Apesar de não ter ar respirável, a Lua tem uma atmosfera quase inexistente. Desde a década de 1980 que os astrónomos observam uma camada muito fina de átomos a saltar sobre a superfície da Lua. Esta atmosfera delicada - tecnicamente conhecida como "exosfera" - é provavelmente o produto de algum tipo de intemperismo espacial. Mas tem sido difícil determinar com certeza quais são exatamente esses processos.
Agora, cientistas do MIT (Massachusetts Institute of Technology) e da Universidade de Chicago dizem ter identificado o principal processo que formou a atmosfera da Lua e que continua a sustentá-la atualmente. Num estudo publicado na revista Science Advances, a equipa afirma que a atmosfera lunar é principalmente um produto da "vaporização por impacto".
No seu estudo, os investigadores analisaram amostras de solo lunar recolhidas pelos astronautas durante as missões Apollo da NASA. A sua análise sugere que, ao longo dos 4,5 mil milhões de anos de história da Lua, a sua superfície tem sido continuamente bombardeada, primeiro por meteoritos massivos e, mais recentemente, por "micrometeoroides" mais pequenos, do tamanho de poeiras. Estes impactos constantes têm agitado o solo lunar, vaporizando certos átomos em contacto e lançando as partículas para o ar. Alguns átomos são ejetados para o espaço, enquanto outros permanecem suspensos sobre a Lua, formando uma ténue atmosfera que é constantemente reabastecida à medida que os meteoritos continuam a atingir a superfície.
Os investigadores descobriram que a vaporização por impacto é o principal processo pelo qual a Lua gerou e tem mantido a sua atmosfera extremamente fina ao longo de milhares de milhões de anos.
"Damos uma resposta definitiva de que a vaporização por impacto de meteoritos é o processo dominante que cria a atmosfera lunar", afirma a autora principal do estudo, Nicole Nie, professora assistente do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. "A Lua tem cerca de 4,5 mil milhões de anos e, ao longo desse tempo, a sua superfície tem sido continuamente bombardeada por meteoritos. Mostramos que, eventualmente, uma atmosfera fina atinge um estado estável porque está a ser continuamente reabastecida por pequenos impactos em toda a Lua."
Os coautores de Nie são Nicolas Dauphas, Zhe Zhang e Timo Hopp da Universidade de Chicago, e Menelaos Sarantos do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA.
O papel da meteorização
Em 2013, a NASA enviou um orbitador para a Lua com o objetivo de fazer um reconhecimento atmosférico pormenorizado. O LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) foi incumbido de recolher, remotamente, informações sobre a fina atmosfera da Lua, as condições da superfície e quaisquer influências ambientais na poeira lunar.
A missão do LADEE foi concebida para determinar as origens da atmosfera da Lua. Os cientistas esperavam que as medições remotas do solo e da composição atmosférica efetuadas pela sonda pudessem estar correlacionadas com determinados processos de meteorização espacial que pudessem explicar a origem da atmosfera da Lua.
Os investigadores suspeitam que dois processos de meteorização espacial desempenham um papel na formação da atmosfera lunar: a vaporização por impacto e a pulverização de iões - um fenómeno que envolve o vento solar, que transporta partículas energéticas carregadas do Sol através do espaço. Quando estas partículas atingem a superfície da Lua, podem transferir a sua energia para os átomos no solo e fazer com que esses átomos se espalhem e voem para o ar.
"Com base nos dados do LADEE, parece que ambos os processos estão a desempenhar um papel", diz Nie. "Por exemplo, mostrou que, durante as chuvas de meteoritos, se veem mais átomos na atmosfera, o que significa que os impactos têm um efeito. Mas também mostrou que quando a Lua está protegida do Sol, como durante um eclipse, também há alterações nos átomos da atmosfera, o que significa que o Sol também tem um impacto. Por isso, os resultados não foram claros ou quantitativos".
Respostas no solo
Para determinar com maior exatidão as origens da atmosfera lunar, Nie debruçou-se sobre amostras de solo lunar recolhidas pelos astronautas durante as missões Apollo da NASA. Ela e os seus colegas da Universidade de Chicago adquiriram 10 amostras de solo lunar, cada uma com cerca de 100 miligramas - uma quantidade minúscula que, segundo ela, caberia numa única gota de chuva.
Nie procurou primeiro isolar dois elementos de cada amostra: potássio e rubídio. Ambos os elementos são "voláteis", o que significa que são facilmente vaporizados por impactos e pulverização de iões. Cada elemento existe sob a forma de vários isótopos. Um isótopo é uma variação do mesmo elemento, que consiste no mesmo número de protões, mas com um número ligeiramente diferente de neutrões. Por exemplo, o potássio pode existir como um de três isótopos, tendo cada um mais um neutrão e sendo ligeiramente mais pesado do que o anterior. Da mesma forma, existem dois isótopos de rubídio.
A equipa raciocinou que, se a atmosfera da Lua é constituída por átomos que foram vaporizados e suspensos no ar, os isótopos mais leves desses átomos devem ser mais facilmente transportados, enquanto que os isótopos mais pesados têm mais probabilidades de se fixar no solo. Além disso, os cientistas preveem que a vaporização por impacto e a pulverização de iões devem resultar em proporções isotópicas muito diferentes no solo. A proporção específica de isótopos leves e pesados que permanecem no solo, tanto para o potássio como para o rubídio, deverá então revelar o principal processo que contribui para as origens da atmosfera lunar.
Com tudo isto em mente, Nie analisou as amostras das Apollo, começando por esmagar os solos até ficarem em pó fino, dissolvendo depois os pós em ácidos para purificar e isolar soluções contendo potássio e rubídio. Em seguida, passou estas soluções por um espetrómetro de massa para medir os vários isótopos de potássio e rubídio em cada amostra.
No final, a equipa descobriu que os solos continham sobretudo isótopos pesados de potássio e rubídio. Os investigadores conseguiram quantificar a proporção entre isótopos pesados e leves de potássio e rubídio e, comparando ambos os elementos, descobriram que a vaporização por impacto era muito provavelmente o processo dominante através do qual os átomos são vaporizados e lançados para formar a atmosfera da Lua.
"Com a vaporização por impacto, a maioria dos átomos permaneceria na atmosfera lunar, enquanto que com a pulverização de iões, muitos átomos seriam ejetados para o espaço", diz Nie. "Com o nosso estudo, podemos agora quantificar o papel de ambos os processos e dizer que a contribuição relativa da vaporização por impacto vs. a pulverização de iões é de cerca de 70:30 ou mais." Por outras palavras, 70% ou mais da atmosfera da Lua é produto do impacto de meteoritos, enquanto os restantes 30% são consequência do vento solar.
"A descoberta de um efeito tão subtil é notável, graças à ideia inovadora de combinar medições de isótopos de potássio e rubídio com uma modelação cuidadosa e quantitativa", diz Justin Hu, pós-doutorado que estuda os solos lunares na Universidade de Cambridge, que não esteve envolvido no estudo. "Esta descoberta vai além da compreensão da história da Lua, uma vez que tais processos podem ocorrer e podem ser mais significativos noutras luas e asteroides, que são o foco de muitas missões planeadas de recolha e envio de amostras."
"Sem estas amostras da Apollo, não poderíamos obter dados precisos e medir quantitativamente para compreender as coisas com mais pormenor", diz Nie. "É importante, para nós, trazer amostras da Lua e de outros corpos planetários, para que possamos obter imagens mais claras da formação e evolução do Sistema Solar".
// MIT (comunicado de imprensa)
// Universidade de Chicago (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science Advances)
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LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer):
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