As rochas lunares das missões Apollo revelam os segredos da fina “atmosfera” da Lua

Na Terra, o vento pode pegar grãos de areia na praia e a chuva pode transformar o solo em lama. Na Lua, entretanto, o clima é muito mais exótico. 

Partículas carregadas do Sol, chamadas de vento solar, fluem para o solo lunar, lançando partículas para o espaço. Milhares de pequenos meteoritos bombardeiam a Lua, derretendo e vaporizando seus pontos de impacto. A luz solar faz com que as moléculas saltem da superfície.

O clima espacial causa tanta perturbação na superfície da Lua que cria uma atmosfera extremamente fina, chamada de exosfera, feita de átomos do solo lunar. Essa exosfera está ligada à Lua por seu fraco campo gravitacional e tem uma densidade tão baixa que os átomos nunca colidem.

Como muitos processos diferentes atacam o solo lunar e alimentam a exosfera da Lua, há muito tempo não se sabe exatamente qual é a principal fonte. Analisando amostras colhidas durante as missões Apollo, Nicole Xike Nie, uma cosmoquímica do MIT, e seus colegas mostraram na revista científica Science Advances que os impactos de micrometeoritos são os que mais contribuem com átomos para a atmosfera da Lua.

“Usar amostras trazidas das missões Apollo é uma honra e uma oportunidade científica única. Essas amostras representam a primeira exploração direta de outro corpo celeste pela humanidade”, afirma Nie. “Apesar de terem sido coletadas há mais de 50 anos, as amostras da Apollo continuam inestimáveis para a pesquisa científica.”

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Mineração de rochas lunares

As rochas lunares e as amostras de solo lunar que os astronautas da Apollo devolveram à Terra mudaram para sempre nossa compreensão da Lua, e os grandes avanços nos métodos de análise de amostras renovaram as amostras como dados científicos essenciais. 

A equipe de Nie usou porções de 10 amostras diferentes, de cinco locais de pouso diferentes, totalizando apenas 50 miligramas de pó de rocha lunar. Mesmo pequenas quantidades de amostras devolvidas “fornecem uma grande quantidade de informações”, diz Nie. 

No pó, a equipe procurou as impressões digitais químicas de diferentes tipos de intemperismo espacial na forma de isótopos de potássio e rubídio – dois elementos que são especialmente sensíveis ao intemperismo espacial observado na Lua. Isótopos são elementos com o mesmo número de prótons, mas com números diferentes de nêutrons. Os átomos compartilham muitas propriedades químicas e físicas, mas têm massas ligeiramente diferentes.

A exosfera provavelmente contém isótopos mais leves de potássio e rubídio em comparação com o solo lunar, e cada processo de intemperismo deixa uma mistura diferente de isótopos pesados no solo. Com base na mistura de isótopos nas amostras, os pesquisadores identificaram o processo que mais influenciou a exosfera da Lua.

Trabalhos anteriores mostraram que a luz ultravioleta do sol recicla os átomos da exosfera que retornam à superfície, mas não contribui muito para a exosfera, portanto Nie e sua equipe se concentraram nos micrometeoritos e no vento solar.

Padrões climáticos espaciais

Os impactos de micrometeoritos parecem ser o maior contribuinte. Esses minúsculos meteoritos geralmente pesam menos de um grama e se desprenderam de objetos muito maiores. Os micrometeoritos batem constantemente na superfície da Lua todos os dias. Esses impactos são tão intensos que aquecem o ponto de impacto a temperaturas que variam de 2 mil a 6 mil graus Celsius. O impacto derrete e vaporiza o solo lunar na exosfera, como a água se transformando em vapor. 

O segundo processo mais influente envolve o vento solar, que flui do Sol em um fluxo de partículas de alta energia, colidindo com tudo em seu caminho. Embora um forte campo magnético proteja a Terra, a Lua não tem a mesma sorte. Exceto durante os eclipses lunares, a Lua está sob uma mangueira de fogo desse plasma, principalmente prótons. Ao colidir, esses prótons transferem sua energia para os átomos do solo lunar e fazem com que eles voem para fora da superfície.

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O trabalho de Nie e seus colegas demonstra, pela primeira vez, que os impactos de meteoritos são os principais contribuintes para a exosfera, “sendo responsáveis por mais de  , enquanto a pulverização catódica do vento solar contribui com cerca de 30% ou menos”, diz ela. 

“O novo estudo aumenta nossa compreensão da dinâmica atmosférica e da evolução da superfície da Lua e também contribui para um conjunto mais amplo de pesquisas sobre as superfícies de objetos próximos à Terra”, explica Dani Mendoza DellaGiustina, cientista planetária da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, que também lidera a missão OSIRIS-APEX da Nasa. 

“Há um crescente conjunto de evidências de que os impactos de micrometeoritos são responsáveis pela maior parte do desgaste espacial observado em objetos que residem no sistema solar interno - não apenas na Lua, mas também em asteroides.”

Em seguida, Nie quer estudar outros isótopos no solo lunar. Os mesmos métodos também poderiam ser aplicados a novas amostras lunares, como as retornadas pela missão Chang'e-6 da China, bem como a amostras retornadas de outros objetos do Sistema Solar, como a lua de Marte, Fobos, que é o alvo de uma missão japonesa prevista para ser lançada em 2026. 

“Compreender os ambientes espaciais de diferentes corpos planetários é essencial para o planejamento de futuras missões e para explorar o contexto mais amplo do desgaste espacial”, diz Nie. “Esse conhecimento será particularmente importante se a humanidade decidir estabelecer uma presença em outros corpos planetários no futuro.”