Come la NASA ha tenuto le rocce lunari dell’Apollo al sicuro dalla contaminazione per 50 anni

Non mi è permesso toccare le rocce lunari.

Nella stanza dove la NASA conserva i campioni che gli astronauti dell’Apollo hanno portato sulla Terra decenni fa, osservo rocce e vassoi di terra attraverso il vetro. Ma le mie guide turistiche sono ferme: Nessuno tocca le rocce lunari.

Questo è l’incontaminato laboratorio di campioni al Johnson Space Center della NASA a Houston. Essere qui è una cosa importante per me. Ho passato anni a guardare le rocce cosmiche da lontano – la mia infanzia comprendeva un sacco di osservazione delle stelle attraverso un telescopio, e nel mio lavoro di laboratorio al college, ho elaborato le immagini di Marte. Non vedevo l’ora di raccogliere una manciata di sabbia aliena e farla scorrere tra le mie dita. Oggi, l’opportunità sembra tanto vicina quanto improbabile.

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Prima di entrare in questa stanza pulita, mi tolgo tutti i gioielli, compresa la mia fede. Io e le mie guide ci copriamo le scarpe con scarpette di carta blu e ci infiliamo in tute integrali con cerniere dall’ombelico al collo e bottoni automatici alle caviglie, ai polsi e alla gola. Una volta nelle tute bianche, indossiamo guanti in neoprene, un copricapo, più un paio di stivali alti fino al ginocchio tirati sopra le scarpette blu. Infine, passiamo un minuto intero in piedi in una doccia d’aria delle dimensioni di una cabina telefonica, sotto una brezza costante che soffia dal soffitto al pavimento per liberarci di qualsiasi polvere persistente.

All’interno della stanza pulita, mi trovo di fronte a un’altra barriera: Le rocce sono conservate in armadi sicuri e pressurizzati – come grandi terrari – riempiti di azoto puro. L’unico modo per raggiungere i campioni è infilare le mani già guantate in un altro set di guanti che sventolano dagli armadi come braccia di zombie.

Solo cinque persone al mondo maneggiano abitualmente questi preziosi sassolini, mi dice Charis Krysher, che elabora i campioni. Lei è una di loro. Ma anche Krysher e i pochi fortunati non possono toccare direttamente i campioni. Per raccogliere un sasso Apollo, Krysher deve usare delle pinzette in acciaio inossidabile o infilare le dita in un terzo set di guanti in teflon.

“Si perde un po’ di destrezza”, dice. “

Tutto questo sforzo è per proteggere i 382 chilogrammi di rocce, campioni di nucleo, ciottoli, sabbia e polvere sollevati dalla luna durante i sei atterraggi Apollo dal 1969 al 1972. Questi inestimabili campioni stanno ancora offrendo nuovi dettagli su come la luna – e l’intero sistema solare – si è formata ed evoluta. Le rocce hanno rivelato le età approssimative delle superfici di tutti i pianeti rocciosi e informato il dibattito sul fatto che un antico rimescolamento dei pianeti esterni abbia causato un bombardamento di meteoriti sulla Terra (SN Online: 9/12/16).

“Uno dei più grandi malintesi è che i campioni Apollo non vengono più studiati, e che i campioni Apollo ci parlano solo della luna”, dice Ryan Zeigler, curatore dei campioni Apollo al Johnson Space Center. “

In effetti, la NASA sta aprendo una cache di campioni intatti per nuovi studi in questo 50° anniversario dell’allunaggio dell’Apollo 11 del 20 luglio 1969.

La scrittrice di astronomia Lisa Grossman di Science News è andata dietro le quinte del laboratorio di campioni incontaminati della NASA al Johnson Space Center di Houston questa primavera e ha visto le rocce lunari da vicino – o quanto più vicino possano arrivare i non astronauti.

La scienza lunare decolla

Da quando sono arrivati quei primi pezzi di luna, la NASA ha inviato circa 50.000 campioni individuali a 500 laboratori di ricerca in più di 15 paesi. Anche con tutta questa condivisione, più dell’80% del bottino originale è ancora intatto. Mantenendo l’approccio iperattento della NASA, quasi il 15 per cento di quel lotto è conservato in un caveau presso la White Sands Test Facility vicino a Las Cruces, N.M., a circa 1.300 chilometri da Houston.

