Analizzati campioni di suolo lunare con una nuovissima tecnica

Un granello di polvere lunare raccolto durante la missione Apollo 17 racconta milioni di anni di storia del nostro satellite.

La Luna è situata molto vicina alla Terra, e per questo rende molto facile effettuare le osservazioni della sua superficie. Tuttavia, dal 1972 non abbiamo più mandato astronauti per effettuare studi più ravvicinati.

Questo fortunatamente cambierà in futuro, precisamente quando verrà avviato il programma Artemis della NASA, che consentirà lo sbarco della prima donna e di un altro uomo sulla Luna entro il 2024.

I pochi viaggi lunari effettuati rendono i campioni lunari raccolti dagli astronauti dell’Apollo una merce molto rara e preziosa. I ricercatori, adesso, hanno utilizzato una tecnica innovativa per osservare i singoli atomi all’interno di un granello di polvere lunare, raccolto durante la spedizione lunare dell’Apollo 17.

Gli astronauti Gene Cernan e Harrison Schmitt hanno restituito circa 100 kg di rocce e materiale lunare sulla Terra, dopo la loro missione effettuata nel 1972. I ricercatori, per effettuare i loro studi, hanno utilizzato dei granelli di polvere di materiale lunare, ciò ha permesso, considerando la quantità raccolta dagli astronauti, di conservare a lungo i campioni.

La tecnica, nota come tomografia con sonda atomica, ha fornito un nuovo metodo per effettuare gli studi della superficie lunare. Questa tecnica viene generalmente utilizzata nella scienza dei materiali con produzione di nanofili, perché è in grado di analizzare materiali di scala molto ridotta.

Il piccolo granello di polvere racchiuso in una fiala.

La NASA ha concesso l’accesso ai campioni del suolo lunare  prelevati dall’Apollo 17 ai ricercatori della Field Museum di Chicago, della Northwestern University e della Purdue University. In precedenza, da quanto affermato da Jennika Greer, autore dello studio e dottorando presso il Field Museum e l’Università di Chicago, i ricercatori della Field Museum e della Northwestern, avevano utilizzato la tomografia con sonda atomica su piccoli campioni, come grani di dimensioni nanometriche provenienti da un meteorite di ferro.

Jennika Greer ha spiegato che “Stiamo analizzando le rocce dallo spazio, atomo per atomo. Per la prima volta stiamo studiando un campione lunare con questo metodo. Stiamo utilizzando una tecnica di cui molti geologi non hanno neanche mai sentito parlare”.

Gli elementi come il ferro o l’acqua creano strutture piccole e complesse sul suolo lunare. Studiare atomo per atomo del suolo lunare può fornire una vista dettagliata della composizione della Luna.

La tecnica prevede l’uso di un fascio di atomi carichi per poter incidere la superficie del granello di polvere.

Philipp Heck coautore dello studio, curatore del Field Museum e professore associato all’Università di Chicago ha affermato che “In questo caso si può parlare di nano-carpenteria, come un falegname modella il legno, noi lo facciamo su scala nanometrica sui minerali”.

Il campione viene posizionato all’interno della sonda atomica e colpito con un laser, che è in grado di spostare gli atomi singolarmente. Ogni atomo soggetto al laser colpisce una piastra progettata per rilevarli. I ricercatori con questo metodo possono determinare il tipo di atomo e la sua carica.

I ricercatori hanno trovato prove della presenza di acqua, ferro, elio e agenti atmosferici spaziali della superficie lunare su un singolo granello. Il ferro, avendo una composizione chimica più pesante ha impiegato più tempo a colpire la piastra del rilevatore rispetto agli altri elementi, risultati più leggeri, grazie a ciò è stato possibile identificarlo.

Il granello di polvere lunare ingrandito al microscopio.

Philipp Heck ha spiegato che “Questa tecnica, che si può applicare a qualunque campione non ancora studiato, garantisce di trovare qualcosa di nuovo mai visto prima. Questa tecnica ha una grande sensibilità e presenta una risoluzione così elevata da permettere di trovare cose che diversamente non si sarebbero potute vedere, inoltre si utilizza solo una piccola parte del campione”.

