Intervista a James Carpenter, Responsabile scientifico per la Luna e Marte e Responsabile dello sfruttamento lunare presso la Direzione per l’esplorazione umana e robotica della European Space Agency
Perché stiamo tornando sulla Luna?
Ci sono molte risposte diverse a questa domanda. Dal punto di vista scientifico, stiamo assistendo a un rinnovato interesse per la Luna. Nonostante il periodo di scarsa attività che è seguito alle missioni Apollo, i campioni raccolti durante quelle missioni hanno fornito un ricchissimo bacino di informazioni, in esame ancora oggi, che ci ha lasciati con più domande che risposte. Allo stesso tempo, le missioni in orbita attorno alla Luna degli scorsi anni hanno restituito una visione globale che prima non avevamo. E la combinazione di queste evidenze (la visione globale e i campioni riportati) ci ha mostrato che la Luna è molto più diversificata di quanto avessimo capito. È, infatti, un “registratore” dell’intera storia del sistema solare, inclusa l’epoca dei grandi impatti. Quando la guardiamo, vediamo dei crateri molto grandi che si sono formati nello stesso periodo in cui la Terra e l’intero sistema solare prendevano forma, che è anche il periodo a cui risalgono le prime tracce di vita possibile sul nostro pianeta. Sulla Terra, però, la registrazione geologica di quell’epoca è andata perduta, e l’unico posto in cui leggerla è la Luna. Nei suoi materiali vulcanici e sulla sua superficie abbiamo rinvenuto tracce chimiche di tutto ciò che è accaduto dalla sua formazione, per miliardi di anni, per cui funge anche da modello per capire come tutti i pianeti si sono formati ed evoluti; è un preziosissimo archivio. Ma l’interesse per la Luna oggi si deve anche al suo potenziale come fonte di risorse. Sappiamo che ai suoi poli c’è ghiaccio d’acqua, e sebbene non sappiamo se sia accessibile, quanto ce ne sia, o se sarà mai utile, esiste l’ipotesi che potrà essere utilizzato in situ, come fonte di propellente per operazioni nello spazio profondo. Sappiamo anche che la Luna ha dei metalli e delle terre rare – tra cui, forse, l’elio-3, possibile fonte di combustibile per la fusione nucleare in futuro. Oggi non siamo in grado di valutare l’utilità di queste risorse, ma stiamo creando la conoscenza che ci permetterà di prendere decisioni in futuro. E mentre facciamo questa ricognizione, affermiamo anche la nostra presenza sulla Luna: la Luna oggi è l’Antartide di cento anni fa, un continente più grande dell’Europa, molto difficile da raggiungere, che potrebbe rivelarsi strategico. Perciò diverse nazioni stanno prendendo parte all’esplorazione; sono interessate alla scienza, certamente, ma anche a essere lì, a stabilire una presenza, e a fare sfoggio, da tale posizione privilegiata, delle proprie capacità tecnologiche. Al momento, in questo, la Cina è in testa. Ha un programma lunare straordinario, di fase in fase più complesso, che al momento sta vedendo la fusione tra il programma robotico e quello umano. Anche negli Stati Uniti c’è una grande spinta, specialmente commerciale, a tornare sulla Luna con esseri umani, con l’intenzione di costruire lì una base. La stessa Europa aspira ad andare sulla Luna con le proprie risorse e sta lavorando sulle capacità di atterraggio, mobilità ed energia, con l’obiettivo di assicurarsi un accesso proprio alla Luna, e di garantirsi un ruolo da protagonista. Le regole, a livello internazionale, su come lavorare insieme in questo nuovo continente sono ancora tutte da scrivere, ed è importante partecipare alla stesura, avere voce. Tra dieci, venti, trent’anni, mi aspetto di vedere sulla Luna infrastrutture su base nazionale – europea, statunitense, cinese –, probabilmente associate a risorse di interesse. Ma confido anche in un’infrastruttura scientifica internazionale condivisa, dove lavorare insieme in modo pacifico e cooperativo, per fare e imparare cose impossibili in altro modo.
