El Hierro Lunar: Desvelan el Origen del Misterioso Metal

En un estudio publicado en Nature Astronomy, los profesores SHEN Laiquan, BAI Haiyang, et al. del grupo del profesor WANG Weihua en el Instituto de Física de la Academia China de Ciencias han aclarado los efectos respectivos de la irradiación y los impactos en la formación de nanopartículas de hierro metálico (npFe⁰).  

Basándose en observaciones precisas de cuentas de vidrio devueltas por la misión Chang’e-5, demostraron que la formación de npFe⁰ pequeñas y grandes con distintos efectos ópticos está controlada de forma independiente por la irradiación del viento solar y los impactos de micrometeoritos.  

Las npFe⁰ están ampliamente distribuidas en la Luna, y su acumulación cambia el espectro óptico de la superficie lunar con el tiempo. Cómo cambia el color de la superficie depende en gran medida del tamaño de las npFe⁰: las npFe⁰ más pequeñas enrojecen los espectros de reflectancia, mientras que las npFe⁰ más grandes provocan oscurecimiento. Las variaciones de color resultantes complican en gran medida los estudios de teledetección, planteando rompecabezas a largo plazo a los astrónomos. Además, el origen de las npFe⁰ de diferentes tamaños no se entendía bien antes de este estudio. 

Se sabe que las npFe⁰ son productos de la meteorización espacial, que incluye los dos agentes principales: los impactos de micrometeoritos y la irradiación del viento solar. Sin embargo, las funciones específicas de estos dos agentes en la formación de npFe⁰ de diferentes tamaños no han estado claras, lo que dificulta nuestra comprensión de las variaciones de color de la superficie lunar o los asteroides en entornos espaciales complejos. 

“Descubrimos que las cuentas de vidrio en el suelo lunar Chang’e-5 pueden preservar partículas de hierro de diferentes tamaños, desde aproximadamente 1 nanómetro hasta 1 micrómetro”, dijo el profesor BAI. “Generalmente es difícil distinguir las npFe⁰ de diferentes orígenes que se observan juntas en muestras únicas. Aquí, utilizamos la característica de rotación de las cuentas de vidrio de impacto para distinguir claramente las npFe⁰ formadas antes y después de la solidificación de las cuentas de vidrio huésped.”

En este estudio, los científicos encontraron numerosas npFe⁰ grandes discretas, de decenas de nanómetros de tamaño, que tendían a concentrarse hacia los extremos de las cuentas de vidrio. Este efecto de concentración puede hacer que las npFe⁰ ultralargas sobresalgan de los extremos. Tal característica es exactamente consistente con el fenómeno de migración que ocurre en gotas formadoras de vidrio de rotación desencadenadas por impactos de hipervelocidad. En tales escenarios, el Fe⁰ con una densidad mayor que la matriz migra a los extremos impulsado por fuerzas centrífugas, lo que indica que estas npFe⁰ grandes se formaron en fundidos derivados de impactos antes de que las cuentas de vidrio se solidificaran. 

Por el contrario, también identificaron abundantes npFe⁰ pequeñas, de varios nanómetros de tamaño, que poblaban densamente las superficies de las cuentas de vidrio. Estas npFe⁰ pequeñas exhiben características de distribución similares al daño de vesículas inducido por irradiación. A lo largo de la dirección de profundidad de las cuentas de vidrio, tanto las npFe⁰ pequeñas como las vesículas disminuyen gradualmente en tamaño y abundancia, lo que corresponde a la disminución de la cantidad de iones de viento solar implantados a medida que aumenta la profundidad. Además, cuando el tamaño de los granos lunares es menor que el doble de la profundidad de penetración de los iones de viento solar, las npFe⁰ pequeñas pueden llenar completamente los granos diminutos. Estos resultados enfatizan que la irradiación del viento solar es el principal impulsor de las npFe⁰ pequeñas observadas. 

El estudio demuestra que la irradiación del viento solar y los impactos de micrometeoritos juegan roles importantes pero distintos en la formación de npFe⁰. El crecimiento independiente de npFe⁰ pequeñas y grandes revelado en esta investigación coincide bien con muchas mediciones de teledetección, proporcionando información valiosa para comprender y predecir las propiedades ópticas de los cuerpos sin aire expuestos a diferentes entornos espaciales. 

El estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Academia China de Ciencias y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de la provincia de Guangdong, entre otras.