I progettisti hanno anche costruito questo edificio beige e squadrato a Houston, aperto nel 1979, con certi disastri in mente. La struttura è resistente agli uragani, e il laboratorio dei campioni incontaminati è un piano sopra il livello del suolo per evitare inondazioni.

Quando i campioni lunari sono arrivati sulla Terra, sono stati trasportati a Houston e messi in quarantena per settimane (come gli astronauti). I ricercatori volevano tenere i campioni al sicuro dalla contaminazione terrestre e tenere la vita terrestre al sicuro dai campioni. Nessuno sapeva se qualcosa vivesse sulla luna, o se la potenziale vita lunare sarebbe stata tossica per i terrestri.

Quando i primissimi campioni furono portati sulla Terra con l’Apollo 11 nel 1969, gli addetti al controllo della quarantena trasportarono i campioni direttamente in un laboratorio incontaminato per assicurarsi che non rappresentassero una minaccia. NASA

Questi primi campioni furono raccolti dagli astronauti dell’Apollo 11 Neil Armstrong e Buzz Aldrin, che misero circa 21,5 chilogrammi di rocce lunari e sporcizia in scatole di stoccaggio.

Da quella prima raccolta, circa 700 grammi andarono a un laboratorio di test biologici. Lì, i campioni sono stati messi in camere sicure con topi, pesci, uccelli, ostriche, gamberi, scarafaggi, mosche, vermi piatti e organismi unicellulari, più 33 specie di piante e piantine. Gli scienziati guardavano per assicurarsi che nessuna delle specie da testare morisse o sviluppasse mutazioni, e che nulla crescesse nei grani lunari stessi.

Quando non accadde nulla, circa sette chilogrammi delle rocce dell’Apollo 11 furono distribuiti a laboratori di tutto il mondo, lontano da Houston come Tokyo e Canberra, in Australia. I ricercatori che studiavano quelle rocce si accordarono per non pubblicare le loro scoperte prima di riunirsi per discuterne alla prima Conferenza di Scienze Lunari, che si tenne a Houston nel gennaio 1970.

Gli astronauti dell’Apollo 16 usarono questo rastrello per raccogliere campioni della superficie lunare nel 1972. NASA

“Nessun’altra serie di campioni geologici è mai stata studiata così estesamente”, scrissero il geologo (e poi astronauta dell’Apollo 17) Harrison Schmitt e colleghi nell’introduzione agli atti della conferenza.

Questi studi, che hanno lanciato la disciplina “scienza lunare”, hanno quasi immediatamente portato a una nuova comprensione dell’origine della luna. Quella teoria è ancora oggi la teoria principale: La luna si è formata, calda e fusa, dai detriti di un gigantesco impatto tra la giovane Terra e qualche altro pianeta primitivo (SN: 4/15/17, p. 18).

“Che bellezza”

Il fatto che gli scienziati avessero i campioni giusti per rivelare che la luna un tempo era calda e appiccicosa è stato un colpo di fortuna.

Alla fine della prima passeggiata sulla luna, “l’ultima cosa che è successa è stata che Neil Armstrong ha guardato nella scatola di roccia e ha pensato, questo sembra un po’ vuoto”, dice Zeigler. Così Armstrong ha spalato nove cucchiai di terra per evitare che i grandi campioni rimbalzassero in giro. “È stato un ripensamento.”

Quella terra in più conteneva un tesoro: piccole rocce bianche e grigio chiaro chiamate anortositi. Queste rocce si distinguevano dai basalti vulcanici scuri che formavano la maggior parte del sito di atterraggio.

“Le anortosite erano totalmente inaspettate”, scrissero nel 1970 su Science il geologo John Wood e i colleghi dello Smithsonian Astrophysical Observatory di Cambridge, Mass. La bassa densità delle rocce suggeriva che esse facevano parte di un’antica crosta dopo essere salite alla superficie di un oceano di magma lunare, ragionava il team di Wood. Se una grande porzione della luna era una volta magma liquido, la roba più pesante sarebbe affondata nella melma, e la roba più leggera come le anortosite sarebbe salita. Un team indipendente guidato dal mineralogista Joseph Smith dell’Università di Chicago è arrivato ad un quadro simile.

