p Amostras da lua coletadas pelos astronautas da Apollo meio século atrás contêm respostas a perguntas que nem estavam nas mentes dos cientistas na época, à medida que novas ferramentas tecnológicas fornecem informações sobre alguns dos mistérios mais antigos sobre a lua, a terra e o sistema solar. p Em 20 de julho, 1969, enquanto o astronauta Neil Armstrong da Apollo descia a escada do módulo de pouso lunar "Eagle", ele se viu cercado por um mar de cinza - uma extensão de poeira pulverulenta que nenhum ser humano jamais vira pessoalmente. A impressão icônica feita por sua bota esquerda marcou o primeiro passo em uma longa jornada de descoberta, uma descoberta sobre a lua e nosso próprio mundo - os quais guardam segredos que os cientistas estão apenas começando a descobrir.

p Cinquenta anos depois que os astronautas da Apollo coletaram amostras de rochas lunares e poeira durante suas incursões pela paisagem lunar, ainda existem mistérios a serem resolvidos, e um cientista da Universidade do Arizona está procurando respostas. Jessica Barnes, um novo professor assistente no Laboratório Lunar e Planetário da UA, foi recentemente selecionado pela NASA para receber acesso a amostras de rochas lunares preciosamente fechadas.

p De acordo com a análise de amostra Apollo Next Generation da NASA, ou ANGSA, programa, Barnes terá acesso à amostra Apollo 17 71036, que contém quase quatro onças de rocha. Várias amostras dessa missão foram inicialmente processadas em condições nominais de laboratório, protegido da exposição ao ar por um gabinete de nitrogênio em temperatura ambiente, e foram então colocados em um armazenamento refrigerado dentro de um mês após o retorno.

p "Quando essas amostras foram trazidas de volta, os curadores tiveram a clarividência de dizer, 'neste momento, não temos todos os métodos para responder a todas as perguntas que essas amostras poderiam nos ajudar a responder' e então eles bloquearam alguns para estudo futuro, "Barnes diz." Eles perceberam que as tecnologias futuras nos permitiriam fazer coisas que seriam impossíveis na época, e que as pessoas surgissem com novas perguntas, e é realmente emocionante porque estamos nesse ponto no tempo agora. "

p Barnes está em uma missão para descobrir de onde veio a água no início do sistema solar e como ela evoluiu ao longo do tempo. Pesquisa anterior, incluindo alguns de seus próprios trabalhos, sugere que certas rochas espaciais conhecidas como condritos carbonosos trouxeram água com eles quando impactaram a Terra e Marte, e potencialmente alguns dos asteróides maiores. Não é por acaso que Bennu, o asteróide alvo da missão de retorno de amostra OSIRIS-REx liderada por UA, é um condrito carbonáceo.

p Siga a Água

p "Para entender de onde veio a água do sistema solar, e particularmente como acabou na Terra, Marte, e no cinturão de asteróides, temos que considerar a lua, "diz Barnes, cuja pesquisa atual se concentra no rastreamento de meteoritos aquáticos, incluindo alguns de origem marciana, e amostras de lua coletadas durante a Apollo 11, 14, e 17. "A compreensão de como a vida na Terra começou está intimamente ligada à história de como a água chegou aqui. Amostras lunares são peças essenciais neste quebra-cabeça porque, ao contrário da Terra, onde as rochas mais antigas foram em grande parte apagadas pelas placas tectônicas, o antigo registro de rocha da lua ainda está intacto. "

p Cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, quando uma nebulosa rodopiante de gás e poeira começou a colapsar em um disco que daria origem ao nosso sistema solar, os planetas rochosos e os condritos carbonáceos estavam se desenvolvendo em diferentes lugares e em diferentes épocas, Barnes explica, o que representa um problema para o cenário envolvendo os primeiros asteróides como arautos de água.

p "Foi há apenas 10 anos que a água foi descoberta na lua, não apenas na superfície, mas também dentro de minerais, "Barnes diz." Na ciência, essa é uma escala de tempo bem curta, e ainda não descobrimos tudo. Quanta água existe? Ele veio da Terra durante o grande impacto que pensamos ter criado a lua, ou foi dado à lua mais tarde? É distribuído uniformemente ou em manchas dentro do manto da lua? "

p Para encontrar respostas para essas perguntas, Barnes, que nem tinha nascido quando os astronautas da Apollo cruzaram a superfície lunar a pé e com seus rovers, está usando uma tecnologia que não foi inventada até o início dos anos 2000.

