Em 1972, A NASA enviou sua última equipe de astronautas à Lua na missão Apollo 17. Esses astronautas trouxeram parte da Lua de volta à Terra para que os cientistas pudessem continuar a estudar o solo lunar em seus laboratórios. Como não voltamos à Lua há quase 50 anos, cada amostra lunar é preciosa. Precisamos fazê-los valer para pesquisadores agora e no futuro. Em um novo estudo em Meteorítica e ciência planetária , os cientistas descobriram uma nova maneira de analisar a química do solo da Lua usando um único grão de poeira. Sua técnica pode nos ajudar a aprender mais sobre as condições na superfície da Lua e a formação de recursos preciosos como água e hélio ali.

"Estamos analisando rochas do espaço, átomo por átomo, "diz Jennika Greer, o primeiro autor do artigo e um Ph.D. estudante do Field Museum e da University of Chicago. “É a primeira vez que uma amostra lunar é estudada assim. Estamos usando uma técnica da qual muitos geólogos nunca ouviram falar.

"Podemos aplicar esta técnica a amostras que ninguém estudou, "Philipp Heck, curador do Field Museum, professor associado da Universidade de Chicago, e co-autor do artigo, acrescenta. "É quase certo que você encontrará algo novo ou inesperado. Esta técnica tem alta sensibilidade e resolução, você encontra coisas que não encontraria de outra forma e usa apenas uma pequena parte da amostra. "

A técnica é chamada de tomografia de sonda atômica (APT), e é normalmente usado por cientistas de materiais que trabalham para melhorar processos industriais, como a fabricação de aço e nanofios. Mas sua capacidade de analisar pequenas quantidades de materiais o torna um bom candidato para estudar amostras lunares. A amostra da Apollo 17 contém 111 quilogramas (245 libras) de rochas lunares e solo - o grande esquema das coisas, Não um lote inteiro, portanto, os pesquisadores precisam usá-lo com sabedoria. A análise de Greer exigiu apenas um único grão de solo, quase tão largo quanto um cabelo humano. Nesse minúsculo grão, ela identificou produtos de intemperismo espacial, ferro puro, água e hélio, que se formou por meio das interações do solo lunar com o ambiente espacial. Extrair esses recursos preciosos do solo lunar pode ajudar futuros astronautas a sustentar suas atividades na lua.

Para estudar o grão minúsculo, Greer usou um feixe focalizado de átomos carregados para esculpir um minúsculo, ponta super afiada em sua superfície. Esta ponta tinha apenas algumas centenas de átomos de largura - para comparação, uma folha de papel tem centenas de milhares de átomos de espessura. “Podemos usar a expressão nanocarpentria, "diz Philipp Heck." Como um carpinteiro molda a madeira, nós fazemos isso em nanoescala para minerais. "

Uma vez que a amostra estava dentro da sonda atômica na Northwestern University, Greer o atingiu com um laser para eliminar os átomos um por um. Conforme os átomos voaram para fora da amostra, eles bateram em uma placa detectora. Elementos mais pesados, como ferro, demoram mais para chegar ao detector do que elementos mais leves, como o hidrogênio. Ao medir o tempo entre o disparo do laser e o átomo atingindo o detector, o instrumento é capaz de determinar o tipo de átomo naquela posição e sua carga. Finalmente, Greer reconstruiu os dados em três dimensões, usando um ponto codificado por cores para cada átomo e molécula para fazer um mapa 3-D em nanoescala da poeira lunar.

É a primeira vez que os cientistas podem ver o tipo de átomo e sua localização exata em uma partícula de solo lunar. Embora o APT seja uma técnica bem conhecida na ciência dos materiais, ninguém jamais havia tentado usá-lo para amostras lunares antes. Greer e Heck encorajam outros cosmoquímicos a experimentá-lo. "É ótimo para caracterizar de forma abrangente pequenos volumes de amostras preciosas, "Greer diz." Temos essas missões realmente empolgantes como Hayabusa2 e OSIRIS-REx voltando à Terra em breve - espaçonaves sem rosca coletando pequenos pedaços de asteróides. Esta é uma técnica que definitivamente deve ser aplicada ao que eles trazem de volta, porque usa muito pouco material, mas fornece muitas informações. "

Estudar o solo da superfície da lua dá aos cientistas uma visão sobre uma força importante em nosso Sistema Solar:a meteorização espacial. O espaço é um ambiente hostil, com minúsculos meteoritos, fluxos de partículas saindo do Sol, e radiação na forma de raios solares e cósmicos. Enquanto a atmosfera da Terra nos protege do intemperismo espacial, outros corpos como a Lua e asteróides não têm atmosferas. Como resultado, o solo na superfície da Lua sofreu mudanças causadas pelo intemperismo espacial, tornando-o fundamentalmente diferente da rocha de que o resto da Lua é composto. É como uma casquinha de sorvete mergulhada em chocolate:a superfície externa não combina com o que está dentro. Com o APT, os cientistas podem procurar diferenças entre as superfícies do espaço intemperizado e a poeira lunar não exposta de uma forma que nenhum outro método consegue. Ao compreender os tipos de processos que fazem essas diferenças acontecerem, eles podem prever com mais precisão o que está logo abaixo da superfície das luas e asteróides que estão muito distantes para serem trazidos para a Terra.

Como o estudo de Greer usou uma ponta nanométrica, seu grão original de poeira lunar ainda está disponível para experimentos futuros. Isso significa que novas gerações de cientistas podem fazer novas descobertas e previsões a partir da mesma amostra preciosa. "Cinquenta anos atrás, ninguém previu que alguém iria analisar uma amostra com esta técnica, e usando apenas um pouquinho de um grão, "Afirma Heck." Milhares desses grãos poderiam estar na luva de um astronauta, e seria material suficiente para um grande estudo. "

Greer e Heck enfatizam a necessidade de missões onde os astronautas trazem amostras físicas devido à variedade de terrenos no espaço sideral. "Se você analisar apenas o intemperismo espacial de um lugar na Lua, é como apenas analisar o clima na Terra em uma cadeia de montanhas, "Greer diz. Precisamos ir a outros lugares e objetos para entender o intemperismo espacial da mesma forma que precisamos verificar diferentes lugares na Terra, como a areia em desertos e afloramentos em cadeias de montanhas na Terra."

Ainda não sabemos que surpresas podemos encontrar com a meteorização espacial. "É importante entender esses materiais no laboratório para entender o que vemos quando olhamos através de um telescópio, "Greer diz." Por causa de algo assim, entendemos como é o ambiente na lua. Vai muito além do que os astronautas são capazes de nos dizer enquanto caminham na lua. Este pequeno grão preserva milhões de anos de história.

Os resultados deste estudo convenceram a NASA a financiar o Field Museum e a equipe Northwestern e colegas de Purdue pelos próximos três anos para estudar diferentes tipos de poeira lunar com APT para quantificar seu conteúdo de água e estudar outros aspectos do intemperismo espacial.