Jennika Greer è stata in grado di utilizzare i dati raccolti per produrre una ricostruzione 3D, codificando con dei colori i vari tipi di atomi per poter mappare il granello di polvere lunare. Gli scienziati grazie a ciò hanno potuto vedere, per la prima volta, esattamente la tipologia di atomi e la loro posizione all’interno della polvere lunare.

La Luna non presenta un atmosfera, per questo viene influenzata da piccoli meteoriti, vento solare e raggi cosmici che provengono dal Solei. La Luna non è geologicamente attiva, a differenza della Terra con le sue placche tettoniche, ma il suo suolo superficiale cambia. La Luna, sotto lo strato superiore di terreno, presenta molti materiali diversi, mentre il terreno lunare, che non è esposto, può raccontare la storia della luna.

Riuscire a comprendere le risorse presenti nel suolo lunare sarà utile agli astronauti che affronteranno le prossime missioni lunari. La tomografia con sonda atomica potrebbe essere utilizzata per studiare i campioni restituiti dagli asteroidi. Jennika Greer ha spiegato che “Questa tecnica è utile a caratterizzare, in modo completo, piccoli volumi di campioni. Attualmente sono attive molte missioni entusiasmanti, tra cui troviamo la Hayabusa2 e OSIRIS-REx, veicoli spaziali senza equipaggio che raccolgono piccoli pezzi di asteroidi, che presto torneranno sulla Terra. Questa tecnica dovrebbe essere applicata sui materiali che le missioni riporteranno sulla Terra, perché utilizza pochissimo materiale e fornisce moltissime informazioni”.

L'astronauta Harrison Schmitt recupera campioni lunari durante l'Apollo 17.
L’astronauta Harrison Schmitt recupera campioni lunari durante la missione dell’Apollo 17.

Il confronto tra i dati ottenuti dagli studi sui campioni attraverso l’utilizzo della tomografia a sonda atomica con le osservazioni telescopiche della Luna o degli asteroidi, consentirà agli scienziati di capire meglio cosa stanno osservando quando il campionamento dei materiali non è possibile.

Jennika Greer ha spiegato che “Comprendere i materiali in laboratorio è molto importante per migliorare la comprensione di ciò che guardiamo attraverso il telescopio, è possibile capire l’ambiente lunare, ciò va ben oltre quello che sono in grado di dirci gli astronauti mentre sono intenti a camminare sulla luna. I granelli lunari riescono a racchiudere in sé milioni di anni di storia”. Il granello di polvere utilizzato nello studio potrà essere utilizzato da altri in futuro.

Gene Cernan usa il veicolo del rover lunare durante la missione dell’Apollo 17.

Secondo Philipp Heck, “Cinquant’anni fa nessuno si aspettava che qualcuno avrebbe mai analizzato un campione con questa tecnica, e utilizzando un piccolissimo campione per lo studio. Un astronauta potrebbe racchiudere sul suo guanto miliardi di granuli di materiale lunare sufficienti per effettuare svariati studi”.

I ricercatori sperano, visto che sono previste altre missioni sulla Luna, che vengano restituiti altri campioni da poter analizzare.

Jennika Greer ha spiegato che “Esaminare solo gli agenti atmosferici spaziali da un punto qualunque della Luna è come analizzare gli agenti atmosferici sulla Terra da una catena montuosa. Dobbiamo visitare svariati luoghi e oggetti per poter comprendere gli agenti atmosferici nello spazio, nello stesso modo in cui lo effettuiamo sulla Terra, nei deserti, sulle sue catene montuose e in altri luoghi”.

Jennika Greer è ansiosa di poter avere campioni di materiale prelevati dal lato più lontano della Luna, quello che non si vede mai dalla Terra. Il materiale che può essere raccolto lì potrebbe rivelarsi molto diverso dai siti che abbiamo campionato sul lato della Luna rivolto verso la Terra.