p "Quando você recebe sua amostra pela primeira vez, você não sabe o que está olhando, então você começa com uma análise visual, "Tom Zega diz, apontando para um microscópio de dissecação simples, como os usados ​​em laboratórios de ciências introdutórias. Zega é um professor associado de ciências planetárias, e ciência e engenharia de materiais, e co-investigador do projeto ANGSA. Ele também é o diretor do Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility da LPL, uma instalação de última geração projetada com um objetivo:extrair o máximo de informações das amostras, terrestre e extraterrestre, que possível.

p Estudar um pedaço de rocha lunar sob um microscópio óptico é apenas o primeiro passo de uma série de técnicas analíticas que os pesquisadores de UA têm à disposição. No final está um microscópio eletrônico de transmissão de 3,6 metros de altura, ou TEM. Financiado pela National Science Foundation e NASA, seu número de série é "1" porque é o primeiro de seu tipo no mundo com esta configuração exata. São 200, Feixe de elétrons de 000 volts pode sondar matéria até 78 picômetros, escalas muito pequenas para o cérebro humano compreender.

p "Se você quiser saber como é um átomo desde o nascimento do nosso sistema solar, Eu posso te mostrar, "diz Zega. Para obter uma amostra de onde desista de tantos detalhes de sua origem e história, Contudo, requer um conjunto de instrumentos complexos e conhecimentos que nenhuma disciplina pode fornecer.

p "Hoje, toda a ciência interessante acontece na intersecção de vários campos, "Diz Zega." No meu grupo temos cosmoquímicos, químicos quânticos, astrofísicos e astrodinâmica, entre outros. Este trabalho requer uma combinação única de conhecimentos e habilidades. Faça o TEM, por exemplo:é uma ferramenta de mecânica quântica, então você tem que ser um especialista em física, ciência dos materiais e química ao mesmo tempo. "

p Uma escavadeira em escala nanométrica

p Outro instrumento, called an electron microprobe, allows researchers to discover certain properties of a sample by scanning it with an electron beam. Como acontece, a spatial image of the sample emerges, in this case revealing an abstract, speckled landscape of light and dark areas that cosmochemists can read like a map.

p "Heavier elements appear brighter, and lighter elements appear darker, " Zega says. "So this tells us, por exemplo, where and how much iron there is compared to oxygen in a lunar sample."

p Applying the same principle but scanning a sample with x-rays instead of electrons reveals a little more. When Barnes moves to the UA this fall, after wrapping up her current research at NASA's Johnson Space Center, she hopes to be able to expand the capacities of the Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility with a next-generation NanoSIMS instrument, which stands for nanoscale secondary ion mass spectrometry.

p The beauty of this technology, disse Barnes, lies in its ability to analyze isotopes, essentially different "varieties" of chemical elements, at very small scales, less than one-fiftieth the width of a human hair. Measuring the composition of different volatile elements such as hydrogen and chlorine in the rock tells the researcher something about the chemical make-up of the magma from which the rock crystallized and how its chemistry evolved over time.

p "These data allow us to understand the chemistry of the moon's interior, " she says. "Ultimately we are able to say something about how the moon evolved and where its water came from."

p The possibilities don't end here. To a curator during the Apollo days, a focused ion-beam scanning electron microscope, or FIB-SEM, would have sounded like utter science fiction:By smashing the bonds between atoms inside the sample with a beam of heavy gallium ions, the instrument works essentially like a nano scale excavator, Zega explains.

p "Except that compared to other FIBs, which act like shovels, this one is a scalpel, " ele diz.

p FIB-SEM allows scientists to cut out tiny pieces from a sample with high precision and analyze only those pieces. This technique recently enabled Zega's team to discover a grain of dust forged in the death throes of a star long before our solar system was born.

p Untouched Samples

p "What we want to know from our samples is, how well do they conform to how we think the solar system formed based on astrophysical models?" Zega says.

p The same applies to the origin of the moon, Barnes says.

p "It's not just analytical instruments that have improved. In the last 10 years major advancements in impact simulations and numerical modeling have allowed the community to simulate the speed, size and number of the bodies that might have been involved in creating the Earth-moon system."

p Analyzing samples from extraterrestrial bodies goes beyond the origins of the Earth and the moon, claro. They are critical pieces in the puzzle because they allow scientists to test hypotheses about formation processes in the solar system based on simulations and models.

p "We have had lunar samples here for decades, " says Timothy Swindle, director of the LPL. "Our faculty have been studying the composition of the moon for a long time, and what's so special about these samples is that they were valuable 50 years ago, and they will be valuable 50 years from now."

p When asked what the Apollo samples can tell us 50 years later, Barnes says:"Being able to study these previously unopened samples is like a whole new lunar sample return mission. Not only do we get to be a part of the history of opening these samples, but we also will be using this opportunity to study how curation practices, such as ambient versus cold storage, affect our ability to measure a lunar water signature.

p "It's exciting because this has never been done before."