Las muestras de la luna recolectadas por los astronautas del Apolo hace medio siglo contienen respuestas a preguntas que ni siquiera estaban en la mente de los científicos en ese momento. a medida que las nuevas herramientas tecnológicas brindan información sobre algunos de los misterios más antiguos sobre la luna, la tierra y el sistema solar.

El 20 de julio 1969, mientras el astronauta del Apolo Neil Armstrong bajaba por la escalera del módulo de aterrizaje lunar "Eagle", se encontró rodeado por un mar gris, una extensión de polvo que ningún ser humano había visto en persona. La impresión icónica hecha por su bota izquierda marcó pero el primer paso en un largo viaje de descubrimiento, un descubrimiento sobre la luna y nuestro propio mundo, los cuales encierran secretos que los científicos apenas están comenzando a descubrir.

Cincuenta años después de que los astronautas del Apolo recolectaran muestras de rocas lunares y polvo durante sus incursiones por el paisaje lunar, aún quedan misterios por resolver, y un científico de la Universidad de Arizona está buscando respuestas. Jessica Barnes, un profesor asistente entrante en el Laboratorio Lunar y Planetario de la UA, fue seleccionada recientemente por la NASA para recibir acceso a muestras de rocas lunares preciosas sin abrir.

Según el análisis de muestras de la próxima generación de Apolo de la NASA, o ANGSA, programa, Barnes tendrá acceso a la muestra 71036 del Apolo 17, que contiene casi cuatro onzas de roca. Varias muestras de esa misión se procesaron inicialmente en condiciones nominales de laboratorio, protegido de la exposición al aire por una cabina de nitrógeno a temperatura ambiente, y luego se colocaron en almacenamiento en frío dentro de un mes después de su devolución.

"Cuando se devolvieron estas muestras, los curadores tuvieron la previsión de decir, 'en este momento no tenemos todos los métodos para responder a todas las preguntas que estas muestras podrían ayudarnos a responder', por lo que guardaron algunas para su estudio futuro, "Dice Barnes." Se dieron cuenta de que las tecnologías futuras nos permitirían hacer cosas que hubieran sido imposibles en ese momento, y que a la gente se le ocurran nuevas preguntas, y es realmente emocionante porque ahora estamos en ese momento ".

Barnes está en una búsqueda para averiguar de dónde vino el agua en los inicios del sistema solar y cómo ha evolucionado con el tiempo. Investigación previa, incluyendo algunos de sus propios trabajos, sugiere que ciertas rocas espaciales conocidas como condritas carbonáceas trajeron agua cuando impactaron la Tierra y Marte, y potencialmente algunos de los asteroides más grandes. No es casualidad que Bennu, el asteroide objetivo de la misión de retorno de muestras OSIRIS-REx dirigida por UA, es una condrita carbonosa.

Sigue el agua

"Para comprender de dónde viene el agua en el sistema solar, y particularmente cómo terminó en la Tierra, Marte, y en el cinturón de asteroides, tenemos que considerar la luna, "dice Barnes, cuya investigación actual se centra en el rastreo de meteoritos de agua, incluyendo algunos de origen marciano, y muestras de la luna recolectadas durante el Apolo 11, 14, y 17. "Comprender cómo comenzó la vida en la Tierra está íntimamente ligado a la historia de cómo llegó el agua aquí. Las muestras lunares son piezas críticas en este rompecabezas porque, a diferencia de la Tierra, donde las rocas más antiguas han sido borradas en gran parte por la tectónica de placas, el antiguo registro de rocas de la luna aún está intacto ".

Hace unos 4.600 millones de años, cuando una nebulosa arremolinada de gas y polvo comenzó a colapsar en un disco que daría lugar a nuestro sistema solar, los planetas rocosos y las condritas carbonáceas se estaban desarrollando en diferentes lugares y en diferentes momentos, Barnes explica, lo que plantea un problema para el escenario que involucra a los primeros asteroides como heraldos de agua.

"Fue hace sólo 10 años que se descubrió agua en la luna, no solo en la superficie, pero también dentro de los minerales, "Dice Barnes." En ciencia, eso es una escala de tiempo bastante corta, y aún no lo tenemos todo resuelto. ¿Cuánta agua hay ahí? ¿Vino de la Tierra durante el gran impacto que creemos que creó la luna? ¿O se le dio a la luna más tarde? ¿Se distribuye uniformemente o en parches dentro del manto lunar? "

Para encontrar respuestas a tales preguntas, Barnes, que ni siquiera nació cuando los astronautas del Apolo cruzaron la superficie lunar a pie y con sus rovers, utiliza tecnología que no se inventó hasta principios de la década de 2000.

