La Luna si sta restringendo a causa terremoti lunari: 45 m di raggio persi e rilevate 10mila faglie

Uno studio su The Planetary Science Journal ha fornito la valutazione più completa del fenomeno della recente contrazione del raggio lunare attraverso il censimento delle faglie compressive sparse su tutta la superficie lunare. Analizzando le immagini della sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), gli autori stimano che le strutture tettoniche osservate corrispondano a una diminuzione del raggio della Luna di circa 44 metri.

Analizzando le immagini della superficie lunare i ricercatori hanno realizzato il censimento di una particolare categoria di strutture tettoniche. Hanno identificato oltre 10.000 strutture geologiche superficiali riconducibili a faglie compressive e stimato che la diminuzione del raggio lunare sia avvenuta negli ultimi 400-800 milioni di anni. Il raggio medio della Luna è di circa 1.737 chilometri, quindi una contrazione di alcune decine di metri è molto piccola rispetto alle sue dimensioni complessive.

Questa piccola diminuzione, però, ha un effetto non trascurabile sulla dinamica delle faglie lunari e ha una conseguenza concreta per la futura esplorazione spaziale umana del polo sud lunare. Infatti le missioni Apollo avevano già raccolto dati sismici che dimostrano l'esistenza di terremoti lunari superficiali.  La ricerca quindi mette in luce la necessità di comprendere meglio dove si trovano le faglie superficiali lunari e in quali condizioni potrebbero generare terremoti per la scelta dei siti di atterraggio e per la progettazione di infrastrutture sulla superficie lunare.

Il rischio è rilevante proprio al polo sud, dove l’interesse per il ghiaccio d’acqua porta a esplorare i crateri lunari con pareti ripide e l’interno delle aree in ombra permanente, come quelle del cratere Shackleton. Frane di regolite potrebbero infatti generarsi in seguito a scuotimenti deboli e a terremoti causati proprio dalle strutture tettoniche identificate in questa ricerca e ancora attive sulla superficie lunare.

Raffreddamento antico e recente della Luna

La Luna si è formata circa 4,5 miliardi di anni fa dai detriti dello scontro tra la proto-Terra e un corpo delle dimensioni di Marte (chiamato dagli scienziati Theia). Si trattò di un evento altamente energetico che ha reso la proto-Luna un corpo completamente fuso .

Nei primi milioni di anni successivi a questo evento (stimati tra i 150 e i 200 milioni di anni) il calore primordiale e il decadimento degli elementi radioattivi mantenevano temperature altissime in tutto il mantello e nel nucleo. Nel corso dei miliardi di anni successivi la Luna si è lentamente raffreddata e contratta.

Il calore residuo della formazione e il lento decadimento degli elementi radioattivi hanno alimentato la sua evoluzione termica con l’interno (il nucleo e mantello) che si sono  gradualmente raffreddati e contratti e gli strati esterni che invece si erano solidificati molto tempo prima.

Gli autori della ricerca ipotizzano che nelle fasi primordiali del raffreddamento della Luna non ci sia stata una fagliazione diffusa della sua superficie come la vediamo oggi. Una crosta spessa e porosa avrebbe isolato l’interno caldo frenandone il raffreddamento e quindi la contrazione. Secondo la loro ipotesi il calore sarebbe rimasto a lungo intrappolato e la contrazione sarebbe diventata evidente in superficie solo di recente.

Nelle ultime centinaia di milioni di anni però si sono incominciate a produrre faglie distribuite su tutta la superficie. La superficie lunare è praticamente costituita da un'unica placca. Secondo gli autori la crescita delle faglie esistenti e la formazione di nuove continua ancora oggi, un fenomeno che causerebbe la continua generazione di possibili terremoti lunari sparsi per tutta la sua superficie.

Scarpate lobate e dorsali lunari: come si stima il restringimento di 44 metri

La missione LRO della NASA dal 2009 ha raccolto milioni di immagini della superficie lunare e ha consentito di individuare e analizzare le strutture tettoniche presenti sulla sua superficie. Il team di ricerca si è concentrato sull’osservazione di due categorie particolari di strutture geologiche.

