Il rabdomante della NASA con un termometro neutronico

La radioestesia non verrà mai presa in considerazione negli uffici della NASA, ma chissà se qualcuno da quelle parti è stato ispirato dai racconti sulla rabdomanzia prima di lanciarsi nella progettazione di un dispositivo per la rilevazione di acqua nel sottosuolo lunare.

L’acqua è importante sulla Terra e lo sarà pure sulla Luna se un giorno si vorrà stabilire una base in pianta stabile. Senza atmosfera il ghiaccio sulla superficie sublima velocemente, ma sotto di essa si conserva nel sottosuolo in concentrazioni diverse nello spazio di pochi metri. Localizzare e mappare l’acqua potrebbe essere un buon punto di partenza per pianificare in futuro un avamposto in grado di sostenere le attività prolungate di un equipaggio umano. Il polo sud lunare ha abbondanza di acqua sotto la superficie, è lì da milioni di anni ma è stata scoperta solo nel 2008 grazie ad una missione Indiana, Chandrayaan-1, che ha fatto schiantare un impattatore nel cratere Shackleton, a 89° di latitudine sud. I detriti sono stati analizzati dall’orbita grazie a uno strumento fornito dalla NASA che volava nell’orbiter indiano, il Moon Mineralogy Mapper o M3. La scoperta è stata molto importante, tanto che l’anno seguente la NASA ha ripetuto lo stesso esperimento con la missione LCROSS. M3, durante i 10 mesi di missione, ha fornito una mappatura grossolana della concentrazione di acqua in tutta la superficie lunare, evidenziandone la maggior presenza al polo sud.

L’acqua si è accumulata in zone fredde, dove i bordi del cratere la proteggono dall’irraggiamento solare, e maggiormente ai poli perché il Sole si mantiene basso all’orizzonte e i crateri riescono a contenere ampie zone di terreno in perenne oscurità. L’inclinazione ridotta della Luna gioca a favore dell’esplorazione robotizzata, in quanto in cima al bordo dei crateri vicino i poli si può contare su un periodo di illuminazione molto ampio. L’assenza di atmosfera non riduce l’apporto di energia fornito dal Sole con un’inclinazione così bassa, come ad esempio sulla Terra, e un automa alimentato a pannelli solari può facilmente approvvigionarsi di energia appollaiato sulla cima di questi crateri per esplorarne il fondo oscuro una volta ricaricate le batterie.

Sembra strano vedere un robottino extraplanetario con i pannelli solari disposti verticalmente sulla fiancata, ma è proprio questo il caso d’uso. Il nuovo rover lunare della NASA, VIPER, Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, ha proprio questo buffo aspetto. Partirà nel 2022 alla volta del polo sud lunare, la sua missione durerà 100 giorni terrestri e avrà il pionieristico obiettivo di trovare l’acqua nascosta nelle zone fredde dei crateri. Sarà dotato di uno strumento dal funzionamento abbastanza complesso per registrare in maniera indiretta la presenza d’acqua sotto la superficie. Lo strumento si chiama Neutron Spectrometer System (NSS) e sarà in grado di valutare solamente la concentrazione di idrogeno in prossimità del rover, elemento che molto probabilmente non sarà allo stato libero ma legato all’ossigeno per formare molecole di acqua. Il principio di funzionamento è basato su un sensore di neutroni, che ha poco a che vedere con l’idrogeno e l’acqua, ma sfrutta una proprietà delle condizioni ambientali. Nello spazio viaggiano vari tipi di raggi cosmici, tra cui anche semplici neutroni liberi ad alta energia che impattano con la superficie della Luna, trasferendo parte della loro energia agli atomi che incontrano. Un neutrone cede la maggior parte della propria energia quando incontra un protone singolo, una particella dalla massa simile alla propria, in pratica quindi un atomo di idrogeno, e NSS misurerà proprio il calo energetico del flusso di neutroni che incontra la superficie, stimando quindi indirettamente la concentrazione di atomi di idrogeno e conseguentemente di acqua. Tecnicamente il valore che lo strumento misura si chiama proprio temperatura del neutrone, dunque è un po’ come girare con un termometro neutronico per vedere dove queste particelle sono più fredde per trovare l’acqua.

Una volta fatta una stima della percentuale d’acqua nel sottosuolo, il rover procederà all’analisi diretta con uno strumento molto più conosciuto rispetto allo spettrometro neutronico: il trapano. Il nome specifico di questo dispositivo è comunque complicato, The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain, TRIDENT, ma il funzionamento non necessita di una spiegazione dettagliata. Fare buchi nel terreno in un territorio inesplorato è sempre una sfida, come sappiamo dalle avventure di InSight nelle cronache marziane. Questo trapano particolare verrà realizzato per la NASA da Honeybee Robotics, la società che ha realizzato storicamente il primo dispositivo per esaminare il terreno sotto la superficie di un corpo celeste diverso dalla Terra, il RAT, presente in Spirit e Opportunity, e verrà testato a terra con vari tipi di suolo prima di essere validato. Le zone più interessanti, con la percentuale di acqua più elevata, verranno trivellate fino alla profondità massima di un metro e un piccolo campione verrà esaminato in dettaglio con altri strumenti per determinare la composizione mineralogica.

Non si sa ancora con quale razzo il lander partirà dalla Terra, la NASA si affiderà al programma Commercial Lunar Payload Services (CLPS) per affidare la spedizione di questo oggetto, come oggi seleziona vari partner commerciali per l’invio di merci verso la Stazione Spaziale Internazionale. L’obiettivo ultimo è avere un’idea chiara di dove trovare risorse quando arriveranno le missioni umane con il programma Artemis. L’utilizzo di risorse in situ abbatterà i costi dell’esplorazione spaziale e l’acqua in questo contesto è un composto preziosissimo, in quanto da essa si ottengono ossigeno per respirare e per rifornire i razzi, oltre che a provvedere all’idratazione del corpo.

Per approfondire:

• NASA news, presentazione del rover: New VIPER Lunar Rover to Map Water Ice on the Moon
• NASA NTRS, funzionamento dettagliato di NSS: The Resource Prospector Neutron Spectrometer System: RP’s Bloodhound