Artemis: perché proprio al polo sud della Luna?

Per lunedì 29 agosto 2022 è previsto il lancio di Artemis I, che dà ufficialmente il via al programma Artemis con cui la Nasa punta a colonizzare il polo sud della Luna. Ma perché proprio lì?

Il programma Artemis è il programma con cui la Nasa vuole fare il passo successivo nell’esplorazione lunare: tornare sulla Luna, costruire una sorta di stazione orbitante (il Lunar Gateway) e poi una base sulla superficie lunare, in particolare al polo sud. Per ora sono pianificate 6 missioni, che gradualmente faranno gli step successivi del programma, ma ce ne sono in cantiere altre 5, fino ad Artemis XI.

Il programma Artemis

• Artemis I porta una sonda senza equipaggio in orbita lunare e poi rientra a terra. Sarà il primo lancio dello Space Launch System, il nuovo vettore della Nasa pensato proprio per supportare questo programma. E sarà anche il primo utilizzo dell’Orion, la capsula che trasporterà gli astronauti e le astronaute;
• Artemis II, prevista per il 2024, farà lo stesso di Artemis I ma portando effettivamente un equipaggio di quattro persone nella capsula Orion. Di nuovo, orbita attorno alla Luna e poi rientro a terra;
• Artemis III, prevista per il 2025, ripeterà l’esperienza di Artemis II e due di questi astronauti si caleranno al polo sud lunare. Torneremo per la prima volta sulla Luna dopo la missione Apollo 17 del 1972 e lo faremo per la prima volta con una donna e una persona di colore: Artemis porta quindi con sé anche obiettivi di inclusività, in un mondo, quello dell’astronautica, finora costituito soprattutto di uomini bianchi. Sulla superficie lunare, questi astronauti condurranno esperimenti scientifici e raccolta di campioni d’acqua nel polo sud lunare;
• Artemis IV porterà un modulo abitativo del Lunar Gateway, che si andrà ad aggiungere ai due moduli minimi che a quel punto l’Esa e la Jaxa dovrebbero aver già lanciato: Power and Propulsion Element e l’Habitation and Logistics Outposts. Quello portato in questa fase della missione sarà invece il modulo iHab, che sarà il modulo abitativo principale del Gateway;
• Artemis V e VI porteranno poi altri moduli del Gateway e il rover Lunar Terrain Vehicle sulla superficie lunare.

La Nasa ha già pubblicato le 13 possibili location per l’allunaggio di Artemis III e sono tutte quante appunto al polo sud della luna. Non solo Artemis, comunque, per il polo sud lunare è prevista anche la Blue Moon, missione della Blue Origin che sarà in grado di portare 4500 chilogrammi di carico sulla superficie lunare. Ci sarà poi la Chandrayaan-3 indiana che punta sempre a queste regioni. Anche la cinese Chang’e-7 punta al polo sud lunare. E quindi viene spontaneo chiedersi: perché proprio al polo sud?

Perché il polo sud della Luna: le trappole fredde

La presenza di ghiaccio d’acqua ai poli della luna è stata proposta già negli anni ’60. Nelle rocce lunari riportate a Terra dalle missioni Apollo furono poi effettivamente trovate delle tracce di acqua, ma a quel tempo vennero liquidate ritenendo fossero contaminazioni terrestri. Si concluse quindi che la luna fosse completamente arida. Tuttavia, molto tempo dopo, nel 2008 in uno studio condotto su alcuni vetri lavici nelle rocce lunari, furono trovate effettivamente tracce di acqua. Per la verità, anche nel 1978 alcuni ricercatori russi pubblicarono un articolo in cui affermavano di aver trovato tracce di acqua anche nei campioni raccolti dalla Luna 24 sovietica.

Ci furono vari tentativi infruttuosi di trovare l’acqua sulla Luna da remoto. La Cassini Huygens nel suo sorvolo lunare del 1999, la Deep Impact nel 2005, la Kaguya dal 2007, non riuscirono a concludere molto a riguardo. Nel 1994 la sonda statunitense Clementine ottenne dei dati dal polo sud lunare: con un esperimento radar ottenne alcuni dati in accordo con la presenza di ghiaccio d’acqua, ma non si trattava di un’evidenza molto forte. Nel 1998 la sonda Lunar Prospector trovò abbondanti tracce di idrogeno su entrambi i poli lunari, segno che poteva effettivamente esserci l’acqua che stava cercando. Alla fine della sua missione nel 1999 la sonda fu fatta schiantare nel cratere Shoemaker per vedere se, insieme ai detriti di regolite, si liberava acqua. Da Terra fu osservato l’evento ma nessuna traccia di acqua.

