Técnica extrai inúmeras informações de um único grão de poeira da Lua

Uso inovador de método aplicado à melhoria na produção de materiais está revolucionando o estudo de materiais trazidos do espaço

Grão lunar trazido pela Apollo17 em imagem ampliada: com a nova técnica, pequenos fragmentos podem gerar uma infinidade de informações sobre seu corpo de origem. Crédito: Jennika Greer/Field Museum

Um estudo publicado na revista “Meteoritics & Planetary Science” descreve como cientistas americanos 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 lunar e a formação de recursos preciosos como água e hélio lá.

“Estamos analisando rochas do espaço, átomo por átomo”, disse Jennika Greer, a primeira autora do artigo e aluna de doutorado do Field Museum e da Universidade de Chicago. “É a primeira vez que uma amostra lunar é estudada assim. Estamos usando uma técnica de que muitos geólogos nem ouviram falar.”

“Podemos aplicar essa técnica a amostras que ninguém estudou”, acrescentou Philipp Heck, curador do Field Museum, professor associado da Universidade de Chicago e coautor do artigo. “É quase garantido que você encontrará algo novo ou inesperado. Essa técnica tem uma sensibilidade e uma resolução tão altas que você encontra coisas que você não encontraria de outra forma e apenas gasta um pouco da amostra”.

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A técnica, chamada tomografia por sonda atômica (APT, em inglês), é normalmente usada por cientistas de materiais que trabalham para melhorar processos industriais, como a produção de aço e nanofios. Mas sua capacidade de analisar pequenas quantidades de materiais o torna um bom candidato para o estudo de amostras lunares.

Recursos preciosos

A amostra colhida pela Apollo 17 contém 111 kg de rochas lunares e solo – um volume que obriga os pesquisadores a usá-lo com sabedoria. A análise de Greer exigia apenas um grão de solo, tão largo quanto um fio de cabelo humano. Nesse minúsculo grão, ela identificou produtos de intemperismo espacial, ferro puro, água e hélio, que se formaram através das interações do solo lunar com o ambiente espacial. Extrair esses preciosos recursos 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 a fim de esculpir uma ponta minúscula e superafiada em sua superfície. Essa ponta tinha apenas algumas centenas de átomos de largura – para comparação, uma folha de papel tem centenas de milhares de átomos de espessura.

Uma vez que a amostra estava dentro da sonda de átomos da Northwestern University, Greer usou um laser para derrubar seus átomos um a um. Quando os átomos voavam da amostra, atingiam uma placa detectora.

Elementos mais pesados, como o ferro, levam mais tempo para chegar ao detector do que elementos mais leves, como o hidrogênio. Medindo o tempo entre o disparo do laser e o átomo que atinge o detector, o instrumento é capaz de determinar o tipo de átomo nessa posição e sua carga.

Finalmente, Greer reconstruiu os dados em três dimensões, usando um ponto com código de cores para cada átomo e molécula para fazer um mapa 3D em nanoescala da poeira da Lua.

O grão lunar examinado pelos pesquisadores, com apenas algumas centenas de átomos de largura. Crédito: Jennika Greer/Field Museum
Uso inédito

É a primeira vez que os cientistas conseguem ver o tipo de átomo e sua localização exata em um pedaço de solo lunar. Embora a APT seja uma técnica bem conhecida na ciência dos materiais, ninguém nunca o usara 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”, disse Greer. “Temos missões realmente empolgantes, como Hayabusa2 e OSIRIS-REx, retornando à Terra em breve – naves espaciais coletando minúsculos pedaços de asteroides. Essa é uma técnica que definitivamente deve ser aplicada ao que eles trazem de volta, porque usa tão pouco material, mas fornece muito em formação.”

O estudo do solo a partir da superfície da Lua fornece aos cientistas uma importante força dentro do Sistema Solar: o clima. O espaço é um ambiente hostil, com pequenos meteoritos, fluxos de partículas saindo do Sol e radiação na forma de raios solares e cósmicos. Enquanto a atmosfera da Terra nos protege das intempéries espaciais, outros corpos como a Lua e asteroides não têm atmosferas.

Como resultado, o solo na superfície da Lua passou por mudanças causadas pelo clima, tornando-o fundamentalmente diferente da rocha da qual o resto da Lua é composto. É como um sorvete de chocolate: a superfície externa não corresponde ao que está dentro. Com o APT, os cientistas podem procurar diferenças entre superfícies desgastadas pelo espaço e sujeira lunar não exposta de uma maneira que nenhum outro método pode. Ao entender os tipos de processos que fazem essas diferenças acontecerem, eles podem prever com mais precisão o que está por baixo da superfície de luas e asteroides que estão muito longe para serem trazidos para a Terra.

Disponibilidade mantida

Como o estudo de Greer utilizou uma ponta nanométrica, seu grão original de poeira lunar ainda está disponível para experimentos futuros. Isso significa que novas gerações de cientistas podem fazer outras descobertas e previsões a partir da mesma amostra . “Cinqüenta anos atrás, ninguém previa que alguém jamais analisaria uma amostra com essa técnica e usaria apenas um pouquinho de um grão”, afirma Heck. “Milhares desses grãos podem estar nas luvas de um astronauta, e isso seria material suficiente para um grande estudo.”

Greer e Heck enfatizam a necessidade de missões em que os astronautas trazem amostras físicas por causa da variedade de terrenos no espaço sideral. “Se você apenas analisa o clima no espaço da Lua, é como analisar apenas o clima na Terra em uma cadeia de montanhas”, diz Greer. Precisamos ir a outros lugares e objetos para entender o clima, da mesma maneira que precisamos verificar lugares diferentes na Terra, como a areia nos desertos e afloramentos nas cordilheiras da Terra “.

Ainda não sabemos que surpresas podemos encontrar com o clima. “É importante entender esses materiais no laboratório para entender o que estamos vendo quando olhamos através de um telescópio”, diz Greer. “Por causa de algo assim, entendemos como é o ambiente na Lua. Isso vai muito além do que os astronautas podem nos dizer enquanto caminham na Lua. Esse grãozinho preserva milhões de anos de história.”

Os resultados deste estudo convenceram a Nasa a financiar o Field Museum e equipes das universidades Northwestern e Purdue pelos próximos três anos para estudar diferentes tipos de poeira lunar com o APT a fim de quantificar seu conteúdo de água e estudar outros aspectos do clima espacial.