Em 1972, a NASA enviou sua última equipe de astronautas para a Lua na missão Apollo 17. Esses astronautas trouxeram parte da Lua de volta à Terra para que os cientistas pudessem continuar estudando o solo lunar em seus laboratórios. Como não voltamos à Lua há quase 50 anos, toda amostra lunar é preciosa. Precisamos fazê-los contar para os 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 lá.

“Estamos analisando rochas do espaço , átomo por átomo”, diz Jennika Greer, a primeira autora do artigo e Ph.D. aluno 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”, acrescenta Philipp Heck, curador do Field Museum, professor associado da Universidade de Chicago e co-autor 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 maneira e apenas gasta um pouco da amostra”.

A técnica é chamada tomografia por sonda atômica (APT), e 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. A amostra da Apollo 17 contém 111 kg (245 libras) de rochas e solo lunares – o grande esquema das coisas, não muito, então os pesquisadores precisam 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.

Um pequeno grão de pó da lua, um salto gigantesco para estudos lunares
Um pequeno pedaço afiado de um grão de pó da lua, com apenas algumas centenas de átomos de largura. Crédito: (c) Jennika Greer, Field Museum

Para estudar o grão minúsculo, Greer usou um feixe focalizado de átomos carregados para esculpir uma ponta minúscula e super afiada em sua superfície. Essa dica 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 nanocarpentrada”, diz Philipp Heck. “Como um carpinteiro molda a madeira, fazemos isso em nanoescala, com minerais”.

Uma vez que a amostra estava dentro da sonda de átomos da Northwestern University, Greer a zapou com um laser para derrubar átomos um a um. Quando os átomos voaram da amostra, atingiram 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.

É a primeira vez que os cientistas conseguem ver o tipo de átomo e sua localização exata em um pedaço de solo lunar. Embora o APT seja uma técnica bem conhecida na ciência dos materiais, ninguém nunca 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”, diz Greer. “Temos missões realmente empolgantes, como Hayabusa2 e OSIRIS-REx, retornando à Terra em breve – naves espaciais desaparafusadas coletando minúsculos pedaços de asteróides. Essa é uma técnica que definitivamente deve ser aplicada ao que eles trazem de volta, porque usam 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 nosso 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 asteróides 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 lua não expostasujeira de maneira que nenhum outro método possa. 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 asteróides que estão muito longe para serem trazidos para a Terra.

Um pequeno grão de pó da lua, um salto gigantesco para estudos lunares
O astronauta e geólogo da Apollo 17, Harrison Schmitt, em 1972, coletando amostras de solo lunar que mais tarde seriam usadas neste estudo. Crédito: NASA

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 novas descobertas e previsões a partir da mesma amostra preciosa. “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 a equipe Northwestern e colegas de Purdue pelos próximos três anos para estudar diferentes tipos de poeira lunar com o APT para quantificar seu conteúdo de água e estudar outros aspectos do clima espacial.