O grafeno, uma forma de carbono conhecida como fulereno, que também é produzida na Terra por meio de processos tecnológicos artificiais, pode ser a chave que faltava para desvendar os mistérios lunares, bem como as perspectivas práticas da ciência dos materiais e da engenharia na Terra
“Este é o primeiro estudo a verificar a presença de grafeno natural de poucas camadas em amostras de solo lunar examinando sua microestrutura e composição”, explicou o autor principal do estudo, Wei Zhang, em um artigo publicado no periódico National Science Review. “Nossa descoberta fornece novos insights sobre a origem da Lua, apoiando a hipótese de uma Lua contendo carbono.”
Com base em estudos de amostras lunares das missões espaciais Apollo dos Estados Unidos que foram analisadas décadas atrás, um consenso foi formado envolvendo o que os cientistas chamam de “hipótese do impacto gigante”. O conceito foi proposto pela primeira vez pelo geólogo Reginald Daly em 1946 e especula que, no passado distante, a Terra colidiu com outro corpo celeste do tamanho de Marte, resultando em uma ejeção de rocha no espaço, que mais tarde se fundiu na lua.
No entanto, certos problemas com essa ideia se acumularam ao longo do tempo. Dois exemplos disso existem em trabalhos anteriores envolvendo basaltos lunares, o mesmo tipo de material que a equipe de Zhang observou. Essas análises anteriores incluíram a identificação de H2O, água na Lua quando o hidrogênio deveria ter sido perdido em tal impacto, e carbono, que deveria ter tido um destino semelhante.
Os cientistas da Universidade de Jilin trabalharam com amostras obtidas durante a missão Chang’e 5, batizada em homenagem à deusa chinesa da lua, Chang’e. A quinta excursão da China à Lua em 1º de dezembro de 2020, foi a primeira a retornar com amostras quando pousou na Terra em 16 de dezembro daquele ano. Notavelmente, a amostra que esta equipe analisou veio do norte do Oceanus Procellarum, uma parte da superfície livre de interação humana anterior.
Não foi apenas a primeira missão chinesa a trazer uma amostra lunar para a Terra, mas também a primeira missão de qualquer nação a fazê-lo desde uma missão soviética de 1976. Essa conquista fez da China o terceiro e mais recente país a conduzir tal missão, depois dos Estados Unidos e da União Soviética. O grafeno é um material bidimensional composto por uma única camada de átomos de carbono com padrão de favo de mel. Após décadas de especulação por cientistas, ele só foi isolado pela primeira vez em 2004.
A demanda pelo metamaterial 2D floresceu em um mercado global de US$ 570 milhões nas últimas duas décadas. Embora sua flexibilidade e condutividade o tenham tornado interessante em aplicações eletrônicas e de bateria, sua eficácia antibacteriana e antiviral apenas aumenta sua utilidade no mundo pós-COVID-19. “O grafeno revolucionou a pesquisa da física da matéria condensada e da ciência dos materiais com seus novos fenômenos físicos e propriedades extraordinárias”, explicaram Zhang e a equipe de pesquisa envolvida na descoberta recente em um estudo recém-publicado.
Com cerca de 1,9% do carbono interestelar assumindo a forma de grafeno, seu papel na ciência planetária está crescendo. Vinte anos de trabalho no desenvolvimento do grafeno artificial deixaram sua formação, composição e estrutura bem compreendidas. Armada com essas informações, a equipe estava bem posicionada para examinar o grafeno natural e extrapolar a partir dele informações sobre a evolução geológica da Lua.
Com as amostras de basalto mais jovens obtidas até agora do regolito lunar, os pesquisadores decidiram dar uma olhada mais de perto. Visando pontos de alto carbono com microscopia eletrônica de varredura correlativa e a técnica Raman, onde a luz espalhada mede a energia vibracional para criar imagens hiperespectrais, eles descobriram que “o grafeno é incorporado como flocos individuais ou formado como parte de uma camada de carbono que envolve partículas minerais”.
Outros elementos também foram notados coexistindo em alto carbono em medições significativas. O mais notável foi o ferro, seguido por uma combinação de compostos de silício e cálcio. Encontrar o grafeno em uma camada de carbono foi uma pista significativa para os pesquisadores, pois sugere uma síntese de baixo para cima, geralmente o resultado de uma reação catalítica de alta temperatura.
O artigo propõe duas hipóteses de formação potencial sobre a formação do grafeno lunar que se conformam a esse parâmetro de alta temperatura. A primeira é uma erupção vulcânica, conhecida por ter ocorrido na Lua, embora o período mais pesado tenha terminado há cerca de três milhões de anos, combinada com o vento solar agitando a poeira lunar.
O segundo, um impacto teórico de meteorito, apenas aponta para um processo local de geração devido à escassez de grafeno em amostras de meteoritos conhecidas. O ferro potencialmente entra em jogo como um agente catalisador para o processo natural de produção de grafeno. Qualquer cenário aponta para um processo pelo qual a Lua gradualmente acumula carbono indígena por meio de um processo de captura natural.
Esta descoberta ilumina os processos de formação de grafeno natural previamente desconhecidos que podem estar ocorrendo na Lua, apontando na direção de mais pesquisas para lidar com o que exatamente está acontecendo. Com o foco atual no lado econômico da exploração espacial, como empreendimentos privados como a SpaceX, vincular descobertas lunares a commodities impulsionadoras de tecnologia como o grafeno apenas aumenta a utilidade de tal pesquisa.
Concluindo o artigo, os pesquisadores vislumbram um futuro compartilhado de expansão do conhecimento sobre o nascimento do nosso parceiro celestial mais próximo e de atendimento às nossas necessidades materiais aqui na Terra.
“Uma investigação mais aprofundada das propriedades do grafeno natural forneceria mais informações sobre a evolução geológica da Lua”, eles escrevem. “Por sua vez, a formação catalisada por minerais do grafeno natural lança luz sobre o desenvolvimento de técnicas de síntese escaláveis de baixo custo para grafeno de alta qualidade. Portanto, um novo programa de exploração lunar pode ser promovido, e alguns avanços futuros podem ser esperados.”
