"Estamos analizando rocas desde el espacio, átomo por átomo", dice Jennika Greer, la primera autora del artículo y estudiante de doctorado en el Field Museum y la Universidad de Chicago. "Es la primera vez que se estudia una muestra lunar como esta. Estamos utilizando una técnica de la que muchos geólogos ni siquiera han oído hablar".

"Podemos aplicar esta técnica a muestras que nadie ha estudiado", agrega Philipp Heck, curador del Field Museum, profesor asociado de la Universidad de Chicago y coautor del artículo. "Es casi seguro que encontrarás algo nuevo o inesperado. Esta técnica tiene una sensibilidad y resolución tan altas que encuentras cosas que de otro modo no encontrarías y solo usas una pequeña parte de la muestra".

La técnica se llama tomografía por sonda atómica (APT), y normalmente es utilizada por científicos de materiales que trabajan para mejorar procesos industriales como la fabricación de acero y nanocables. Pero su capacidad para analizar pequeñas cantidades de materiales lo convierte en un buen candidato para estudiar muestras lunares. La muestra del Apolo 17 contiene 111 kilogramos (245 libras) de rocas lunares y tierra, el gran esquema de las cosas, no mucho, por lo que los investigadores deben usarlo sabiamente. El análisis de Greer solo requirió un solo grano de tierra, casi tan ancho como un cabello humano. En ese pequeño grano, identificó productos de meteorización espacial, hierro puro, agua y helio, que se formaron a través de las interacciones del suelo lunar con el entorno espacial. Extraer estos preciosos recursos del suelo lunar podría ayudar a los futuros astronautas a mantener sus actividades en la Luna.

Para estudiar el grano pequeño, Greer utilizó un haz enfocado de átomos cargados para tallar una punta diminuta y súper afilada en su superficie. Esta punta tenía solo unos pocos cientos de átomos de ancho; en comparación, una hoja de papel tiene un grosor de cientos de miles de átomos. "Podemos usar la expresión nanocarpintería", dice Philipp Heck. "Como un carpintero da forma a la madera, lo hacemos a nanoescala para obtener minerales".

Una vez que la muestra estuvo dentro de la sonda atómica de la Universidad Northwestern, Greer la golpeó con un láser para eliminar los átomos uno por uno. Cuando los átomos salieron volando de la muestra, golpearon una placa detectora. Los elementos más pesados, como el hierro, tardan más en llegar al detector que los elementos más ligeros, como el hidrógeno. Al medir el tiempo entre el disparo del láser y el átomo que golpea el detector, el instrumento puede determinar el tipo de átomo en esa posición y su carga. Finalmente, Greer reconstruyó los datos en tres dimensiones, utilizando un punto codificado por color para cada átomo y molécula para hacer un mapa 3D a nanoescala del polvo de la Luna.

Es la primera vez que los científicos pueden ver tanto el tipo de átomos como su ubicación exacta en una mota de suelo lunar. Si bien APT es una técnica bien conocida en la ciencia de los materiales, nadie había intentado usarla para muestras lunares antes. Greer y Heck alientan a otros cosmoquímicos a probarlo. "Es ideal para caracterizar de manera integral pequeños volúmenes de muestras preciosas", dice Greer. "Tenemos estas misiones realmente emocionantes como Hayabusa2 y OSIRIS-REx que regresan pronto a la Tierra: naves espaciales sin tripulación que recogen pequeños pedazos de asteroides. Esta es una técnica que definitivamente debería aplicarse a lo que traen porque usa muy poco material pero lo proporciona mucha información."

Estudiar el suelo desde la superficie de la luna brinda a los científicos una idea de una fuerza importante dentro de nuestro Sistema Solar: la meteorización espacial. El espacio es un ambiente hostil, con pequeños meteoritos, corrientes de partículas que salen del Sol y radiación en forma de rayos solares y cósmicos. Si bien la atmósfera de la Tierra nos protege de la meteorización espacial, otros cuerpos como la Luna y los asteroides no tienen atmósferas. Como resultado, el suelo en la superficie de la Luna ha sufrido cambios causados ​​por la meteorización del espacio, haciéndolo fundamentalmente diferente de la roca de la que está compuesto el resto de la Luna. Es algo así como un cono de helado bañado en chocolate: la superficie exterior no coincide con lo que hay dentro. Con APT, los científicos pueden buscar diferencias entre las superficies meteorizadas en el espacio y la suciedad lunar no expuesta de una manera que ningún otro método puede hacerlo. Al comprender los tipos de procesos que hacen que estas diferencias sucedan, pueden predecir con mayor precisión lo que está justo debajo de la superficie de las lunas y los asteroides que están demasiado lejos para llevarlos a la Tierra.

Debido a que el estudio de Greer utilizó una punta de tamaño nanométrico, su grano original de polvo lunar todavía está disponible para futuros experimentos. Esto significa que las nuevas generaciones de científicos pueden hacer nuevos descubrimientos y predicciones a partir de la misma preciosa muestra. "Hace cincuenta años, nadie anticipó que alguien analizaría una muestra con esta técnica, y solo usaría un poquito de un grano", afirma Heck. "Miles de esos granos podrían estar en el guante de un astronauta, y sería material suficiente para un gran estudio".

Greer y Heck enfatizan la necesidad de misiones donde los astronautas traigan muestras físicas debido a la variedad de terrenos en el espacio exterior. "Si solo analizas la meteorización espacial desde el único lugar en la Luna, es como solo analizar la meteorización en la Tierra en una cadena montañosa", dice Greer. Necesitamos ir a otros lugares y objetos para comprender la meteorización del espacio de la misma manera que necesitamos ver diferentes lugares en la Tierra como la arena en los desiertos y afloramientos en las cadenas montañosas de la Tierra ".

Todavía no sabemos qué sorpresas podríamos encontrar con la meteorización espacial. "Es importante comprender estos materiales en el laboratorio para entender lo que estamos viendo cuando miramos a través de un telescopio", dice Greer. "Debido a algo como esto, entendemos cómo es el medio ambiente en la Luna. Va mucho más allá de lo que los astronautas pueden decirnos mientras caminan en la Luna. Este pequeño grano conserva millones de años de historia".

Los resultados de este estudio convencieron a la NASA de financiar el Field Museum y el equipo de Northwestern y sus colegas de Purdue durante los próximos tres años para estudiar diferentes tipos de polvo lunar con APT para cuantificar su contenido de agua y estudiar otros aspectos de la meteorización espacial.

La financiación de este trabajo fue proporcionada por la Fundación TAWANI, la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación Naval, la Universidad de Northwestern y el Comité de Financiación de Becas y Ciencia del Museo Field.