Parlando di collaborazioni internazionali, può spiegarci quale ruolo ha la European Space Agency (ESA) e, in particolare, lo European Service Module nella missione della NASA Artemis?
Guardando la capsula Orion, che porterà l’equipaggio di Artemis sulla Luna, si può vedere un veicolo di forma conica nella parte anteriore e, dietro di esso, una struttura cilindrica da cui si estendono i pannelli solari: è lo European Service Module il contributo dell’ESA ad Artemis, costruito in Europa e assemblato a Brema, in Germania. Trasporta il sistema di alimentazione, il sistema di propulsione e i sistemi di supporto vitale per la missione Artemis. Come ESA, stiamo sviluppando una serie di questi moduli per tutte le missioni Artemis che utilizzano Orion: abbiamo già contribuito al volo di prova originale, Artemis I, che era senza equipaggio, al volo di Artemis II, appena concluso, e ad Artemis III, il cui modulo è stato consegnato. L’impressione è che si stia verificando ora un’esplosione di attività, ma in realtà questa è il risultato di decenni di lavoro.
Facciamo allora un passo indietro: quando è iniziata la corsa alla Luna?
La Luna ha sempre interessato gli esseri umani. Il fatto che tutti abbiano potuto contemplarla le ha assegnato un posto unico nella storia culturale; in ogni singola cultura la Luna gioca un ruolo. È “cablata” nella nostra biologia. La vita sulla Terra è stata possibile perché questo oggetto è lì, dunque è piuttosto importante. Non c’è da stupirsi se già alla fine dell’Ottocento, in una rivista francese si fa riferimento all’ipotesi di ghiaccio d’acqua ai poli lunari, e se i primi romanzi di fantascienza parlano tutti di esplorazione della Luna. Nel 1865 è Jules Verne a scrivere di un viaggio sulla Luna a mezzo di una sorta di gigante proiettile sparato da un cannone. Poi, negli anni ’50 del Novecento, sono davvero partite le prime missioni per orbitare attorno e studiare la Luna. È iniziata la corsa tra Stati Uniti e Unione Sovietica, una corsa che non aveva nulla a che fare con la scienza, ma che intendeva dimostrare al mondo chi fosse il vero leader tecnologico. Gli Stati Uniti vinsero quella competizione, ma giunti alla missione Apollo 17, i contribuenti statunitensi avevano già perso interesse: erano ormai abituati a vedere qualcuno camminare sulla Luna, era ordinario, e molto costoso. Anche i sovietici smisero di provarci. Rimase solo la ricca eredità scientifica delle missioni Apollo che, come dicevamo, ha aperto molte domande e ci ha spinti a esplorare altre zone del sistema solare. Per un po’ nessuno è andato sulla Luna. Sono emersi, solo a partire dagli anni ’90, dei nuovi attori – India, Cina e Giappone – con alcune missioni isolate. Negli Stati Uniti, intanto, l’interesse andava e veniva. Ci sono state iniziative sotto Bush padre e il Programma Constellation sotto Bush figlio, ma mancava un programma continuativo. Cresceva però l’interesse nello sviluppo di capacità commerciali per l’esplorazione lunare, e sono emersi così il programma CLPS, altre missioni più piccole, e l’attuale Artemis, con il contributo europeo. L’Europa dal canto suo ha iniziato a muovere nella direzione dello sviluppo di capacità proprie, e nonostante non abbia ancora avuto una sua missione, a parte SMART-1, è sulla buona strada. Un sistema di cui sono personalmente molto orgoglioso è PROSPECT, guidato dall’Italia (Leonardo, Milano). È un sistema che volerà sulla Luna nel 2027 su un lander commerciale in partnership con la NASA. Atterrerà nelle regioni polari, perforerà fino a un metro sotto la superficie, prenderà campioni, li analizzerà in un laboratorio chimico riscaldandoli fino a 1000 °C, misurando ghiaccio d’acqua e altre sostanze volatili, e noi proveremo a estrarre ossigeno dai minerali contenuti nei campioni. Sarà il primo esperimento di questo tipo. Guardando poi a un futuro più lontano, l’Europa ambisce a costruire capacità autonome di accesso alla superficie lunare, e un elemento chiave a questo scopo sarà il lander Argonaut, che permetterà l’accesso robotico indipendente. Potremo usarlo per missioni robotiche, per supportare le missioni americane, e per importanti misure scientifiche. Non posso non menzionare a questo proposito il contributo dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare: il retroriflettore laser MoonLIGHT, sviluppato da Simone Dell’Agnello e il suo gruppo. MoonLIGHT volerà sulla Luna a ottobre, sul lander commerciale IM-3 di Intuitive Machines, atterrerà a Reiner Gamma e permetterà di misurare la distanza Terra-Luna con estrema precisione, di studiare la struttura interna della Luna e di testare la relatività generale. È un contributo scientifico piccolo ma molto significativo, di cui sono entusiasta.
