osservare direttamente.

I dati di Ebb e Flow

La ricerca ha ricostruito il campo gravitazionale lunare variabile nel tempo a partire dai dati di tracciamento radiometrico tra satelliti e dai dati della Deep Space Network (DSN), la rete di comunicazione e tracciamento della NASA. I dati sono stati raccolti da GRAIL — acronimo di Gravity Recovery and Interior Laboratory —, una missione composta da due orbiter, Ebb e Flow, che ha avuto una fase primaria e una estesa.

L’analisi ha integrato i dati di entrambe le fasi. I ricercatori attribuiscono principalmente all’inclusione dei dati a bassa quota della missione estesa il fatto che la loro stima di k3 sia superiore a quelle riportate negli studi precedenti: questi dati hanno migliorato le informazioni gravitazionali e ridotto le correlazioni tra i coefficienti del campo e i numeri di Love. Come confronto, limitando l’analisi ai dati della fase primaria hanno ottenuto k3 = 0,0098 ± 0,0021, un risultato compatibile con le stime precedenti citate nello studio.

Cosa indica la stima — e cosa non misura direttamente

Il valore di k3 supera di circa il 72% la previsione per una Luna sfericamente simmetrica. Per spiegare questa differenza, gli autori ipotizzano che il modulo di taglio elastico del mantello — una misura della sua resistenza alla deformazione — possa variare di circa il 2–3% tra la faccia visibile e quella nascosta. Questa spiegazione rende la misurazione gravitazionale una prova osservativa di eterogeneità laterale, ma la percentuale di variazione del modulo è un’interpretazione del modello, non una lettura diretta dello strumento.

Lo studio stima inoltre che l’asimmetria possa corrispondere a un’anomalia termica prevalentemente nel mantello della faccia visibile, di circa 100–200 K. Secondo l’interpretazione degli autori, questa anomalia avrebbe formato i mari lunari in superficie tra 3 e 4 miliardi di anni fa. I mari sono vaste regioni scure associate ad antichi episodi di attività vulcanica. Il valore della temperatura va quindi inteso come un’inferenza sull’interno basata sulla risposta gravitazionale e sui modelli utilizzati, non come una misurazione diretta della temperatura del mantello.

Un altro tassello in una questione aperta

Le differenze tra le facce lunari erano già note, ma la loro origine è ancora dibattuta. Tra le ipotesi considerate da studi precedenti c’è quella secondo cui la distribuzione disuguale di elementi radioattivi che producono calore avrebbe mantenuto differenze termiche di lunga durata e contribuito alla concentrazione del vulcanismo sulla faccia visibile. L’analisi di GRAIL offre un modo per valutare la struttura profonda associata a questa asimmetria; da sola, non risolve tutte le domande sulla sua origine.

Gli autori osservano inoltre che la struttura asimmetrica potrebbe influire sulla distribuzione spaziale dei terremoti lunari profondi. Lo presentano come una possibile conseguenza, non come un effetto dimostrato dalla stima di k3. Nel complesso, il risultato mostra come le variazioni temporali della gravità possano fornire informazioni sul mantello: una misurazione effettuata dall’orbita offre indizi di differenze interne tra gli emisferi, mentre la loro traduzione in temperatura e storia geologica dipende dall’interpretazione dei modelli.