Um grão de troilite da Apollo 17 revela um segredo antigo sobre a Lua e o enxofre-33

Uma amostra minúscula da Lua, guardada durante mais de 50 anos, acabou por esconder uma pista astronómica inesperada.

Em grãos de poeira com troilite recolhidos pela missão Apollo 17 em 1972, cientistas identificaram material que poderá ser tão antigo - ou até mais antigo - do que a própria Lua: um vestígio com cerca de 4,5 mil milhões de anos, herdado dos primórdios do Sistema Solar.

James Dottin, cientista planetário da Universidade Brown (EUA), descreve a primeira reacção com incredulidade: “A minha primeira ideia foi: ‘Isto não pode estar certo.’” A equipa refez verificações e controlos para excluir erros. O resultado manteve-se. “São dados realmente surpreendentes”, resume.

Porque é que as amostras da Apollo foram seladas e preservadas

Entre os anos 1960 e o início dos anos 1970, os astronautas do programa Apollo trouxeram para a Terra um total de 382 quilogramas de material lunar, permitindo análises detalhadas em laboratório com equipamentos impossíveis de transportar para a superfície da Lua na época.

Mesmo assim, os investigadores sabiam que a tecnologia iria evoluir de forma substancial. Por isso, uma parte das rochas e sedimentos foi selada e armazenada para ser estudada no futuro, quando métodos mais avançados pudessem extrair informação antes inacessível.

Foi precisamente uma dessas amostras preservadas que Dottin e os seus colaboradores analisaram, recorrendo à espectrometria de massa para determinar a origem do enxofre presente no material.

Enxofre, isótopos e a “impressão digital” química da Lua

O enxofre é um elemento-chave para reconstruir a história geológica de um corpo planetário. Pode ligar-se a metais como o ferro, circular entre núcleo, manto e atmosfera, e conservar assinaturas isotópicas do ambiente onde se formou.

Os isótopos são variantes do mesmo elemento com diferentes números de neutrões. As proporções entre isótopos num material dependem de como esse material foi produzido - uma espécie de código químico que ajuda a reconstituir origem, processos de formação e idade.

Troilite da Apollo 17 e o enigma do enxofre-33 na Lua

A amostra do tubo de perfuração da Apollo 17 (73001/2) continha fragmentos de troilite, um composto de ferro e enxofre comum em materiais de origem espacial.

A equipa pretendia medir as razões isotópicas do enxofre na troilite para compreender melhor a história da Lua, com atenção particular a grãos que, pela aparência, sugeriam uma origem vulcânica.

Em parte do material, surgiram níveis ligeiramente elevados de enxofre-33, um padrão compatível com desgaseificação vulcânica - exactamente o tipo de sinal que se esperaria em rocha vulcânica lunar.

No entanto, outras fracções da amostra mostraram o contrário: razões isotópicas fortemente empobrecidas em enxofre-33.

Até aqui, a ideia dominante era que o manto lunar teria uma composição isotópica de enxofre semelhante à da Terra. Dottin afirma que era isso que esperava observar. Em vez disso, surgiram valores “muito diferentes de tudo o que encontramos na Terra”.

O que pode causar um empobrecimento tão raro em enxofre-33?

Nunca tinham sido identificadas amostras lunares com este tipo de razão isotópica, e existem poucos mecanismos capazes de a produzir. Um empobrecimento desta magnitude em enxofre-33 aponta para uma interacção entre enxofre e luz ultravioleta numa atmosfera muito fina, o que abre duas hipóteses - ambas sugerindo que a troilite é extremamente antiga.

Hipótese 1: o enxofre formou-se na própria Lua durante o oceano de magma

Uma possibilidade é que o enxofre tenha sido gerado na Lua numa fase muito precoce, quando um oceano de magma cobria o satélite recém-formado. À medida que esse oceano arrefeceu e cristalizou, parte do enxofre-33 poderá ter evaporado da superfície para uma atmosfera primordial da Lua, deixando para trás isótopos mais pesados.

Hipótese 2: o enxofre veio de Theia e ficou “preso” na Lua

A segunda hipótese é ainda mais intrigante. A teoria mais aceite para a formação da Lua propõe que a Terra jovem foi atingida por um corpo do tamanho aproximado de Marte, chamado Theia, no caos de colisões do início do Sistema Solar.

Alguns modelos sugerem que os detritos ficaram em órbita da Terra e se juntaram para formar a Lua, enquanto parte de Theia teria sido incorporada no interior terrestre. Mas outra possibilidade é que uma fracção de Theia tenha permanecido associada à Lua. Nesse cenário, dizem os investigadores, este enxofre lunar invulgar poderia ter origem também em Theia.

Não é possível, por agora, decidir qual explicação é mais provável - mas as consequências científicas de qualquer uma são relevantes.

O que isto implica para a evolução interna da Lua

Se o enxofre foi alterado por processos fotoquímicos, isso pode ser um indício de uma antiga troca de materiais entre a superfície lunar e o manto, segundo Dottin. Na Terra, a tectónica de placas cria caminhos eficientes para essa reciclagem; a Lua, em contraste, não tem um sistema comparável. Por isso, a ideia de existir um mecanismo de troca no início da história lunar é particularmente estimulante.

Além disso, a presença deste enxofre “estranho” pode colocar em causa um cenário em que a Lua se formou a partir de poeiras finas e bem misturadas resultantes do impacto Terra–Theia. Se a mistura tivesse sido totalmente homogénea, o enxofre deveria estar distribuído de forma uniforme no manto lunar - algo que esta assinatura isotópica rara sugere não ser tão simples.

Amostras seladas, câmaras de hélio e o que falta para resolver o mistério

O mais impressionante é que esta descoberta vem de uma única amostra que permaneceu selada numa câmara com hélio desde a década de 1970. A curadoria rigorosa destas colecções é crucial: quanto melhor o material é preservado, menor o risco de contaminação e maior a probabilidade de detectar sinais químicos delicados, como as razões isotópicas do enxofre.

Para clarificar a origem deste padrão, será provavelmente necessário comparar com mais materiais extraterrestres: novas amostras da Lua, de Marte e talvez de asteróides. Isto exige tempo, planeamento e missões capazes de recolher e manter amostras em condições controladas desde o local de recolha até aos laboratórios terrestres.

Um passo adicional - ainda pouco explorado - será cruzar estes dados isotópicos com cartografia detalhada dos locais de recolha e com modelos térmicos do interior lunar. Ao ligar química, geologia e dinâmica, será possível testar melhor se o sinal reflecte processos locais (como vulcanismo e degaseificação) ou heranças de material primordial mais antigo.

Uma assinatura de enxofre que pode recuar até à formação do Sistema Solar

Seja qual for a sua origem, estes grãos preservam a assinatura de enxofre mais estranha e potencialmente mais antiga alguma vez encontrada na Lua - uma pista minúscula que pode ajudar a reconstituir os primeiros momentos da formação do Sistema Solar.

O estudo foi publicado na JGR: Planetas.