Insomma, stiamo tutti puntando alle basi lunari, a vivere e lavorare sulla Luna. Come possiamo immaginare la vita lì?
Innanzitutto, se tu fossi una persona che vive e lavora sulla Luna, sarebbe meglio che ti piacessero le rocce, perché ne incontreresti molte. La Luna è un ambiente incredibilmente ostile. Ti troveresti all’interno di un ambiente piccolo, pressurizzato, e dovresti proteggerti dagli impatti dei micrometeoriti, che avvengono continuamente. Svolgeresti del lavoro sperimentale, probabilmente afferente alla biologia, all’interno del tuo habitat. All’esterno, invece, saresti impegnato a installare strumenti scientifici e svolgere attività di geologia sul campo, per riportare i campioni all’interno dell’habitat. Dovresti rimanere sulla Luna per un periodo di tempo lungo, e se ti trovassi in una regione non polare, dovresti tenere in conto che per circa la metà del tempo sarà completamente buio, e fuori dalla finestra ci saranno temperature tra -100 °C e -200 °C. Quindi non usciresti durante questo periodo, resteresti in uno spazio confinato. Saresti in gravità parziale e, a seconda dell’atmosfera, ti troveresti a una pressione diversa. Saresti esposto a un ambiente di radiazioni più intenso rispetto alla Terra o all’orbita terrestre bassa, e non sappiamo ancora quale effetto fisiologico e biologico potrebbe avere. Sappiamo che i flussi di protoni producono effetti acuti e richiedono protezione, ma saresti esposto anche ai raggi cosmici galattici, ad altissima energia e molto pesanti, che non sappiamo cosa facciano. A ciò si aggiunga che questa esposizione avverrebbe in un ambiente a gravità ridotta, di cui non abbiamo esperienza. Abbiamo esperienza soltanto di voli spaziali di lunga durata in orbita terrestre bassa, che hanno delle implicazioni diverse non solo dal punto di vista fisiologico, ma anche comportamentale e psicologico. In questi ambienti, infatti, la Terra è sempre visibile. Ma andando sulla Luna cambia tutto: la luce, la linea dell’orizzonte, la distanza della Terra. Gli astronauti della missione Artemis sono rimasti profondamente colpiti da ciò che hanno visto; “gli esseri umani non si sono evoluti per osservare una cosa del genere”, ha commentato uno di loro. Dunque, qual è la reazione degli esseri umani? Quali sfide devono affrontare nello spazio profondo? Su questo ci stiamo concentrando adesso: identificarle tutte e fare esperimenti, perché un giorno possiamo arrivare preparati a soggiorni umani più lunghi sulla Luna, e a missioni verso Marte.
Di che scala temporale parliamo quando facciamo riferimento alle missioni verso Marte?
Per ora, una presenza sostenuta sulla Luna è un obiettivo raggiungibile, ed è molto strategico. Al contrario, è difficile dire quando avverrà l’esplorazione umana di Marte. Dal punto di vista tecnologico, probabilmente potremmo farlo entro i prossimi due decenni, ma serve una forte volontà politica e umana. Come dicevo, non sappiamo ancora che cosa accade a un essere umano che rimanga esposto alle radiazioni nello spazio profondo per anni, senza possibilità di ritorno rapido. Ci sono molte sfide, ma se lo si vuole davvero potremmo esplorare Marte entro qualche decennio.
