Già nel 1972, La NASA ha inviato la sua ultima squadra di astronauti sulla Luna nella missione Apollo 17. Questi astronauti hanno riportato parte della Luna sulla Terra in modo che gli scienziati potessero continuare a studiare il suolo lunare nei loro laboratori. Dato che non torniamo sulla Luna da quasi 50 anni, ogni campione lunare è prezioso. Dobbiamo farli contare per i ricercatori ora e in futuro. In un nuovo studio in Meteoritica e scienze planetarie , gli scienziati hanno trovato un nuovo modo per analizzare la chimica del suolo lunare usando un singolo granello di polvere. La loro tecnica può aiutarci a conoscere meglio le condizioni sulla superficie della Luna e la formazione di risorse preziose come l'acqua e l'elio.

"Stiamo analizzando rocce dallo spazio, atomo per atomo, "dice Jennika Greer, il primo autore del documento e un dottorato di ricerca. studente al Field Museum e all'Università di Chicago. "È la prima volta che un campione lunare viene studiato in questo modo. Usiamo una tecnica di cui molti geologi non hanno nemmeno sentito parlare.

"Possiamo applicare questa tecnica a campioni che nessuno ha studiato, "Filippo diamine, un curatore del Field Museum, professore associato all'Università di Chicago, e coautore dell'articolo, aggiunge. "Hai quasi la certezza di trovare qualcosa di nuovo o inaspettato. Questa tecnica ha una sensibilità e una risoluzione così elevate, trovi cose che altrimenti non troveresti e usi solo una piccola parte del campione."

La tecnica è chiamata tomografia a sonda atomica (APT), ed è normalmente utilizzato dagli scienziati dei materiali che lavorano per migliorare i processi industriali come la produzione di acciaio e nanofili. Ma la sua capacità di analizzare piccole quantità di materiali lo rende un buon candidato per lo studio di campioni lunari. Il campione dell'Apollo 17 contiene 111 chilogrammi (245 libbre) di rocce lunari e suolo:il grande schema delle cose, non molto, quindi i ricercatori devono usarlo saggiamente. L'analisi di Greer richiedeva solo un singolo granello di terreno, largo circa quanto un capello umano. In quel granello minuscolo, ha identificato i prodotti dell'erosione spaziale, ferro puro, acqua ed elio, che si è formato attraverso le interazioni del suolo lunare con l'ambiente spaziale. L'estrazione di queste preziose risorse dal suolo lunare potrebbe aiutare i futuri astronauti a sostenere le loro attività sulla Luna.

Per studiare il minuscolo grano, Greer ha usato un raggio focalizzato di atomi carichi per scolpire un minuscolo, punta super affilata nella sua superficie. Questa punta era larga solo poche centinaia di atomi, per confronto, un foglio di carta è spesso centinaia di migliaia di atomi. "Possiamo usare l'espressione nanocarpenteria, " dice Philipp Heck. "Come un falegname modella il legno, lo facciamo su scala nanometrica ai minerali."

Una volta che il campione era all'interno della sonda atomica alla Northwestern University, Greer l'ha colpito con un laser per staccare gli atomi uno per uno. Mentre gli atomi volavano via dal campione, hanno colpito una piastra del rivelatore. elementi più pesanti, come il ferro, impiegare più tempo per raggiungere il rilevatore rispetto agli elementi più leggeri, come l'idrogeno. Misurando il tempo tra l'accensione del laser e l'impatto dell'atomo sul rivelatore, lo strumento è in grado di determinare il tipo di atomo in quella posizione e la sua carica. Finalmente, Greer ha ricostruito i dati in tre dimensioni, utilizzando un punto codificato a colori per ogni atomo e molecola per creare una mappa tridimensionale in nanoscala della polvere lunare.

È la prima volta che gli scienziati possono vedere sia il tipo di atomi che la loro esatta posizione in un granello di suolo lunare. Mentre l'APT è una tecnica ben nota nella scienza dei materiali, nessuno aveva mai provato a usarlo per campioni lunari prima. Greer e Heck incoraggiano altri cosmochimici a provarlo. "È ottimo per caratterizzare in modo completo piccoli volumi di campioni preziosi, " Dice Greer. "Abbiamo queste missioni davvero entusiasmanti come Hayabusa2 e OSIRIS-REx che torneranno presto sulla Terra:astronavi senza equipaggio che raccolgono piccoli pezzi di asteroidi. Questa è una tecnica che dovrebbe essere sicuramente applicata a ciò che riportano perché utilizza così poco materiale ma fornisce così tante informazioni".

Lo studio del suolo dalla superficie della luna offre agli scienziati informazioni su un'importante forza all'interno del nostro sistema solare:l'erosione spaziale. Lo spazio è un ambiente duro, con piccoli meteoriti, flussi di particelle provenienti dal Sole, e radiazioni sotto forma di raggi solari e cosmici. Mentre l'atmosfera terrestre ci protegge dagli agenti atmosferici spaziali, altri corpi come la Luna e gli asteroidi non hanno atmosfere. Di conseguenza, il suolo sulla superficie lunare ha subito cambiamenti causati dall'erosione spaziale, rendendolo fondamentalmente diverso dalla roccia di cui è composto il resto della Luna. È un po' come un cono gelato ricoperto di cioccolato:la superficie esterna non corrisponde a quella che c'è dentro. Con APT, gli scienziati possono cercare le differenze tra le superfici alterate dallo spazio e lo sporco lunare non esposto in un modo che nessun altro metodo può fare. Comprendendo i tipi di processi che fanno accadere queste differenze, possono prevedere in modo più accurato cosa c'è appena sotto la superficie di lune e asteroidi che sono troppo lontani per essere portati sulla Terra.

Poiché lo studio di Greer ha utilizzato una punta di dimensioni nanometriche, il suo originale granello di polvere lunare è ancora disponibile per futuri esperimenti. Ciò significa che le nuove generazioni di scienziati possono fare nuove scoperte e previsioni dallo stesso prezioso campione. "Cinquanta anni fa, nessuno si aspettava che qualcuno avrebbe mai analizzato un campione con questa tecnica, e usando solo una piccola parte di un grano, " Heck afferma. "Migliaia di tali grani potrebbero essere sul guanto di un astronauta, e sarebbe materiale sufficiente per un grande studio."

Greer e Heck sottolineano la necessità di missioni in cui gli astronauti riportino campioni fisici a causa della varietà di terreni nello spazio. "Se analizzi solo l'erosione spaziale da un unico luogo sulla Luna, è come analizzare solo gli agenti atmosferici sulla Terra in una catena montuosa, "Dice Greer. Abbiamo bisogno di andare in altri luoghi e oggetti per capire l'erosione spaziale nello stesso modo in cui abbiamo bisogno di controllare diversi luoghi sulla Terra come la sabbia nei deserti e gli affioramenti nelle catene montuose sulla Terra".

Non sappiamo ancora quali sorprese potremmo trovare dall'erosione spaziale. "È importante comprendere questi materiali in laboratorio in modo da capire cosa stiamo vedendo quando guardiamo attraverso un telescopio, " dice Greer. "A causa di qualcosa del genere, capiamo com'è l'ambiente sulla Luna. Va ben oltre ciò che gli astronauti sono in grado di dirci mentre camminano sulla Luna. Questo piccolo grano conserva milioni di anni di storia.

I risultati di questo studio hanno convinto la NASA a finanziare il Field Museum, il team della Northwestern e i colleghi di Purdue per i prossimi tre anni per studiare diversi tipi di polvere lunare con l'APT per quantificare il suo contenuto di acqua e studiare altri aspetti dell'erosione spaziale.