Sotto un microscopio, gli anortosite, la caratteristica roccia bianca che costituiva l’antica crosta lunare, si distinguono dal basalto vulcanico più scuro. J. Wood et al/Proc. Apollo 11 Lunar Sci. Conf. 1970

La nostra moderna comprensione dell’oceano di magma lunare è più complessa, dice lo scienziato planetario Steve Elardo dell’Università della Florida a Gainesville. La luna deve aver attraversato fasi distinte per trasformarsi da quella massa fusa alla roccia solida di oggi: prima separandosi in crosta leggera e mantello denso, e poi raffreddandosi nel tempo.

Ma quando i ricercatori misurano le età delle rocce che dovrebbero provenire da quelle diverse epoche, sembrano essere tutte più o meno le stesse: 4,35 miliardi di anni.

Il risultato “ha gettato i geochimici in un loop”, dice Elardo. O le loro misurazioni erano sbagliate, o tutto è accaduto molto rapidamente.

Ancora, l’idea principale che l’intera luna era una volta roccia liquida ha tenuto duro. Infatti, i geologi ora pensano che questo sia il ciclo di vita per la maggior parte dei giovani corpi simili ai pianeti.

“Parliamo anche di oceani di magma, piccoli, per gli asteroidi”, dice Elardo.

Questi gruppi nel 1970 hanno avuto meno di sei mesi per studiare i campioni, scoprire gli anortosi e capire cosa significasse tutto questo. “E in pratica ci hanno azzeccato”, dice Elardo. “

Nel 1971, la NASA disse agli astronauti dell’Apollo 15 David Scott e James Irwin di cercare delle rocce bianche brillanti che potessero confermare questa idea con ulteriori studi. La trascrizione della missione mostra la loro eccitazione quando ne trovarono una durante una passeggiata sulla luna.

“Si tratta di – oh, ragazzi!” Disse Scott. “Indovina cosa abbiamo appena trovato…. Che meraviglia!”. Irwin si intromise: “

Krysher mi mostra porzioni dei campioni di Armstrong e Scott, esposti in armadietti separati. I suoli dell’Apollo 11 riempiono quelli che sembrano due involucri di metallo per cupcake. Tra uno strato di grani scuri, posso individuare alcune macchie bianche, gli anortosite. La roccia di Scott è soprannominata Genesis Rock perché all’epoca era tra le più antiche rocce lunari conosciute. Posso capire perché si distingueva: È un bianco brillante e gessoso. Il residuo in mostra è più piccolo di quanto mi aspettassi, circa le dimensioni di un lime. Potrebbe facilmente stare nella mia mano.

La roccia Genesis, mostrata qui prima della lavorazione, è un pezzo della crosta primordiale della luna che è stato raccolto nel 1971 dagli astronauti dell’Apollo 15. È bianca perché contiene anortosite. NASA

“Posso tenerlo? Chiedo a Krysher. Niente da fare. Ho dovuto chiedere, anche se Zeigler mi aveva avvertito in una e-mail prima del mio arrivo: “Abbiamo regole piuttosto severe sulle persone che mettono le mani (guantate) negli armadietti per toccare i campioni. Fondamentalmente, è una regola che vale solo se hai camminato sulla luna.”

Un mondo bagnato

Tenere i campioni incontaminati lontano da dita curiose ha permesso agli scienziati di fare una delle più sorprendenti scoperte lunari degli ultimi 50 anni: La luna è bagnata. Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno trovato centinaia di volte più acqua nei campioni lunari di quanto i ricercatori dell’era Apollo si rendessero conto della sua esistenza.

I primi studi dei campioni Apollo suggerivano che la luna era secca come l’osso, con meno di 1 parte per miliardo di acqua. Questo aveva senso: se la luna fosse nata calda, l’acqua e altre molecole facilmente vaporizzabili sarebbero bollite via velocemente.