Tornando sulla Luna, che tipo di scienza possiamo fare lì che non è possibile fare altrove?
Prima di tutto, come anticipavo, la Luna è il posto giusto per comprendere che cosa è successo negli ultimi quattro miliardi di anni. La storia del Sole è registrata nelle particelle presenti sulla Luna, la storia della Terra primordiale è lì, la storia dei bombardamenti del sistema solare interno è lì, i processi di formazione dei pianeti sono registrati nella geologia lunare, persino il movimento del sistema solare nella galassia – con tanto di sorvoli di supernovae e attraversamenti di nubi di gas e polveri interstellari – è registrato negli strati superficiali della Luna: è l’archivio della storia del sistema solare. Ma è anche il luogo da cui fare osservazioni impossibili altrove. Il lato nascosto della Luna, per esempio, è l’unico luogo nel sistema solare schermato dalle onde radio provenienti dalla Terra, il che lo rende incredibilmente silenzioso. Da lì è possibile fare radioastronomia a lunghezze d’onda molto lunghe, per osservare le cosiddette “cosmic dawn” e “cosmic dark ages”, tra le prime epoche dell’universo. Sono convinto che intorno al 2040 inizieremo a costruire infrastrutture sul lato nascosto della Luna e, in effetti, ci stiamo preparando già da ora, studiando l’ambiente lunare e sviluppando strumenti e tecnologie, come l’antenna radio LuSEE-Night della NASA, che sarà portata sul lato nascosto per le prime misure radio, e per la quale l’ESA fornirà il satellite di trasmissione Lunar Pathfinder per la comunicazione con la Terra. C’è poi l’idea di usare la superficie lunare per rivelare onde gravitazionali, con infrastrutture dalla configurazione simile agli interferometri LIGO e Virgo, o misurando il modo in cui la forma della Luna stessa cambia quando le onde gravitazionali la attraversano, utilizzando sismometri estremamente sensibili. E c’è persino la proposta di usare il corpo lunare come un grande rivelatore di particelle. Sono idee molto ambiziose e non sappiamo se funzioneranno, ma sono interessanti, e col tempo, quando avremo sviluppato le capacità necessarie per vivere e lavorare sulla superficie lunare, scopriremo opportunità scientifiche che oggi non riusciamo nemmeno a immaginare.
Quali benefici porterà alla Terra l’esplorazione lunare?
Dipende da come la facciamo. Sicuramente l’esplorazione lunare, come la ricerca di base, produce conoscenza scientifica. Può essere una piattaforma per sviluppare nuove forme di cooperazione internazionale, come lo sono state le grandi infrastrutture scientifiche della Stazione Spaziale Internazionale o del CERN. E ci sono risorse sulla Luna che potrebbero rivelarsi utili, anche se ancora non sappiamo come. In particolare, potrebbero esserci applicazioni per l’energia, come il solare spaziale, in cui ripongo molta fiducia, ovvero l’idea di avere enormi parchi solari (larghi diversi chilometri) in orbita, che trasmettono energia 24/7, su scala di gigawatt, in qualsiasi punto della Terra utilizzando le microonde. Si tratta di un’impresa che richiede enormi infrastrutture spaziali e materiali – che potrebbero essere ottenuti nello spazio stesso, utilizzando la Luna come base – e che, qualora diventasse economicamente sostenibile, potrebbe prospettarci un futuro più sostenibile, un futuro in cui le risorse spaziali fornirebbero energia pulita alla Terra.
BIO
James Carpenter è Responsabile scientifico per la Luna e Marte e Responsabile dello sfruttamento lunare presso la Direzione per l’esplorazione umana e robotica della European Space Agency (ESA). È un fisico con un background nella strumentazione per l’astrofisica spaziale e le scienze planetarie. Durante la sua permanenza all’ESA, ha lavorato alle attività delle missioni lunari e marziane e ha guidato lo sviluppo della strategia scientifica per la Luna e le risorse spaziali. Nel suo ruolo attuale, guida la pianificazione di nuove attività di ricerca per la Luna e Marte per il prossimo decennio e oltre.