"Cuando reciba su muestra por primera vez, no sabes lo que estás mirando, entonces empiezas con un análisis visual, "Tom Zega dice, apuntando a un simple microscopio de disección, como los que se utilizan en los laboratorios de introducción a las ciencias. Zega es profesor asociado de ciencias planetarias, y ciencia e ingeniería de materiales, y co-investigador del proyecto ANGSA. También es el director de la Instalación de Caracterización e Imágenes de Materiales de Kuiper en LPL, una instalación de última generación diseñada con un objetivo:extraer la mayor cantidad de información de las muestras, tanto terrestres como extraterrestres, como sea posible.

Estudiar un trozo de roca lunar bajo un microscopio óptico es solo el primer paso de una serie de técnicas analíticas que los investigadores de la UA tienen a su disposición. Al final hay un microscopio electrónico de transmisión de 12 pies de alto, o TEM. Financiado por la National Science Foundation y la NASA, su número de serie es "1" porque es el primero de su tipo en el mundo con esta configuración exacta. Son 200, Un haz de electrones de 000 voltios puede sondear la materia hasta 78 picómetros, escalas demasiado pequeñas para que el cerebro humano las comprenda.

"Si quieres saber cómo es un átomo del nacimiento de nuestro sistema solar, Puedo mostrarte, ", dice Zega. Para obtener una muestra de donde da tantos detalles de su origen e historia, sin embargo, requiere un conjunto de instrumentos complejos y experiencia que ninguna disciplina puede proporcionar por sí sola.

"Hoy dia, toda la ciencia interesante ocurre en la intersección de varios campos, "Dice Zega." En mi grupo tenemos cosmoquímicos, químicos cuánticos, astrofísicos y astrodinámicos, entre otros. Este trabajo requiere una combinación única de conocimientos y habilidades. Toma el TEM, por ejemplo:es una herramienta de mecánica cuántica, entonces tienes que ser un experto en física, ciencia de materiales y química al mismo tiempo ".

Una excavadora a nanoescala

Otro instrumento, llamada microsonda de electrones, allows researchers to discover certain properties of a sample by scanning it with an electron beam. Como lo hace, a spatial image of the sample emerges, in this case revealing an abstract, speckled landscape of light and dark areas that cosmochemists can read like a map.

"Heavier elements appear brighter, and lighter elements appear darker, " Zega says. "So this tells us, por ejemplo, where and how much iron there is compared to oxygen in a lunar sample."

Applying the same principle but scanning a sample with x-rays instead of electrons reveals a little more. When Barnes moves to the UA this fall, after wrapping up her current research at NASA's Johnson Space Center, she hopes to be able to expand the capacities of the Kuiper Materials Imaging and Characterization Facility with a next-generation NanoSIMS instrument, which stands for nanoscale secondary ion mass spectrometry.

The beauty of this technology, dice Barnes, lies in its ability to analyze isotopes, essentially different "varieties" of chemical elements, at very small scales, less than one-fiftieth the width of a human hair. Measuring the composition of different volatile elements such as hydrogen and chlorine in the rock tells the researcher something about the chemical make-up of the magma from which the rock crystallized and how its chemistry evolved over time.

"These data allow us to understand the chemistry of the moon's interior, " she says. "Ultimately we are able to say something about how the moon evolved and where its water came from."

The possibilities don't end here. To a curator during the Apollo days, a focused ion-beam scanning electron microscope, or FIB-SEM, would have sounded like utter science fiction:By smashing the bonds between atoms inside the sample with a beam of heavy gallium ions, the instrument works essentially like a nano scale excavator, Zega explains.

"Except that compared to other FIBs, which act like shovels, this one is a scalpel, " él dice.

FIB-SEM allows scientists to cut out tiny pieces from a sample with high precision and analyze only those pieces. This technique recently enabled Zega's team to discover a grain of dust forged in the death throes of a star long before our solar system was born.

Untouched Samples

"What we want to know from our samples is, how well do they conform to how we think the solar system formed based on astrophysical models?" Zega says.

The same applies to the origin of the moon, Barnes says.

"It's not just analytical instruments that have improved. In the last 10 years major advancements in impact simulations and numerical modeling have allowed the community to simulate the speed, size and number of the bodies that might have been involved in creating the Earth-moon system."

Analyzing samples from extraterrestrial bodies goes beyond the origins of the Earth and the moon, por supuesto. They are critical pieces in the puzzle because they allow scientists to test hypotheses about formation processes in the solar system based on simulations and models.

"We have had lunar samples here for decades, " says Timothy Swindle, director of the LPL. "Our faculty have been studying the composition of the moon for a long time, and what's so special about these samples is that they were valuable 50 years ago, and they will be valuable 50 years from now."

When asked what the Apollo samples can tell us 50 years later, Barnes says:"Being able to study these previously unopened samples is like a whole new lunar sample return mission. Not only do we get to be a part of the history of opening these samples, but we also will be using this opportunity to study how curation practices, such as ambient versus cold storage, affect our ability to measure a lunar water signature.

"It's exciting because this has never been done before."