Hoe NASA 50 jaar lang Apollo maanrotsen heeft bewaard

Ik mag de maanrotsen niet aanraken.

In de ruimte waar NASA de monsters bewaart die Apollo-astronauten tientallen jaren geleden naar de aarde brachten, tuur ik door glas naar rotsen en bakjes met vuil. Maar mijn rondleiders zijn streng: Niemand raakt de maanstenen aan.

Dit is het ongerepte monsterlaboratorium van NASA’s Johnson Space Center in Houston. Om hier te zijn is een grote deal voor mij. Ik kijk al jaren van een afstand naar kosmische gesteenten – in mijn jeugd keek ik veel door een telescoop naar sterren, en tijdens mijn werk op de universiteit bewerkte ik foto’s van Mars. Ik heb er altijd naar verlangd om een handvol buitenaards zand op te scheppen en het door mijn vingers te laten lopen.

Schrijf je in voor het laatste nieuws van Science News

Koppen en samenvattingen van de laatste Science News-artikelen, in je inbox

Voordat ik deze schone kamer binnenga, verwijder ik al mijn sieraden, inclusief mijn trouwring. Mijn begeleiders en ik bedekken onze schoenen met blauwe papieren laarsjes en stappen in jumpsuits met ritsen van navel tot nek en drukknopen aan de enkels, polsen en keel. Eenmaal in de witte konijnenpakken, trekken we neopreen handschoenen aan, een haarkleedje, plus een paar kniehoge laarzen die over de blauwe laarsjes worden getrokken. Tenslotte staan we een volle minuut in een luchtdouche ter grootte van een telefooncel, onder een gestaag briesje dat van plafond tot vloer waait om ons te ontdoen van achtergebleven stof.

In de clean room word ik geconfronteerd met een andere barrière: De stenen zijn opgeslagen in beveiligde, onder druk staande kasten – als grote terrariums – gevuld met zuivere stikstof. De enige manier om bij de monsters te komen is door reeds gehandschoende handen in een andere set handschoenen te steken die als zombie-armen uit de kasten zwaaien.

Er zijn maar vijf mensen in de wereld die deze kostbare steentjes routinematig mogen hanteren, vertelt monsterverwerker Charis Krysher me. Zij is een van hen. Maar zelfs Krysher en de gelukkigen kunnen de monsters niet direct aanraken. Om een Apollo steen op te pakken, moet Krysher of een roestvrij stalen pincet gebruiken of haar vingers in een derde set handschoenen van Teflon schuiven.

“Je verliest nogal wat handigheid,” zegt ze. “Je raakt eraan gewend, maar het vergt oefening.”

Al deze inspanning is om de 382 kilo rotsen, kernmonsters, kiezels, zand en stof te beschermen die tijdens de zes Apollo-landingen van 1969 tot 1972 van de maan zijn gehaald. Deze kostbare monsters bieden nog steeds nieuwe details over hoe de maan – en het hele zonnestelsel – is gevormd en geëvolueerd. De stenen hebben de ruwe leeftijden van de oppervlakken van alle rotsachtige planeten onthuld en het debat geïnformeerd over de vraag of een oude herschikking van de buitenplaneten een bombardement van meteorieten op aarde veroorzaakte (SN Online: 9/12/16).

“Een van de grootste misvattingen is dat de Apollo-monsters niet meer worden bestudeerd, en dat de Apollo-monsters ons alleen iets vertellen over de maan,” zegt Ryan Zeigler, conservator van de Apollo-monsters in het Johnson Space Center. “Geen van beide is waar.”

In feite opent NASA een cache met onaangeroerde monsters voor nieuwe studies op deze 50e verjaardag van de 20 juli 1969 Apollo 11 maanlanding.

Science News astronomie schrijver Lisa Grossman ging dit voorjaar achter de schermen van NASA’s ongerepte monsterlaboratorium in het Johnson Space Center in Houston en zag maanrotsen van dichtbij – of zo dichtbij als niet-astronauten kunnen komen.