La prima è costituita da quelle che vengono chiamate scarpate lobate, ovvero rilievi allungati, simili a piccoli gradini, che si formano quando una faglia inversa spinge una porzione di crosta sopra quella adiacente. Hanno in genere un versante ripido e un fianco più dolce e si trovano soprattutto nelle regioni montuose lunari.

Quando l'interno lunare si contrae, la crosta è sottoposta a sforzi compressivi che possono provocare fratture e spostamenti lungo le faglie. La roccia può rompersi e una porzione della crosta può essere spinta sopra quella adiacente. Vengono così formate le scarpate lobate.

La seconda si trova nei mari lunari (ovvero le grandi pianure scure visibili dalla Terra formate prevalentemente da lave basaltiche solidificate), costituita da piccole dorsali, dette small mare ridges, associate a faglie compressive. Sono costituite da piccole catene montuose o pieghe che si formano nei mari basaltici della Luna.

Le scarpate delle regioni montuose e le dorsali dei mari rappresentano manifestazioni superficiali differenti di una deformazione associata alla contrazione della superficie lunare dovuto al suo recente lento raffreddamento.

Il team di ricerca ha esaminato le immagini acquisite dalla sonda LRO e mappato oltre 8.900 scarpate lobate. Le loro tracce sono state suddivise in circa 127.800 segmenti per misurarne lunghezza e orientamento. A queste strutture gli autori hanno affiancato circa 2.600 piccole dorsali dei mari già catalogate in studi precedenti. La geometria delle faglie e i modelli di deformazione permettono di stimare lo spostamento e l’accorciamento della superficie (e quindi del raggio) lunare.

Combinando i dati delle regioni montuose e dei mari i ricercatori hanno stimato una contrazione di circa 44 metri. Secondo il modello se la contrazione fosse avvenuta uniformemente negli ultimi 400 milioni di anni, il raggio sarebbe diminuito in media fino a circa 11 centimetri per milione di anni.

Mappare le 10.000 giovani faglie servirà per prevedere i terremoti del satellite

Sulla Terra molti terremoti sono legati alle interazioni tra placche litosferiche in movimento. La Luna non possiede un sistema tettonico simile alla Terra e la sua crosta forma un involucro unitario solidificato. Però a causa del raffreddamento della superficie lunare si genera una contrazione che contribuisce alla compressione delle strutture geologiche superficiali. La generazione di queste faglie è distribuita in numerose regioni lunari, formando però regioni più attive e lasciando invece altre aree lunari meno interessate al fenomeno.

Quando gli sforzi superano la resistenza della roccia lunare, una faglia esistente può scivolare e il movimento improvviso libera energia e provoca una scossa, allo stesso modo di quanto succede sulla Terra. La distribuzione delle faglie lunari, le proprietà delle rocce e gli sforzi locali generati dalla compressione saranno parametri importanti per determinare il rischio e la possibile previsione e intensità di un evento sismico sulla Luna.

Valutare il rischio sismico per le future basi umane sulla Luna

Le faglie sono un elemento da considerare nella scelta dei siti per le future basi umane sulla Luna, soprattutto al polo sud, dove la NASA sta valutando le possibili aree per il futuro insediamento di una prima base spaziale. I bordi dei grandi crateri lunari che celano al loro interno le zone permanentemente in ombra che potrebbero conservare ghiaccio d’acqua sono infatti tra i siti di maggiore interesse dell'agenzia spaziale americana.

Uno studio pubblicato nel 2024 ha modellato la stabilità dei pendii dei crateri del polo sud lunare. I risultati indicano che alcune zone potrebbero essere soggette a frane del regolite anche in seguito a scuotimenti relativamente deboli, comprese alcune pareti interne di crateri permanentemente in ombra, come quelle del cratere Shackleton, una delle regioni più quotate per la base lunare del programma Artemis.

Mappare quindi il rischio sismico della superficie lunare diventerà estremamente importante per capire dove in futuro verranno scelti i luoghi precisi dove verranno fatti atterrare i moduli abitati e le altre infrastrutture delle basi lunari.

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