Quasi 50 anni dopo i nostri primi passi sulla luna, campioni delle missioni Apollo, Marte e Vesta hanno ancora molto da raccontarci sulla formazione dei pianeti e dei vulcani della Terra, e Diamond Light Source sta aiutando a far luce su queste intuizioni.

Una collaborazione internazionale che coinvolge scienziati a Tenerife, Stati Uniti e Regno Unito, stanno usando Diamond Light Source, sincrotrone nazionale del Regno Unito per studiare l'effetto della gravità sui pianeti rocciosi. Esamineranno rocce lunari di oltre tre miliardi di anni raccolte durante le missioni Apollo, così come i meteoriti di Marte, Vesta, e altri ambienti raccolti in Antartide.

Il team, guidato dal Dr. Matt Pankhurst, Instituto Volcanológico de Canarias/(l'Istituto Vulcanologico Canario (INVOLCAN) con i co-investigatori Dr. Ryan Zeigler, NASA; Dottoressa Rhian Jones, Università di Manchester; Dottoressa Beverly Coldwell, ITER; Dott. Hongchang Wang, Sorgente luminosa a diamante; il dottor Robert Atwood, Diamond Light Source e Dr. Nghia Vo, Diamond Light Source:mira a utilizzare i campioni per effettuare confronti tra processi e tempistiche che formano rocce simili raccolte da diverse condizioni gravitazionali.

Il team assemblato verificherà l'ipotesi che un meccanismo chiave nella genesi e nell'evoluzione del magma si basi sulla gravità per separare fisicamente i cristalli da dove si sono formati in una fusione, e in poltiglie sul fondo dei corpi magmatici. Questo meccanismo non dovrebbe funzionare a gravità zero, ma dovrebbe operare in varia misura su corpi rocciosi. Sono in grado di condurre questa ricerca grazie alle apparecchiature e alle capacità analitiche in tempo reale disponibili presso Diamond.

I risultati possono essere estrapolati per aiutare a modellare le condizioni su e all'interno di pianeti più grandi, che potrebbe fornirci maggiori informazioni sulla priorità della ricerca sugli esopianeti e sulla ricerca della vita.

Questa sarà la seconda visita a Diamond per il dottor Matt Pankhurst. Spiega:"Nella nostra precedente visita, abbiamo utilizzato una nuova tecnica di imaging sviluppata a Diamond per eseguire la mappatura 3D dell'olivina, un minerale verde comune trovato nel sottosuolo della Terra e in questi campioni di luna e altri campioni di roccia. Queste mappe hanno informato la nostra comprensione di come la gravità influenza i processi geologici e aiutano a capire quelli su pianeti più grandi e altri corpi rocciosi".

Nel magma, il rapporto tra ferro e magnesio nell'olivina cambia in tempi che vanno da ore a mesi, e questi cambiamenti sono "bloccati" nel minerale mentre il magma si raffredda. Immagini 3D accurate della distribuzione del ferro all'interno dell'olivina nella luna e altri campioni "sbloccheranno" informazioni sui processi magmatici in cui si sono formati. Il dottor Pankhurst continua:

"Le rocce vulcaniche iniziano a formarsi sotto la superficie e finiscono di formarsi una volta che sono scoppiate e si sono completamente congelate. Quello che miriamo a ricostruire da questi campioni di roccia sono informazioni come quali erano i modelli di flusso di magma all'interno del sistema vulcanico, com'era la durata della conservazione del magma, e potenzialmente anche identificare i fattori scatenanti dell'eruzione. I dati saranno analizzati utilizzando modelli di diffusione all'avanguardia che stabiliranno la storia dei singoli cristalli".

Il team ha precedentemente esaminato campioni delle missioni Apollo 12 e 15, utilizzando una tecnica avanzata di imaging speckle a raggi X sviluppata su Beamline B16 presso Diamond Light Source. Questa volta utilizzeranno Beamline I12 per produrre immagini di tomografia computerizzata ad alta risoluzione dei campioni. il dottor Robert Atwood, beamline scienziato su I12 aggiunge:"Beamline I12 offre un ampio, monocromatico, singola lunghezza d'onda, Fascio di raggi X con energie dei fotoni selezionabili tra 53 e 150 keV. Tale raggio può penetrare attraverso campioni densi come le rocce lunari e i meteoriti studiati dal team del Dr. Pankhurst. L'assorbimento dei raggi X da parte dei materiali dipende dall'energia dei fotoni dei raggi X. Scansionando i campioni con un singolo raggio di energia fotonica, è possibile determinare le caratteristiche di assorbimento dei raggi X dei minerali nei campioni, fornire informazioni sulla chimica locale. Abbiamo anche sviluppato una speciale tecnica di scansione tomografica elicoidale con una migliore qualità dei dati, che è importante per gli studi mineralogici di questi preziosi esemplari."

Il Dr. Pankhurst continua:"Quasi 50 anni dopo che i primi esseri umani sono sbarcati sulla luna, c'è ancora molto che non sappiamo su come si sia formata la luna, e la natura dell'attività vulcanica lunare. Lo sappiamo, sulla terra, le eruzioni vulcaniche possono essere innescate (o terminate) da cambiamenti nel magma (roccia fusa) all'interno o al di sotto della crosta del pianeta. Le registrazioni chimiche nei cristalli possono essere utilizzate per raccontarci le dinamiche fisiche all'interno del magma che portano a un'eruzione. Tutte le dinamiche fisiche sono soggette alla gravità, quindi guardare le registrazioni chimiche nei cristalli che si sono formati sotto gravità diversa ci dà non solo un'idea dell'evoluzione dei pianeti rocciosi, ma anche una preziosa linea di base per interpretare i record terrestri. Accedendo alle dinamiche dei magmi del passato, l'obiettivo è costruire una libreria di ciò che accade prima di un'eruzione, che supporterà previsioni più accurate di future eruzioni".

La NASA ha approvato l'uso di 18 campioni lunari per questi esperimenti, e simili, sono stati scansionati anche campioni terrestri ben caratterizzati, e utilizzato per verificare la composizione chimica dell'olivina. I campioni vengono prestati agli scienziati che desiderano studiarli, un processo supervisionato dal curatore dei campioni Apollo della NASA, Ryan Zeigler. Come scienziato che comprende il compromesso tra lo studio dei campioni e la loro conservazione, un equilibrio deve essere trovato nella progettazione dell'esperimento. Queste decisioni stanno diventando più facili man mano che diventiamo più potenti, tecniche non distruttive. Egli commenta:

"I ricercatori stanno ora utilizzando modelli di diffusione all'avanguardia per stabilire la storia dei singoli cristalli di olivina da immagini 3D. Queste tecniche verranno applicate ai nuovi dati raccolti durante questo beamtime. I risultati si aggiungeranno al nostro comprensione della formazione lunare e planetaria, argomenti che sono stati continuamente dibattuti da quando i campioni sono stati restituiti per la prima volta sulla Terra".

Diamond ha una grande esperienza nell'investigare oggetti inestimabili del patrimonio e ottenere nuove intuizioni da loro. Utilizzando queste tecniche, potremmo studiare i campioni di roccia lunare del Regno Unito in modi nuovi, e queste nuove immagini darebbero loro più significato e ispirerebbero la prossima generazione di scienziati e ingegneri.