Em 1972, a Nasa enviou sua última equipe de astronautas para a Lua, na missão Apollo 17. Eles trouxeram parte do satélite de volta à Terra, para que pesquisadores pudessem continuar estudando o solo lunar nos laboratórios. Como o homem não pisa lá há quase 50 anos, toda amostra é preciosa. Em um novo estudo publicado na revista especializada Meteoritics & Planetary Science, cientistas da Universidade de Chicago e do Field Museum descrevem uma nova maneira de analisar a química do solo lunar usando um único grão de poeira. A técnica pode ajudar a aprender mais sobre as condições na superfície do satélite e a formação de recursos preciosos como água e hélio naquele ambiente.
“Estamos analisando rochas do espaço, átomo a átomo”, diz Jennika Greer, primeira autora do artigo e estudante de doutorado no Field Museum e na 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”, revela. “Podemos aplicá-la a amostras que ninguém estudou”, acrescenta 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. Esse método tem uma sensibilidade e uma resolução tão altas que você se depara com coisas não acharia de outra forma, gasta muito pouco da amostra.”
A técnica é chamada tomografia por sonda atômica (APT, na sigla em inglês), 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 a torna uma boa candidata para o estudo de amostras lunares. A trazida pela Apollo 17 contém 111kg de rochas lunares e do solo — não é muita coisa, então os pesquisadores precisam usá-la com sabedoria.
A análise de Greer exigia apenas um grão de solo, da largura de um fio de cabelo humano. Nesse minúsculo material, ela identificou produtos de intemperismo espacial, ferro puro, água e hélio, que se formaram por meio das interações do solo lunar com o ambiente espacial. Extrair esses preciosos recursos pode ajudar futuros astronautas a sustentar suas atividades na Lua.
Nanoescala
Para estudar o grão minúsculo, a cientista usou um feixe focalizado de átomos carregados para esculpir uma ponta muito pequena e superafiada na superfície do material. Esse pedaço do grão 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 Universidade de Northwestern, Greer usou um laser para derrubar átomos, um a um. Quando eles escapuliram 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 identificador, 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 da Lua. Greer e Heck encorajam outros cosmoquímicos a experimentá-lo. “É ótimo para caracterizar de forma abrangente pequenos volumes de amostras preciosas”, diz a pesquisadora. “Temos missões realmente empolgantes como Hayabusa2 e OSIRIS-REx retornando à Terra em breve — naves espaciais que coletarão minúsculos pedaços de asteroides. Essa é uma técnica que definitivamente deve ser aplicada ao que eles trouxerem na bagagem, porque usa tão pouco material, mas fornece muita informação.”
O estudo do solo a partir da superfície da Lua fornece aos cientistas informações sobre 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 satélites e asteroides não têm atmosfera. Como resultado, o solo lunar 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 conseguem fazer. Ao entender os tipos de processos que permitem acontecer essas diferenças, os pesquisadores 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.