Come saprà Tianwen-2 se Kamo’oalewa è un pezzo di Luna?
La missione Tianwen-2 dell’Agenzia spaziale cinese è diretta verso asteroide Kamo’oalewa. L’obiettivo è studiare la composizione della regolite per capirne la sua origine. Un esame di questo tipo è molto complesso e richiede interdisciplinarità tra diverse branche della scienza.
Per decenni gli astronomi hanno avuto molti dubbi sull’origine dei meteoriti. Quando iniziarono a confrontare i frammenti rinvenuti sulla Terra con gli asteroidi della fascia principale, i conti non tornavano. I primi erano grigi e chiari, i secondi apparivano scuri e rossastri. Questo enigma trovò soluzione solo con lo studio della regolite lunare, risalendo all’erosione spaziale come causa del fenomeno. I micrometeoriti e il vento solare vaporizzano i minerali, depositando sulla superficie una patina invisibile di una particolare formazione ferrosa, chiamata ferro nanofasico, avente uno spessore nell’ordine di decine o centinaia di nanometri (1×10-9 m). Questi atomi di ferro metallico puro agiscono come un filtro ottico che scurisce e arrossa i corpi celesti.
Il viaggio del ferro inizia nel cuore delle stelle morenti e nelle esplosioni di supernova. Espulso nel mezzo interstellare sotto forma di atomi metallici, il ferro attraversa la galassia, ma la sua esistenza come metallo puro è destinata a durare poco. Nel corso di milioni di anni, questi atomi incontrano nubi di gas e polveri ricche di ossigeno, reagendo con esse per formare ossidi e silicati. A causa della sua alta reattività chimica, il ferro si combina quasi ovunque in strutture minerali stabili per diventare parte integrante di grani di polvere interstellare. Quando questi grani si aggregano per formare asteroidi e pianeti, il ferro metallico libero è ormai quasi inesistente, confinato per lo più nei nuclei planetari, e rimane allo stato ossidato all’interno della roccia.
Sulla superficie dei corpi del sistema solare, l’esposizione all’ambiente spaziale innesca però un processo inverso. Il vento solare e gli impatti meteoritici riescono a spezzare nuovamente questi legami, liberando il ferro dai composti, mutandolo in forma di minuscole sferette metalliche pure. È in questo scenario di continua distruzione e ricombinazione molecolare che emerge il ferro nanofasico. Questo processo avviene sulla superficie dei corpi privi di atmosfera. L’abbondanza di queste particelle fornisce un’indicazione su quanto tempo la superficie è stata esposta o, come si dice in gergo, quanto è maturata con il meteo spaziale.
Il risultato di questi eventi energetici è la formazione di una sottile pellicola di vapore metallico che ricondensa rapidamente sui granelli di polvere vicini. Poiché il raffreddamento avviene in modo quasi istantaneo nel vuoto del cosmo, gli atomi di ferro non hanno il tempo di aggregarsi in strutture macroscopiche, ma rimangono confinati in sferette di dimensioni nanometriche, trasformando il ferro precedentemente ossidato in una distesa di nanoparticelle metalliche, alterando per sempre le proprietà magnetiche e ottiche del paesaggio extraterrestre. Queste particelle di ferro di pochi nanometri di grandezza, infatti, hanno un comportamento magnetico unico.
Comunemente, il comportamento macroscopico più noto è il ferromagnetismo, tipico del ferro comune, chiamato più tecnicamente ferro alfa (α-Fe). In questa fase, le linee di campo magnetico dei singoli atomi si allineano spontaneamente, permettendo al materiale di mantenere una magnetizzazione permanente. In alcune condizioni si può verificare un fenomeno diverso, il paramagnetismo. Sopra i 912℃ il ferro cambia la sua struttura cristallina, sempre restando in forma solida. A queste temperature il metallo viene chiamato ferro gamma (γ-Fe), e si trova in una condizione in cui gli atomi sono orientati in modo casuale a causa dell’agitazione termica, senza una direzione preferenziale per il campo magnetico. Il ferro gamma viene comunque attratto da un campo magnetico esterno, anche se debolmente, ma perde ogni traccia di magnetizzazione non appena la fonte viene rimossa. Questo fenomeno si chiama paramagnetismo.