Anche la stessa sonda Chandrayaan-1 rilasciò una piccola sonda, un proiettile con l’obiettivo di schiantarsi nel cratere Shackleton, ripetendo un esperimento simile. Mentre scendeva, prima dell’impatto, con i suoi strumenti questa sonda osservò per via spettroscopica tracce di acqua e di gruppo idrossile. Nel 2009, un altro esperimento di impatto fatto con lo stadio superiore di un Atlas V nel cratere Cabeus liberò di nuovo gruppo idrossile. Quelle molecole potevano provenire proprio da ghiaccio d’acqua mescolato alla regolite lunare, come fu confermato anche da osservazioni effettuate con il Lunar Reconnaissance Orbiter. Sono stati poi proprio i dati di questa sonda mostrare una volta per tutte che nei crateri al polo lunare sud, la superficie è particolarmente riflettente, una prova quasi schiacciante per la presenza di ghiaccio d’acqua, eventualmente mescolato alla regolite lunare.

Come nasce l’acqua lunare

L’acqua può arrivare sulla Luna tramite impatti di comete e asteroidi che nel corso dei miliardi di anni hanno continuamente impattato sul nostro satellite. Quest’acqua portata sulla superficie lunare verrebbe distrutta immediatamente se esposta alla luce solare, in grado di rompere i legami tra idrogeno e ossigeno. Tuttavia potrebbe sopravvivere all’interno delle cosiddette trappole fredde: si tratta di nicchie perennemente in ombra dei crateri lunari, in cui la temperatura è abbastanza bassa da permettere l’esistenza di ghiaccio.

Un’altra via possibile per l’arrivo di acqua sulla Luna è che questa sia prodotta direttamente in loco. La superficie lunare è infatti continuamente colpita dai venti solari. Questi sono fatti soprattutto da protoni, elettroni, e particelle alfa ossia nuclei di atomi di elio. Ma quando i protoni, che sono nuclei di atomi di idrogeno, colpiscono le rocce lunari, possono unirsi agli atomi di ossigeno. L’ossigeno è ben presente nelle rocce lunari, soprattutto nella silice dei silicati. Si formano così gruppi idrossili, formati da un atomo di ossigeno e uno di idrogeno, ai quali si può legare un altro atomo di idrogeno proprio per formare acqua.

Questo processo potrebbe avvenire sui lati della Luna illuminati dal Sole, e i prodotti potrebbero poi essere trasportati verso i poli lunari e intrappolati nelle trappole fredde. La presenza di acqua o gruppo idrossile sul lato illuminato dal Sole in effetti è stato osservato da alcune missioni spaziali, come dall’indiana Chandrayaan-1 e, più di recente, dal telescopio volante Sofia.

Come sarà usata quell’acqua

Le evidenze di ghiaccio d’acqua sono state trovate al polo sud, ma non anche al polo nord. Non stupisce quindi che molte missioni puntino proprio a questo. Quindi uno degli obiettivi di Artemis III sarà proprio quello di raccogliere campioni di ghiaccio d’acqua lunare, così da poterli analizzare in laboratorio per studiarne le caratteristiche. D’altronde, per avere una base sulla Luna, l’acqua è fondamentale. Non solo per bere e per l’igiene, ma anche per la produzione di aria da respirare e di carburante separando l’acqua in idrogeno e ossigeno.

Un’eventuale base lunare al polo sud potrebbe quindi usare le aree più elevate e quasi sempre illuminate da sole per la produzione di energia elettrica, mentre le aree depresse e ricche eventualmente di ghiaccio per la produzione di carburante e acqua. Ci sono in ogni caso anche ragioni scientifiche: quest’acqua infatti potrebbe essere antichissima, trovarsi lì anche da miliardi di anni, e sarebbe quindi un’occasione unica per studiare dei ghiacci che si trovano lì dall’antichità del sistema solare. Ci sono poi anche altre risorse oltre all’idrogeno e all’ossigeno, come vari metalli ferro magnesio calcio silicio alluminio manganese e titanio.

Insomma: è chiaro che al polo sud della luna si svolgeranno i prossimi passi per l’esplorazione umana nello spazio, in collaborazione o in competizione tra le varie potenze spaziali. Staremo a vedere nei prossimi anni come andrà.