Di queste due palline di terra raccolte durante l’Apollo 11, quella sulla destra contiene visibili chiazze di anortosite bianca, frammenti dell’antica crosta lunare. The Washington Post/Getty Images

Ma alla fine degli anni 2000, i ricercatori hanno iniziato a trovare tracce di antica umidità intrappolata nei campioni lunari. Alberto Saal della Brown University e colleghi hanno usato una microsonda ionica per trovare molecole d’acqua in profondità all’interno di minuscole perle di vetro vulcanico provenienti da terreni lunari, il team ha riferito su Nature nel 2008 (SN: 8/2/08, p. 12).

Sulla base della quantità di acqua nelle perle, i ricercatori hanno stimato che il magma sotto la crosta della luna avrebbe potuto avere fino a 750 parti per milione di acqua. Poi studi successivi hanno trovato acqua nel mantello più profondo della luna, forse tanto quanto quello della Terra: da decine a centinaia di parti per milione, ha detto lo scienziato planetario Francis McCubbin della NASA Johnson a marzo alla Lunar and Planetary Science Conference a The Woodlands, Texas.

C’è ancora molto disaccordo su quanta acqua contiene esattamente la luna, ha detto McCubbin. Ma mantenere i campioni lunari in condizioni incontaminate è stato fondamentale per scoprire l’acqua 40 anni dopo che le rocce sono state portate sulla Terra. “Assicurarsi di curare quei campioni in modo che i nostri nipoti e i loro nipoti possano continuare a fare scoperte è criticamente importante”, ha detto.

Questo, mi rendo conto, è uno dei motivi per cui non posso toccare le rocce lunari. Sono troppo pieno d’acqua. Anche l’aria lo è.

Eroi non celebrati

Questo è lo scopo della cura dei campioni, dice l’elaboratrice Lacey Costello. “La ricerca si prende tutta la gloria”. Ma la cura è cruciale.

I processori conservano e preparano i campioni, assicurandosi che non ci sia contaminazione. Senza questo sforzo, dice Costello, i dati che i ricercatori ottengono non sarebbero accurati. “Come ci si potrebbe fidare se i campioni potrebbero essere stati contaminati?”

La cura comporta più di tre set di guanti. I processori mantengono un database dettagliato di ogni campione mai prelevato dalla luna, più ogni chip e fetta che è stata divisa dal campione originale. Questi specialisti fotografano e registrano la massa di ogni sottocampione prima di archiviarlo in un caveau, dietro lo stesso tipo di porta che protegge le riserve d’oro degli Stati Uniti a Fort Knox. I processori mantengono anche l’orientamento nord-sud e su-giù che le rocce avevano sulla luna.

La pressione dell’aria all’interno degli armadietti sigillati che ospitano le rocce lunari è superiore a quella della stanza circostante. Quella differenza spazza via qualsiasi detrito dalle rocce lunari e gonfia i guanti che i processori mettono le braccia per maneggiare i campioni. Felix Sanchez

“Abbiamo procedure estese”, dice Andrea Mosie, un processore nativo di Houston che ha lavorato nel laboratorio dei campioni lunari per 43 anni. Era una stagista della scuola superiore al Manned Spacecraft Center – il nome originale del Johnson Space Center – nel luglio 1969, quando arrivarono le prime rocce.

Il suo supervisore la fece partecipare alle riunioni di pianificazione della missione lunare. “In realtà ho fatto più di quanto avrei dovuto fare, il che è stato davvero incoraggiante”, dice. “Ed ero nello stesso edificio con gli astronauti, quindi è stato fantastico.”

Dopo essersi laureata in chimica e matematica, Mosie è tornata alla NASA. “La camera bianca è stata il posto perfetto per me … perché sono una persona molto esigente”, ha detto in un discorso alla Conferenza sulla scienza lunare e planetaria. “Tutto ha una procedura. Probabilmente do sui nervi a molte persone.”

