Casi 50 años después de nuestros primeros pasos en la luna, muestras de las misiones Apolo, Marte y Vesta todavía tienen mucho que decirnos sobre la formación de los planetas y los volcanes de la Tierra, y Diamond Light Source está ayudando a arrojar luz sobre estos conocimientos.

Una colaboración internacional que involucra a científicos en Tenerife, los EE. UU. y el Reino Unido, están usando Diamond Light Source, sincrotrón nacional del Reino Unido para investigar el efecto de la gravedad en los planetas rocosos. Examinarán rocas de más de tres mil millones de años de la luna recolectadas durante las misiones Apolo, así como meteoritos de Marte, Vesta, y otros ambientes recolectados en la Antártida.

El equipo, dirigido por el Dr. Matt Pankhurst, Instituto Volcanológico de Canarias / (el Instituto Volcanológico Canario (INVOLCAN) con co-investigadores Dr. Ryan Zeigler, NASA; Dr. Rhian Jones, Universidad de Manchester; Dr. Beverley Coldwell, ITER; Dr. Hongchang Wang, Fuente de luz de diamante; Dr. Robert Atwood, Diamond Light Source y Dr. Nghia Vo, Diamond Light Source:tiene como objetivo utilizar las muestras para hacer comparaciones entre procesos y escalas de tiempo que forman rocas similares que se recolectan de diferentes condiciones gravitacionales.

El equipo reunido probará la hipótesis de que un mecanismo clave en la génesis y evolución del magma se basa en la gravedad para separar físicamente los cristales de donde se formaron en una fusión. y en los muslos en el fondo de los cuerpos de magma. Este mecanismo no debe funcionar en gravedad cero, pero debería operar en diversos grados sobre cuerpos rocosos. Pueden realizar esta investigación gracias al equipo y las capacidades analíticas en tiempo real disponibles en Diamond.

Los resultados pueden extrapolarse para ayudar a modelar las condiciones en y dentro de planetas más grandes, lo que podría proporcionarnos más información sobre cómo priorizar la investigación sobre exoplanetas y la búsqueda de vida.

Esta será la segunda visita a Diamond del Dr. Matt Pankhurst. Explica:"En nuestra visita anterior, Utilizamos una nueva técnica de imágenes desarrollada en Diamond para realizar un mapeo tridimensional del olivino, un mineral verde común que se encuentra en la subsuperficie de la Tierra y en estas muestras de la luna y otras rocas. Estos mapas informaron nuestra comprensión de cómo la gravedad afecta los procesos geológicos y ayudan a comprender los de planetas más grandes y otros cuerpos rocosos ".

En magma, la proporción de hierro a magnesio en el olivino cambia a lo largo de períodos de tiempo que van de horas a meses, y estos cambios se "encierran" en el mineral a medida que el magma se enfría. Las imágenes tridimensionales precisas de la distribución del hierro dentro del olivino en la luna y otras muestras "desbloquearán" información sobre los procesos magmáticos en los que se formaron. El Dr. Pankhurst continúa:

"Las rocas volcánicas comienzan a formarse debajo de la superficie y terminan de formarse una vez que han entrado en erupción y se han congelado por completo. Lo que pretendemos reconstruir a partir de estas muestras de rocas es información como cuáles eran los patrones de flujo de magma dentro del sistema volcánico, cómo fue la duración del almacenamiento de magma, e incluso potencialmente identificar los desencadenantes de erupciones. Los datos se analizarán utilizando modelos de difusión de última generación que establecerán la historia de los cristales individuales ".

El equipo examinó previamente muestras de las misiones Apollo 12 y 15, utilizando una técnica avanzada de imágenes de rayos X de motas desarrollada en Beamline B16 en Diamond Light Source. Esta vez utilizarán Beamline I12 para producir imágenes de tomografía computarizada de alta resolución de las muestras. Dr. Robert Atwood, El científico de la línea de luz en I12 agrega:"La línea de luz I12 ofrece una gran monocromo, longitud de onda única, Haz de rayos X con energías de fotones seleccionables entre 53 y 150 keV. Dicho rayo puede penetrar a través de muestras densas como las rocas lunares y los meteoritos que está estudiando el equipo del Dr. Pankhurst. La absorción de rayos X por los materiales depende de la energía de los fotones de rayos X. Al escanear las muestras con un solo haz de energía fotónica, se pueden determinar las características de absorción de rayos X de los minerales en las muestras, proporcionando información sobre la química local. También hemos desarrollado una técnica especial de escaneo tomográfico helicoidal con una calidad de datos mejorada, lo cual es importante para los estudios mineralógicos de estos preciosos especímenes ".

El Dr. Pankhurst continúa:"Casi 50 años después de que los primeros humanos aterrizaran en la luna, todavía hay mucho que no sabemos sobre cómo se formó la luna, y la naturaleza de la actividad volcánica lunar. Lo sabemos, en la tierra, Las erupciones volcánicas pueden ser provocadas (o terminadas) por cambios en el magma (roca fundida) dentro o debajo de la corteza del planeta. Los registros químicos en cristales pueden usarse para informarnos sobre la dinámica física dentro del magma que conduce a una erupción. Toda la dinámica física está sujeta a la gravedad, por lo que mirar los registros químicos en los cristales que se formaron bajo diferente gravedad nos da no solo una idea de la evolución de los planetas rocosos, pero también una valiosa línea de base para interpretar registros terrestres. Accediendo a la dinámica de los magmas del pasado, el objetivo es construir una biblioteca de lo que sucede antes de una erupción, lo que apoyará pronósticos más precisos de futuras erupciones ".

La NASA ha aprobado el uso de 18 muestras lunares para estos experimentos. y similares, También se han escaneado muestras terrestres bien caracterizadas, y se utiliza para verificar la composición química del olivino. Las muestras se prestan a científicos que deseen estudiarlas, un proceso supervisado por el curador de muestras Apollo de la NASA, Ryan Zeigler. Como científico que comprende el compromiso entre estudiar las muestras y preservarlas, debe lograrse un equilibrio en el diseño de experimentos. Estas decisiones se vuelven más fáciles a medida que nos desarrollamos más poderosos, Técnicas no destructivas. Él comenta:

"Los investigadores ahora están utilizando modelos de difusión de última generación para establecer la historia de los cristales individuales de olivino a partir de imágenes 3-D. Estas técnicas se aplicarán a los nuevos datos recopilados durante este tiempo de haz. Los resultados se sumarán a nuestra comprensión de la formación lunar y planetaria, temas que se han debatido continuamente desde que las muestras fueron devueltas por primera vez a la Tierra ".

Diamond tiene una gran experiencia en la investigación de objetos patrimoniales de valor incalculable y en la obtención de nuevos conocimientos a partir de ellos. Usando estas técnicas, podríamos estudiar las muestras de rocas lunares del Reino Unido de nuevas formas, y estas nuevas imágenes les darían más significado e inspirarían a la próxima generación de científicos e ingenieros.