Il ferro nanofasico, invece, ha un ulteriore comportamento diverso. A temperature ambiente, l’energia termica è sufficiente a scuotere l’orientamento magnetico delle particelle di queste sferette. Quindi pur essendo composta da ferro alfa intrinsecamente ferromagnetico, la nanoparticella si comporta normalmente come un materiale paramagnetico. Tuttavia, in presenza di un campo magnetico esterno, la particella allinea il suo campo in modo più coerente di come potrebbe fare il ferro gamma, una sostanza paramagnetica qualunque. Questo tipo di reazione si chiama superparamagnetismo.
Dopo questa necessaria premessa, torniamo alla missione. L’obiettivo di Tianwen-2, una sonda attiva dell’Agenzia spaziale cinese, è Kamo’oalewa, un quasi-satellite della Terra: orbita attorno al Sole, ma la sua vicinanza e sincronia con la rivoluzione del nostro pianeta lo fanno apparire come se orbitasse attorno alla Terra. Con un diametro stimato di 40-100 metri, Kamo’oalewa all’osservazione presenta uno spettro con un picco sul rosso che è raro osservare negli asteroidi della fascia principale. Le sue caratteristiche ottiche sono simili a quelle del cratere Giordano Bruno della Luna. Non si conosce l’origine di questo corpo celeste, ma le ipotesi più accreditate sono due: o è un asteroide della fascia principale migrato vicino alla Terra oppure è un frammento di Luna creato da un impatto. La missione Tianwen-2 potrà risolvere l’ambiguità cercando in situ quelle tracce di ferro nanofasico che testimonino la maturità della regolite e ne svelino o smentiscano la parentela con il nostro satellite naturale.
Tianwen-2 userà il magnetometro di bordo, uno strumento che non si limiterà a misurare il debole campo magnetico residuo dell’asteroide, ma agirà come un vero e proprio sensore di prossimità per la materia nanofasica. Sfruttando la risposta superparamagnetica, il magnetometro sarà in grado di rilevare come la regolite reagisce alle variazioni del campo magnetico trasportato dal vento solare. Poiché il ferro nanofasico risponde a queste sollecitazioni con una suscettività magnetica molto elevata, i ricercatori potranno mappare la densità di queste particelle sulla superficie del corpo celeste in tempo reale.
Questa misura magnetica non sarà isolata, ma sarà incrociata con i dati provenienti dagli spettrometri a infrarossi. Mentre questi ultimi osserveranno l’effetto ottico dei segni lasciati dal meteo spaziale, ovvero l’arrossamento della luce riflessa, il magnetometro fornirà la prova fisica complementare, confermando che tale alterazione è dovuta proprio alla presenza di ferro nanofasico e non a differenze mineralogiche intrinseche. L’integrazione di questi dati permetterà di stimare con precisione il grado di maturità del suolo di Kamo’oalewa e stabilire l’origine dell’asteroide.
Tianwen-2 sarà la prima sonda a effettuare misure di questo tipo in situ. Precedentemente bisognava aspettare il ritorno dei campioni a Terra per poter effettuare misure sul ferro nanofasico. Nonostante questo, la sonda porterà comunque dei campioni sulla Terra. La strumentazione miniaturizzata di una sonda spaziale non permette di effettuare tutti gli esami necessari su un campione. Solamente nei laboratori terrestri, al momento, è possibile utilizzare la risonanza ferromagnetica (FMR) e la microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Questi strumenti permettono di contare letteralmente i singoli atomi e di osservare la disposizione del ferro dentro le strutture vetrose dei granelli di polvere, distinguendo tra il ferro prodotto dal vento solare e quello generato da impatti meteorici.
La sonda riporterà un pezzo di Kamo’oalewa a casa nel 2027. Questi frammenti sono anche un dono alla posterità. Gli strumenti scientifici evolvono, campioni riportati oggi potranno essere analizzati tra vent’anni con tecnologie che oggi non abbiamo, come già accaduto con le rocce lunari delle missioni Apollo.
Oltre a queste aspettative scientifiche, la missione non sta regalando immagini spettacolari né creando interesse sui social. Da quando è partita la missione, a maggio 2025, ci sono stati solo tre comunicati dell’Agenzia spaziale cinese e sono state rilasciate pochissime foto della sonda. L’arrivo nei pressi dell’asteroide è previsto per luglio 2026, dove rimarrà 10 mesi circa. A fine aprile 2027 ripartirà da Kamo’oalewa per tornare verso la Terra, dove a novembre 2027 rilascerà in atmosfera la capsula contenente i campioni e si dirigerà verso il prossimo obiettivo, il corpo celeste 311P/PANSTARRS, in un lungo viaggio di sette anni.
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