Μικροσκοπικοί νανοσωλήνες άνθρακα, με τοίχωμα ενός ατόμου πάχους, που βρέθηκαν στην αθέατη πλευρά της Σελήνης, προσφέρουν την πρώτη επιβεβαιωμένη απόδειξη ότι ένα υλικό που θεωρούνταν για καιρό ότι απαιτεί εξελιγμένη ανθρώπινη μηχανική, μπορεί να παραχθεί και φυσικά.
Αυτοί οι νανοσωλήνες εντοπίστηκαν σε πετρώματα που συνέλεξε η κινεζική αποστολή Chang’e-6 του 2024, την πρώτη προσεδάφιση στην αθέατη πλευρά της Σελήνης και την επιστροφή δειγμάτων στη Γη. Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Jilin της βορειοανατολικής Κίνας, χρησιμοποιώντας μικροσκόπια υψηλής ανάλυσης, ανακάλυψαν αυτούς τους άχυρου-σαν σχήματος, εξαιρετικά λεπτούς σωλήνες στα δείγματα.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι δομές αυτές πιθανότατα σχηματίστηκαν κάτω από ακραίες συνθήκες, οι οποίες προέκυψαν από τη συνδυασμένη δράση των πτώσεων μικρομετεωριτών, της έκθεσης στον ηλιακό άνεμο και της αρχαίας ηφαιστειακής δραστηριότητας. Ενώ πολυστρωματικοί νανοσωλήνες που σχηματίστηκαν φυσικά έχουν ανακαλυφθεί στη Γη από φυσικά φαινόμενα όπως πυρκαγιές ή πυρήνες πάγου, υπήρχε εδώ και καιρό μια συζήτηση για το αν οι μονοστρωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα μπορούσαν να σχηματιστούν φυσικά.
Η εργαστηριακή παραγωγή τους απαιτούσε αυστηρά ελεγχόμενες θερμοκρασίες και καταλύτες. Ωστόσο, τα ευρήματα της κινεζικής ομάδας, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nano Letters, έδωσαν τέλος σε αυτή τη συζήτηση. Σε συνδυασμό με την προηγούμενη ανακάλυψη γραφενίου από την ίδια ομάδα σε δείγματα από την ορατή πλευρά της Σελήνης κατά την προηγούμενη αποστολή Chang’e-5, η νέα αυτή ανακάλυψη μπορεί να σηματοδοτήσει μια “αλλαγή παραδείγματος στην επιστήμη του άνθρακα”, όπως έγραψαν οι ερευνητές. Αυτό θα μπορούσε να ανοίξει νέους δρόμους για την ανάπτυξη προηγμένων υλικών, από οθόνες αφής μέχρι αισθητήρες και μπαταρίες.
Οι μονοστρωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα είναι κούφιοι σωλήνες άνθρακα πλάτους περίπου ενός νανομέτρου, που σχηματίζονται από την κύλιση ενός στρώματος άνθρακα πάχους ενός ατόμου σε έναν απρόσκοπτο κύλινδρο. Παρά το μικροσκοπικό τους μέγεθος, είναι εξαιρετικά ανθεκτικοί, υψηλά αγώγιμοι και αποτελεσματικοί στη μεταφορά θερμότητας.
Οι νανοσωλήνες άνθρακα αναφέρθηκαν για πρώτη φορά στις αρχές της δεκαετίας του 1990, όταν ο Ιάπωνας φυσικός Sumio Iijima τους παρατήρησε τυχαία κατά τη μελέτη αιθάλης άνθρακα που παράχθηκε σε πειράματα υψηλής θερμοκρασίας. Αργότερα, οι ερευνητές έμαθαν πώς να κατασκευάζουν πολυστρωματικούς και μονοστρωματικούς νανοσωλήνες άνθρακα, χρησιμοποιώντας θερμότητα και μεταλλικούς καταλύτες, όπως ο σίδηρος και το νικέλιο, για να διαμορφώσουν τα άτομα.
Στη Γη, οι φυσικοί πολυστρωματικοί σωλήνες – που βρίσκονται σε κοιτάσματα άνθρακα, πυρήνες πάγου και τέφρα από δασικές πυρκαγιές – πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν όταν υλικό πλούσιο σε άνθρακα εκτέθηκε σε έντονη θερμότητα και στη συνέχεια ψύχθηκε γρήγορα, επιτρέποντας σε ορισμένα άτομα να αναδιαταχθούν. Αντίθετα, δεν υπήρχαν ευρέως αποδεκτές άμεσες αποδείξεις ότι οι μονοστρωματικοί νανοσωλήνες άνθρακα μπορούσαν να σχηματιστούν φυσικά.
Για αυτή τη μελέτη, η κινεζική ομάδα χρησιμοποίησε έναν συνδυασμό ισχυρής μικροσκοπίας και τεχνικών φασματοσκοπίας για να εξετάσει το έδαφος που συλλέχθηκε από την αθέατη πλευρά της Σελήνης. Σαρκάζοντας ακέραιους κόκκους εδάφους, εντόπισαν καθαρά σήματα γραφιτικού άνθρακα, οι περισσότεροι από τους οποίους ομαδοποιήθηκαν κοντά σε μικροσκοπικές ουλές από πτώσεις μικρομετεωριτών. Σε ξεχωριστό βήμα, η ομάδα εξέτασε λεπτό υλικό από τα δείγματα Chang’e-6 χρησιμοποιώντας μικροσκόπια υψηλότερης ανάλυσης. Σε αυτά τα εξαιρετικά μικρά θραύσματα εντόπισαν μονοστρωματικούς νανοσωλήνες άνθρακα, οι περισσότεροι από τους οποίους πιστεύουν ότι σχηματίστηκαν πριν από πολύ καιρό, όταν αμέτρητοι μικροί μετεωρίτες έπεσαν στην επιφάνεια της Σελήνης, δημιουργώντας σύντομες εκλάμψεις ακραίας θερμότητας.
Ο άνθρακας που μεταφέρθηκε από τους μετεωρίτες και ο ηλιακός άνεμος απελευθερώθηκε ως αέριο, ενώ τα σωματίδια σιδήρου στο σεληνιακό έδαφος λειτούργησαν ως καταλύτες. Καθώς το υλικό ψύχθηκε γρήγορα, ορισμένα άτομα άνθρακα ανασυντέθηκαν σε μικροσκοπικούς σωλήνες αντί να σχηματίσουν επίπεδες φύλλες άνθρακα ή αιθάλη.
Ενώ οι ερευνητές δεν διευκρίνισαν πόσοι νανοσωλήνες άνθρακα υπήρχαν στα δείγματα, δήλωσαν ότι η κατανόηση του πώς το σεληνιακό έδαφος μετασχηματίστηκε υπό ακραίες συνθήκες θα μπορούσε να βοηθήσει στην καθοδήγηση μελλοντικών προσπαθειών για την επεξεργασία υλικών για την εξερεύνηση του διαστήματος. “Ο εντοπισμένος άνθρακας και η οδός σχηματισμού ανέδειξαν περαιτέρω επιτόπια εφαρμογή του σεληνιακού εδάφους, θέτοντας τα θεμέλια για την εξερεύνηση του βαθύ διάστημα και τη χρήση σεληνιακών πόρων”, έγραψαν.
