Analizzando la Luna atomo per atomo

L’applicazione di una nuova tecnica finora usata solo nella scienza dei materiali – la tomografia a sonda atomica – consente di sfruttare con maggiore parsimonia i preziosi campioni di rocce ricavati dalle missioni planetarie, ottenendo allo stesso tempo risultati più precisi rispetto ai lavori precedenti.

Tra il 1969 e il 1972, sei missioni firmate Nasa toccarono il suolo lunare, riportando a Terra 382 chilogrammi di rocce lunari suddivisi in oltre duemila campioni. Il programma Luna sovietico riportò a terra poco più di 300 grammi di campioni in 120 frammenti. Le meteoriti lunari, rocce finite sulla Terra dopo essere state espulse dalla Luna in seguito ad impatti meteorici, sono circa 48 chilogrammi.

Siccome nei decenni successivi non siamo più tornati sul nostro satellite, quei campioni sono gli unici che abbiamo a disposizione per studiare la superficie lunare direttamente e comodamente nei laboratori terrestri. Ne segue che ogni grammo di campione è prezioso e deve essere custodito con grande cura affinché rimanga qualcosa per i ricercatori di domani.

Consapevoli di questo problema, alcuni ricercatori del Field Museum di Chicago hanno applicato una nuova tecnica che consente di analizzare la chimica delle rocce lunari usandone anche solo un singolo grano di polvere. L’applicazione di questa tecnica, pubblicata in uno studio su Meteoritics & Planetary Science, consente di minimizzare la quantità di campioni utilizzati ottenendo allo stesso tempo preziose informazioni sulle condizioni della superficie lunare e sulla formazione di risorse come l’acqua e l’elio.

La tecnica è nota come tomografia a sonda atomica (atom probe tomography, Apt) ed è spesso usata in ambito industriale e nella scienza dei materiali ma, a detta di Jennika Greer, la prima autrice dell’articolo, «è una tecnica che molti geologi non hanno neanche mai sentito nominare». Consiste nel lanciare un fascio di atomi carichi verso il campione di polvere, modellandolo a forma di ago sottilissimo, non più spesso di poche centinaia di atomi. A quel punto l’ago viene colpito con un raggio laser, estraendone gli atomi uno ad uno. Gli atomi separati dal campione possono essere così catturati da un detector, che li riceve in tempi diversi a seconda della loro massa. Gli atomi più pesanti, come il ferro, impiegano infatti più tempo ad essere catturati rispetto a quelli più leggeri, come l’idrogeno. Misurando il tempo che impiegano ad arrivare sul detector, lo strumento può capire di che atomo si tratta. Inoltre, sapendo da dove l’atomo è partito, è anche possibile ricostruire nello spazio tridimensionale la struttura del campione, ottenendone una dettagliata visione d’insieme.

Il campione preparato per essere analizzato tramite tomografia a sonda atomica. Crediti: Jennika Greer, Field Museum

«Analizziamo le rocce dallo spazio atomo per atomo», spiega Greer, «ed è la prima volta che i campioni lunari sono stati studiati in questo modo». Questa tecnica è così accurata che permette di osservare dettagli mai visti prima, e potenzialmente è in grado di portare a risultati inaspettati usando un solo grano di polvere lunare non più grande dello spessore di un capello. Inoltre, può essere applicata anche ai ben più esigui campioni prelevati da altri oggetti planetari, come quelli asteroidali che prossimamente saranno riportati a Terra dalle sonde Osiris-Rex e Hayabusa2.

Applicando la tomografia a sonda atomica ad un grano di polvere, Greer e colleghi sono riusciti ad identificare i prodotti dell’erosione spaziale, come il ferro, l’acqua e l’elio formati attraverso l’interazione tra la polvere lunare e l’ambiente spaziale. Questo può avvenire ad esempio quando i raggi cosmici, i venti solari o le micrometeoriti colpiscono gli atomi che compongono la polvere. Mentre l’atmosfera terrestre protegge la superficie da queste sorgenti di erosione, i corpi privi di atmosfera le subiscono in pieno, e la loro superficie cambia nel tempo. La composizione lunare superficiale diventa quindi differente da quella sotterranea, e senza una comprensione chiara dei processi di erosione risulta difficile capire come è fatto il nostro satellite al di sotto della superficie.

Capire a fondo questi processi diventa poi un passo fondamentale per quanto riguarda l’esplorazione futura del nostro satellite se, per esempio, gli astronauti avranno bisogno di trovare in loco le risorse di cui avranno bisogno.

Articolo uscito su Media Inaf il 7 febbraio 2020

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