Andrea Mosie, che elabora campioni lunari, indossa tre paia di guanti, il più esterno dei quali è in Teflon, per maneggiare una roccia lunare (a sinistra). Mostrata a destra nel 1976, Mosie è stata al laboratorio di campioni incontaminati della NASA a Houston per 43 anni. The Washington Post/Getty Images; Per gentile concessione di A. Mosie/Nasa

Mosie ha addestrato Krysher, Costello e altri processori che si sono uniti al laboratorio. “È la nostra dea della luna”, scherza Krysher. Krysher ha iniziato nel laboratorio lunare circa cinque anni fa, dopo aver trascorso la maggior parte di un decennio come ingegnere aerospaziale.

Anche Costello è passato dall’ingegneria aerospaziale alla geologia dopo che una lezione sui meteoriti ha acceso una passione per i pianeti. Lei è la principiante, essendo entrata nel laboratorio a gennaio. Si è presto resa conto che una grande parte del suo lavoro è aiutare i ricercatori a identificare il miglior campione per i loro studi.

“I curatori acquisiscono la conoscenza più intima dei campioni”, dice Costello. “Molte volte i ricercatori sanno cosa vogliono. Ma ci sono volte in cui pensano di sapere cosa vogliono, e forse non lo sanno.”

I processori di campioni lunari Charis Krysher (a sinistra) e Lacey Costello (al centro) mostrano a Grossman (a destra) come indossare una tuta protettiva da coniglio prima di entrare nel laboratorio dei campioni incontaminati. Felix Sanchez

Una volta scelta la roccia lunare giusta, i processori spezzano un piccolo pezzo del campione principale. Un tipico sottocampione inviato a un gruppo di ricerca pesa tra mezzo grammo e un grammo, e potrebbe riempire forse un quarto di cucchiaino.

“Nel corso degli anni, gli scienziati sono stati in grado di fare di più con molto meno”, dice Krysher. Ecco perché gran parte della collezione è ancora incontaminata.

Ci sono procedure per tenere conto anche delle debolezze umane. Per minimizzare la contaminazione, solo tre materiali possono entrare in contatto diretto con i campioni: alluminio, acciaio inossidabile e teflon. Da qui le pinzette e i guanti extra. E se la polvere o un pezzo di roccia si stacca durante il campionamento, quel pezzo diventa un nuovo campione.

Ho finalmente l’occasione di giocare al processore. Vedo un armadietto vuoto e, per la mia gioia, le mie guide mi lasciano mettere le mani con doppio guanto e fingere di processare un campione.

Faccio fatica a infilare le dita nei guanti, che ondeggiano come palloni per la maggiore pressione all’interno dell’armadietto. La gomma mi avvolge strettamente le braccia: Mi sembra quasi di spingere le braccia in un liquido denso. Prendo goffamente un martello in acciaio inossidabile e uno scalpello all’interno dell’armadio. Imito il taglio di un angolo di un campione immaginario. Anche senza una vera roccia lunare, mi ritrovo a ridere di gioia.

Grossman raggiunge un armadio vuoto attraverso guanti di gomma per fingere di toccare una roccia lunare. Felix Sanchez

Per i curatori, “quell’eccitazione dura per sempre”, mi dice Mosie. “Ogni volta che maneggi un campione, tu… ti rendi conto che sei uno dei pochi che lo farà mai…. È un’opportunità speciale, ed è una responsabilità impressionante.”

Il geologo Beck Strauss ricorda quella sensazione. Mentre era un postdoc alla Rutgers University di Piscataway, N.J., Strauss ha avuto modo di aprire un campione incontaminato dall’Apollo 12.

“È stata una delle cose più belle che ho potuto fare – essere la prima persona a tenere in mano un pezzo di questa roccia”, dice Strauss, ora al National Institute of Standards and Technology di Gaithersburg, Md.

Al Rutgers, Strauss e colleghi hanno studiato i campi magnetici conservati nelle rocce lunari per capire come l’interno della luna sia cambiato nel tempo. La zangolatura della roccia liquida nel nucleo della luna, o al confine tra il nucleo e il mantello, potrebbe aver guidato un campo magnetico che si è indebolito quando la luna si è raffreddata e solidificata.

