LADEE confirma a presença de néon na exosfera lunar

Representação artística da sonda LADEE numa órbita em redor da Lua.
Crédito: NASA Ames/Dana Berry.

A sonda Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) confirmou pela primeira vez a presença de néon na fina atmosfera lunar. O néon é um gás nobre usado nas misturas de gases rarefeitos que dão o intenso brilho às lâmpadas de descarga tubulares dos anúncios luminosos.

“A presença de néon na exosfera da Lua tem sido um objeto de especulação desde as missões Apollo, no entanto nunca tinha sido feita qualquer deteção credível”, disse Mehdi Benna do Centro de Voo Espacial Goddard e da Universidade de Maryland, nos Estados Unidos. “Estamos muito satisfeitos não só por termos finalmente confirmado a sua presença, mas também por demonstrarmos que é relativamente abundante.” Benna é o autor principal do artigo recentemente publicado na revista Geophysical Research Letters, onde são descritas as observações realizadas pelo instrumento Neutral Mass Spectrometer (NMS) da sonda LADEE.

A quantidade de néon detetada é, ainda assim, insuficiente para criar um halo luminoso visível em redor da Lua. Isto acontece porque a atmosfera lunar é extremamente ténue – aproximadamente 100 biliões de vezes mais rarefeita que a atmosfera da Terra ao nível do mar. A estas pressões, as colisões entre moléculas são extremamente raras, pelo que a atmosfera lunar é tecnicamente considerada uma exosfera.

As exosferas são o tipo mais comum de atmosfera no Sistema Solar e por isso os cientistas estão interessados em conhecer mais detalhes sobre estas estruturas. “É muito importante aprender mais sobre a exosfera lunar, antes que a exploração humana sustentada a altere substancialmente”, explicou Benna. Tendo em conta que a atmosfera lunar é tão rarefeita, os gases libertados pelos foguetões e sistemas de propulsão das sondas podem facilmente modificar a sua composição.

Grande parte da exosfera lunar tem origem no vento solar – um fluxo de gás eletricamente carregado que parte da superfície do Sol em direção ao espaço, a uma velocidade de cerca de 1,6 milhões de quilómetros por hora. O vento solar é composto maioritariamente por hidrogénio e hélio, mas contém muitos outros elementos em pequenas quantidades. Todos estes elementos colidem com a superfície da Lua, mas apenas o hélio, o néon e o árgon são voláteis o suficiente para regressarem ao espaço. Os restantes elementos ficam impregnados nas rochas lunares por tempo indeterminado.

Os dados obtidos pela LADEE confirmam que a exosfera lunar é composta maioritariamente por hélio, árgon e néon. As suas abundâncias relativas são, no entanto, variáveis ao longo do dia lunar. O árgon é mais abundante ao nascer do Sol, enquanto que o néon e o hélio atingem os seus picos pelas 4 e 1 da manhã locais, respetivamente. O instrumento NMS realizou medições sistemáticas destes gases ao longo de 7 meses, o que permitiu a Benna e seus colegas compreender como estes gases são fornecidos à exosfera e, em última análise, devolvidos ao espaço.

Embora grande parte da exosfera lunar tenha origem no vento solar, os dados do NMS revelam que uma porção significativa vem diretamente das rochas lunares. “Ficámos surpreendidos ao descobrir que o árgon-40 cria uma protuberância local acima de uma parte invulgar da superfície lunar: a região que contém Mare Imbrium e Oceanus Procellarum”, afirmou Benna.

O árgon-40 resulta do decaimento do potássio-40, um isótopo radioativo que ocorre naturalmente em todos os planetas telúricos. “Não pudemos deixar de notar que esta região é o local onde o potássio-40 é mais abundante na superfície”, disse Benna. “Por isso, poderá haver uma ligação entre o árgon atmosférico, o potássio superficial e fontes interiores profundas.”

Outro comportamento surpreendente do árgon foi o facto da sua quantidade global na exosfera lunar ter variado significativamente ao longo do tempo. Os dados obtidos pelo NMS revelaram um aumento seguido de uma diminuição em cerca de 25% durante o período da missão. Segundo Benna, este enriquecimento transitório poderá ser uma consequência de um aumento temporário na libertação do gás na superfície lunar provocado pela ação das forças de maré na Lua.

O NMS detetou ainda uma fonte inesperada para parte do hélio da exosfera lunar. “Cerca de 20% do hélio é proveniente da própria Lua, provavelmente como resultado do decaimento radioativo do tório e urânio, também presentes nas rochas lunares”, explicou Benna. Esta fração de hélio é produzida a uma taxa equivalente a cerca de 7 litros por segundo, a uma pressão atmosférica normal.

“Os dados recolhidos pelo NMS abordam questões de longa data relacionadas com as fontes e depósitos de hélio e árgon – questões que permaneciam por responder há 4 décadas”, disse Benna. “Estas descobertas evidenciam as limitações dos modelos exosféricos atuais, bem como a necessidade de modelos mais sofisticados no futuro.”

A LADEE foi uma missão de 6 meses da NASA, lançada em setembro de 2013, com o objetivo de estudar a exosfera da Lua e a densidade e variações temporais e espaciais das partículas de poeira no ambiente lunar. Sem combustível suficiente para manter uma órbita lunar a longo termo, a LADEE foi intencionalmente redirecionada para um impacto na superfície da Lua, a 17 de abril de 2014.