Maanwetenschap gaat van start

Sinds die eerste stukjes maan zijn aangekomen, heeft de NASA ongeveer 50.000 afzonderlijke monsters naar 500 onderzoekslaboratoria in meer dan 15 landen gestuurd. Zelfs met al dat delen, is meer dan 80 procent van de oorspronkelijke lading nog onaangeroerd. In overeenstemming met NASA’s hypervoorzichtige aanpak, is bijna 15 procent van die partij opgeslagen in een kluis in de White Sands Test Facility in de buurt van Las Cruces, N.M., een ruwweg 1300 kilometer rijden van Houston.

Ontwerpers bouwden ook dit boxy, beige gebouw in Houston, dat in 1979 werd geopend, met bepaalde rampen in het achterhoofd. De structuur is orkaanbestendig, en het ongerepte monsterlaboratorium ligt een verdieping boven de grond om overstromingen te voorkomen.

Toen de maanmonsters voor het eerst op aarde aankwamen, werden ze naar Houston gevlogen en wekenlang in quarantaine geplaatst (net als de astronauten). Onderzoekers wilden de monsters beschermen tegen aardse besmetting en het aardse leven beschermen tegen de monsters. Niemand wist of er iets op de maan leefde, of dat mogelijk leven op de maan giftig zou zijn voor aardbewoners.

Toen de allereerste monsters in 1969 met de Apollo 11 naar de aarde werden gebracht, brachten quarantainebeambten de monsters rechtstreeks naar een ongerept laboratorium om er zeker van te zijn dat ze geen bedreiging vormden. NASA

De eerste monsters werden verzameld door Apollo 11-astronauten Neil Armstrong en Buzz Aldrin, die ongeveer 21,5 kilo maanstenen en aarde in opbergdozen schepten.

Van die eerste verzameling ging ongeveer 700 gram naar een biologisch testlaboratorium. Daar werden de monsters in beveiligde kamers geplaatst met muizen, vissen, vogels, oesters, garnalen, kakkerlakken, huisvliegen, platwormen en eencellige organismen, plus 33 soorten planten en zaailingen. Wetenschappers keken toe om er zeker van te zijn dat geen van de testsoorten stierf of mutaties ontwikkelde, en dat er niets groeide in de maankorrels zelf.

Toen er niets gebeurde, werd ongeveer zeven kilo van de Apollo 11-rotsen uitgedeeld aan laboratoria over de hele wereld, zo ver van Houston als Tokio en Canberra, Australië. Onderzoekers die deze stenen bestudeerden spraken af hun bevindingen niet te publiceren voordat ze bijeenkwamen om deze te bespreken op de eerste Lunar Science Conference, die in januari 1970 in Houston werd gehouden.

Astronauten van Apollo 16 gebruikten deze hark om in 1972 monsters van het maanoppervlak te verzamelen. NASA

“Geen enkele andere verzameling geologische monsters is ooit zo uitgebreid onderzocht,” schreven geoloog (en latere Apollo 17 astronaut) Harrison Schmitt en collega’s in de inleiding van het conferentieverslag.

Die studies, die de discipline “maanwetenschap” lanceerden, leidden vrijwel onmiddellijk tot een nieuw begrip van de oorsprong van de maan. Die theorie is vandaag de dag nog steeds de leidende theorie: De maan vormde zich, heet en gesmolten, uit het stollende puin van een reusachtige botsing tussen de jonge aarde en een andere vroege planeet (SN: 4/15/17, p. 18).

“Wat een pracht”

Het feit dat wetenschappers over de juiste monsters beschikten om te onthullen dat de maan ooit heet en kleverig was, was een gelukstreffer.

Aan het einde van de eerste maanwandeling, “was het allerlaatste wat er gebeurde dat Neil Armstrong in de rotsdoos keek en dacht, dit ziet er een beetje leeg uit,” zegt Zeigler. Dus schepte Armstrong er negen schepjes aarde in om te voorkomen dat de grote monsters rond zouden stuiteren. “Het was een bijzaak. Die extra grond bevatte een schat: kleine witte en lichtgrijze stenen, anorthosieten genaamd. Deze rotsen staken af tegen de donkere vulkanische basalten die het grootste deel van de landingsplaats vormden.

