En 1972, La NASA envió su último equipo de astronautas a la Luna en la misión Apolo 17. Estos astronautas trajeron parte de la Luna a la Tierra para que los científicos pudieran continuar estudiando el suelo lunar en sus laboratorios. Dado que no hemos regresado a la Luna en casi 50 años, cada muestra lunar es preciosa. Necesitamos hacer que cuenten para los investigadores ahora y en el futuro. En un nuevo estudio en Meteorítica y ciencia planetaria , Los científicos encontraron una nueva forma de analizar la química del suelo de la Luna utilizando un solo grano de polvo. Su técnica puede ayudarnos a aprender más sobre las condiciones en la superficie de la Luna y la formación de recursos preciosos como el agua y el helio allí.

"Estamos analizando rocas desde el espacio, átomo por átomo, "dice Jennika Greer, primer autor del artículo y un Ph.D. estudiante en el Field Museum y la Universidad de Chicago. "Es la primera vez que se estudia una muestra lunar de esta manera. Estamos usando una técnica de la que muchos geólogos ni siquiera han oído hablar.

"Podemos aplicar esta técnica a muestras que nadie ha estudiado, "Philipp Heck, curador del Field Museum, profesor asociado de la Universidad de Chicago, y coautor del artículo, agrega. "Es casi seguro que encontrará algo nuevo o inesperado. Esta técnica tiene una sensibilidad y resolución tan altas, encuentra cosas que no encontraría de otra manera y solo usa una pequeña parte de la muestra ".

La técnica se llama tomografía con sonda atómica (APT), y normalmente lo utilizan los científicos de materiales que trabajan para mejorar los procesos industriales, como la fabricación de acero y nanocables. Pero su capacidad para analizar pequeñas cantidades de materiales lo convierte en un buen candidato para estudiar muestras lunares. La muestra del Apolo 17 contiene 111 kilogramos (245 libras) de rocas lunares y suelo:el gran esquema de las cosas, no mucho, por lo que los investigadores deben usarlo con prudencia. El análisis de Greer solo requirió un solo grano de tierra, casi tan ancho como un cabello humano. En ese pequeño grano ella identificó productos de la meteorización espacial, hierro puro, agua y helio, que se formó a través de las interacciones del suelo lunar con el entorno espacial. La extracción de estos preciosos recursos del suelo lunar podría ayudar a los futuros astronautas a mantener sus actividades en la Luna.

Para estudiar el grano diminuto, Greer usó un rayo enfocado de átomos cargados para tallar un diminuto, punta súper afilada en su superficie. Esta punta tenía solo unos pocos cientos de átomos de ancho, a modo de comparación, una hoja de papel tiene un grosor de cientos de miles de átomos. "Podemos usar la expresión nanocarpintería, "dice Philipp Heck." Como un carpintero da forma a la madera, lo hacemos a nanoescala de minerales ".

Una vez que la muestra estuvo dentro de la sonda atómica en la Universidad Northwestern, Greer lo atacó con un láser para eliminar los átomos uno por uno. Mientras los átomos volaban fuera de la muestra, chocaron con una placa detectora. Elementos más pesados, como el hierro, tardan más en llegar al detector que los elementos más ligeros, como el hidrógeno. Midiendo el tiempo entre el disparo del láser y el átomo que golpea el detector, el instrumento es capaz de determinar el tipo de átomo en esa posición y su carga. Finalmente, Greer reconstruyó los datos en tres dimensiones, utilizando un punto codificado por colores para cada átomo y molécula para hacer un mapa tridimensional a nanoescala del polvo lunar.

Es la primera vez que los científicos pueden ver tanto el tipo de átomos como su ubicación exacta en una mancha de suelo lunar. Si bien APT es una técnica bien conocida en ciencia de materiales, nadie había intentado antes usarlo para muestras lunares. Greer y Heck animan a otros cosmoquímicos a probarlo. "Es ideal para caracterizar de forma integral pequeños volúmenes de muestras preciosas, "Dice Greer." Tenemos estas misiones realmente emocionantes como Hayabusa2 y OSIRIS-REx que regresarán pronto a la Tierra:naves espaciales sin tripulación que recolectan pequeños pedazos de asteroides. Esta es una técnica que definitivamente debería aplicarse a lo que traen porque usa muy poco material pero proporciona mucha información ".

El estudio del suelo de la superficie de la luna les da a los científicos una idea de una fuerza importante dentro de nuestro Sistema Solar:la meteorización espacial. El espacio es un entorno hostil, con minúsculos meteoritos, corrientes de partículas que salen del sol, y radiación en forma de rayos solares y cósmicos. Si bien la atmósfera de la Tierra nos protege de la intemperie espacial, otros cuerpos como la Luna y los asteroides no tienen atmósfera. Como resultado, el suelo en la superficie de la Luna ha sufrido cambios causados ​​por la intemperie espacial, haciéndolo fundamentalmente diferente de la roca de la que está compuesto el resto de la Luna. Es como un cono de helado bañado en chocolate:la superficie exterior no coincide con lo que hay dentro. Con APT, Los científicos pueden buscar diferencias entre las superficies erosionadas por el espacio y la suciedad lunar no expuesta de una manera que ningún otro método puede hacer. Al comprender los tipos de procesos que hacen que ocurran estas diferencias, pueden predecir con mayor precisión qué hay debajo de la superficie de las lunas y asteroides que están demasiado lejos para traerlos a la Tierra.

Debido a que el estudio de Greer utilizó una punta nanométrica, su grano original de polvo lunar todavía está disponible para experimentos futuros. Esto significa que las nuevas generaciones de científicos pueden hacer nuevos descubrimientos y predicciones a partir de la misma muestra preciosa. "Hace cincuenta años, nadie anticipó que alguien alguna vez analizaría una muestra con esta técnica, y usando solo un poquito de un grano, "Heck dice." Miles de tales granos podrían estar en el guante de un astronauta, y sería material suficiente para un gran estudio ".

Greer y Heck enfatizan la necesidad de misiones en las que los astronautas traigan muestras físicas debido a la variedad de terrenos en el espacio exterior. "Si solo analiza la meteorización espacial desde un lugar en la Luna, es como analizar la meteorización en la Tierra en una cadena montañosa, "Dice Greer. Necesitamos ir a otros lugares y objetos para comprender la meteorización espacial de la misma manera que necesitamos ver diferentes lugares de la Tierra como la arena en los desiertos y afloramientos en las cadenas montañosas de la Tierra".

Todavía no sabemos qué sorpresas podríamos encontrar con la meteorización espacial. "Es importante comprender estos materiales en el laboratorio para que entendamos lo que estamos viendo cuando miramos a través de un telescopio, "Greer dice." Debido a algo como esto, entendemos cómo es el entorno en la Luna. Va mucho más allá de lo que los astronautas pueden decirnos mientras caminan sobre la Luna. Este pequeño grano conserva millones de años de historia.

Los resultados de este estudio convencieron a la NASA de financiar el Field Museum y el equipo de Northwestern y sus colegas de Purdue durante los próximos tres años para estudiar diferentes tipos de polvo lunar con APT para cuantificar su contenido de agua y estudiar otros aspectos de la meteorización espacial.