Strauss ha presentato un lavoro alla conferenza di marzo sulla scienza lunare e planetaria, suggerendo che la prima luna aveva un forte campo magnetico che è svanito da 3 miliardi di anni fa. La luna ha mantenuto un campo magnetico più debole per altri 1 miliardo o 2 miliardi di anni prima che il campo scendesse essenzialmente a zero oggi.

Con i progressi degli ultimi 50 anni, i geologi possono misurare campi magnetici sempre più piccoli nelle rocce lunari, dice Strauss, che “ci permettono di ottenere informazioni che erano fisicamente inaccessibili durante l’era Apollo”

E Strauss sente tutta questa storia nel lavoro. “Per fare gli esperimenti che sto facendo e raccogliere i dati che ho, abbiamo dovuto fondamentalmente inventare il volo spaziale”, dice Strauss. Quasi 50 anni dopo l’Apollo, Strauss ha potuto entrare nel laboratorio, aprire una cassaforte, “e tirare fuori questi incredibili piccoli pezzi della nostra luna e imparare ogni sorta di cose davvero belle su di loro. Penso che sia fantastico.”

Quando la NASA invia campioni ai laboratori di ricerca, non viene utilizzato alcun servizio di corriere speciale del governo, solo la posta normale, FedEx o UPS. Per scoraggiare i ladri, i curatori rendono i pacchetti poco appariscenti. “Ovviamente non scriviamo: Questa è una roccia lunare qui dentro”, dice Mosie. Ammette che alcuni campioni sono stati persi nella posta. Ma non ha senso assicurarli. “Non hanno prezzo”, dice. Nessuna somma di denaro può sostituirli.

Grossman tiene un trofeo in acrilico con una scheggia di roccia della missione Apollo 15 del 1971. Felix Sanchez

Tesori nascosti

Ma ci sono modi per trovare nuovi campioni nelle stesse vecchie rocce. Molte delle rocce dell’Apollo sono aggregati simili al cemento chiamati brecce, che possono nascondere rocce all’interno che non sono visibili dall’esterno. Fino a poco tempo fa, l’unico modo per trovare queste rocce nascoste era quello di rompere le brecce con uno scalpello. Ma nel 2017, il laboratorio di campioni incontaminati ha ottenuto uno scanner CT per dare un’occhiata all’interno delle rocce senza romperle. Questo permetterà ai curatori di sapere dove tagliare le rocce per estrarre pezzi inediti.

Alcuni campioni intatti stanno per uscire dal magazzino. Tre tubi di terra estratti dalla superficie lunare durante l’Apollo 15, 16 e 17 sono stati sigillati dagli anni ’70. A marzo, la NASA ha annunciato che nove squadre di ricerca riceveranno pezzi preziosi da quei tubi.

E nuove missioni sono all’orizzonte. In aprile, l’amministratore della NASA Jim Bridenstine ha annunciato una proposta per far atterrare nuovamente gli astronauti statunitensi sulla luna già nel 2024. La Cina prevede di lanciare una missione di ritorno di campioni sul lato estremo della luna più tardi quest’anno (SN: 11/24/18, p. 14). Quelle rocce lunari saranno i primi campioni da quella regione della luna e i primi restituiti del tutto dal 1976.

“Ottenere campioni da un’altra parte della luna rivoluzionerebbe la nostra comprensione della luna e del sistema solare, proprio come hanno fatto i campioni dell’Apollo”, dice Zeigler.

Ho pensato che avrei dovuto fare domanda per essere un astronauta per mettere finalmente le mani su una roccia lunare. Ma ho trovato un modo più semplice. Lo Smithsonian National Air and Space Museum di Washington, D.C., ha una fetta di basalto, chiamata Touch Rock, dall’Apollo 17 in mostra. Chiunque può avvicinarsi e toccarla.

Non posso sopprimere un sorriso quando ci passo sopra le dita. La pietra è fresca e liscia, come la roccia di un fiume. Ma invece di essere consumato dall’acqua e dal tempo, questo pezzo della nostra luna è stato levigato da milioni di mani umane.

Altri campioni sono esposti in tutto il mondo, compreso questo sotto il pollice di Grossman allo Smithsonian National Air and Space Museum di Washington, D.C. C. Vanchieri

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