La Luna, priva di atmosfera e di fenomeni erosivi come vento e pioggia, costituisce un archivio naturale dei processi spaziali che modellano i corpi celesti. La sua superficie fatta di regolite, infatti, conserva traccia dei bombardamenti micro-meteoritici e dell’irradiamento del vento solare. Due studi guidati da Yin Zongjun dell’Istituto di geologia e paleontologia di Nanjing (Nigpas) e da Shen Bing e Zhou Jihan dell’Università di Pechino hanno svelato dettagli inediti su questi processi, analizzando particelle di vetro da impatto portate sulla Terra dalla missione Chang’e-5 nel 2020. I risultati, pubblicati rispettivamente nel 2025 su Journal of Geophysical Research: Planets (Jgr: planets) e la scorsa settimana su Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas), esplorano due processi complementari: la separazione di fase dei silicati indotta da impatto e la formazione di ferro metallico in fase nanometrica (npFe⁰), entrambi fondamentali per comprendere l’evoluzione ottica e chimica della superficie lunare.
Nel primo studio, esaminando il vetro da impatto di Chang’e-5 attraverso la microscopia elettronica in trasmissione a correzione di aberrazione e quella a scansione, sono state identificate nanogocce ricche di ferro nel vetro ricco di silicio e viceversa. Le nanogocce sono prive di struttura cristallina regolare e aggregate in agglomerati parzialmente fusi. Questo risultato indica che i bombardamenti di micrometeoriti non solo fondono localmente la regolite lunare, ma separano anche i liquidi di silicato che si formano durante la fusione: invece di mescolarsi, si dividono in goccioline diverse – una ricca di ferro, l’altra ricca di silicio – nell’arco di frazioni di secondo. Il successivo raffreddamento rapido fa sì che queste rimangano “congelate” nella loro fase separata all’interno del vetro che si forma. È come se fosse una fotografia istantanea di un processo che normalmente dura troppo poco per essere visto.
Il campione lunare analizzato nel primo studio (a), in dettaglio una sua porzione contenente ilmenite (b) che è stata analizzata in diversi punti, evidenziati nei triangoli rossi. L’ilmenite è un minerale di ferro e titanio che nel campione è incorporato nella roccia di silicati (c). Crediti: Dai et al. Jgr: planets, 2025
Il secondo studio si è invece concentrato sul npFe⁰, il principale prodotto della meteorizzazione spaziale lunare e un fattore chiave nel modificare lo spettro di riflettanza dei suoli lunari. I ricercatori hanno utilizzato la tomografia elettronica, combinata con la spettroscopia a raggi X in dispersione di energia e la spettroscopia di perdita di energia degli elettroni, per risolvere distribuzione, morfologia, abbondanza locale e stati di valenza del ferro a scala nanometrica. In un volume ricostruito sono state individuate 1.506 nanoparticelle di ferro, con un diametro medio di appena 3,4 nanometri, ma con distribuzione e grandezza diverse a seconda dello strato in cui si trovano. I ricercatori hanno scoperto che queste nanoparticelle si sono formate attraverso tre percorsi distinti. Nello strato ricco di zolfo, le nanoparticelle grandi e dalla forma irregolare nascono dalla decomposizione del solfuro di ferro. Gli strati ad alta concentrazione delle nanoparticelle più piccole, invece, si formano grazie alla disproporzione del ferro Fe²⁺, un processo in cui lo stesso atomo di ferro subisce contemporaneamente ossidazione e riduzione. Nella regione superficiale, vicina all’esterno del vetro, le nanoparticelle subiscono una maturazione tardiva dovuta all’irradiamento da parte del vento solare, che le modifica dopo la loro formazione iniziale. Per quantificare con precisione quanto contribuiscono gli elettroni esterni in questi processi di riduzione del ferro, i ricercatori hanno anche introdotto un nuovo parametro, chiamato ξ, che permette di distinguere e misurare chiaramente i diversi meccanismi formativi.
Schema dei processi che, dopo l’impatto di micrometeoriti sulla regolite lunare, portano alla formazione di strutture a strati nel vetro d’impatto e di nanoparticelle di ferro metallico di differenti dimensioni. I diversi percorsi di crescita dipendono da calore, pressione, reazioni chimiche e successiva modifica da parte del vento solare. Crediti: Nigpas
Queste ricerche congiunte offrono nuove basi per comprendere l’evoluzione spettrale della Luna e di altri corpi privi di atmosfera come Mercurio e gli asteroidi, migliorando quindi anche l’interpretazione dei dati ottenuti tramite telerilevamento. Queste stesse scoperte hanno inoltre rilevanza pratica per lo sfruttamento delle risorse lunari: la significativa quantità di ferro metallico nanometrico identificata, che supera il 7 per cento in peso in alcuni domini del vetro, evidenzia il potenziale della superficie lunare come fonte di ferro per future missioni di utilizzo delle risorse in situ.
Per saperne di più:
- Leggi su Journal of Geophysical Research: Planets l’articolo: “Conjugated Silicate Nanodroplets in Lunar Regolith: Unraveling Impact-Driven Phase Separation” di Yiheng Dai, Zhiheng Xie, Zezhou Li, Tianyi Jia, Ruimin Wang, Zongjun Yin, Bing Shen e Jihan Zhou
- Leggi su Proceedings of the National Academy of Sciences l’articolo: “3D insights into the multiorigins of nanophase Fe0 in the Moon surface” di Yiheng Dai, Zezhou Li, Tianyi Jia e Jihan Zhou