“De anorthosieten waren totaal onverwacht,” schreven geoloog John Wood en collega’s van het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Mass, in 1970 in Science. De lage dichtheid van de rotsen suggereerde dat ze deel uitmaakten van een oude korst nadat ze aan het oppervlak van een magma-oceaan van de maan waren gekomen, zo redeneerde Wood’s team. Als een groot deel van de maan ooit vloeibaar magma was, dan zou zwaarder materiaal in de smurrie zinken, en lichter materiaal zoals de anorthosieten zou opstijgen. Een onafhankelijk team onder leiding van mineraloog Joseph Smith van de Universiteit van Chicago kwam met een soortgelijk beeld.

Onder een microscoop steken anorthosieten, het kenmerkende witte gesteente waaruit de oude korst van de maan bestaat, af tegen donkerder vulkanisch basalt. J. Wood et al/Proc. Apollo 11 Lunar Sci. Conf. 1970

Onze moderne kennis van die maanmagma-oceaan is complexer, zegt planeetwetenschapper Steve Elardo van de Universiteit van Florida in Gainesville. De maan moet verschillende fasen hebben doorlopen om van die gesmolten massa te komen tot het vaste gesteente van vandaag: eerst een scheiding in een lichte korst en een dichte mantel, en vervolgens afkoeling in de loop der tijd.

Maar wanneer onderzoekers de leeftijden meten van gesteenten die uit die verschillende tijdperken afkomstig zouden moeten zijn, blijken ze allemaal ongeveer hetzelfde te zijn: 4,35 miljard jaar oud.

Het resultaat “heeft geochemici in de war gebracht”, aldus Elardo. Of hun metingen waren fout, of alles is heel snel gegaan.

Toch is het idee dat de hele maan ooit vloeibaar gesteente was, overeind gebleven. In feite denken geologen nu dat dat de levenscyclus is voor de meeste jonge planeetachtige lichamen.

“We hebben het zelfs over magma-oceanen, kleintjes, voor asteroïden,” zegt Elardo.

Die groepen hadden in 1970 minder dan zes maanden om de monsters te bestuderen, de anorthosieten te ontdekken en uit te zoeken wat het allemaal betekende. “En ze hadden het in principe bij het rechte eind,” zegt Elardo. “Dat doet me altijd een beetje versteld staan.”

In 1971 vertelde NASA Apollo 15 astronauten David Scott en James Irwin om uit te kijken naar helderwitte rotsen die dit idee met meer onderzoek konden bevestigen. Het missietranscript toont hun opwinding toen ze er een vonden tijdens een maanwandeling.

“Het gaat over – oh, jongen!” Zei Scott. “Raad eens wat we net hebben gevonden…. Wat een schoonheid.” Irwin deed mee: “Ik denk dat we hebben gevonden waar we voor kwamen.”

Krysher laat me gedeeltes zien van zowel Armstrong’s als Scott’s monsters, uitgestald in aparte kasten. De Apollo 11 bodem vult wat lijkt op twee metalen cupcake wikkels. Tussen een laag donkere korrels, zie ik een paar witte vlekken, de anorthosieten. Het gesteente van Scott wordt de Genesis-rots genoemd omdat het destijds tot de oudste bekende maanstenen behoorde. Ik begrijp waarom hij opvalt: Hij is briljant krijtwit. Het tentoongestelde overblijfsel is kleiner dan ik had verwacht, ongeveer zo groot als een limoen. Het past gemakkelijk in mijn hand.

De Genesis-rots, hier te zien voor bewerking, is een stuk oerkorst van de maan dat in 1971 werd opgepikt door Apollo 15-astronauten. Het is wit omdat het anorthosieten bevat. NASA

“Mag ik het vasthouden?” Ik vraag het aan Krysher. Geen dobbelsteen. Ik moest het wel vragen, ook al had Zeigler me in een e-mail gewaarschuwd voordat ik aankwam: “We hebben strenge regels voor mensen die hun (gehandschoende) handen in de kasten steken om monsters aan te raken. In principe is het een regel die alleen geldt als je op de maan hebt gelopen.”

Een natte wereld

Door ongerepte monsters uit de buurt van nieuwsgierige vingers te houden, konden wetenschappers een van de meest verrassende maanontdekkingen van de afgelopen 50 jaar doen: De maan is nat. In de afgelopen tien jaar hebben wetenschappers honderden malen meer water in maanmonsters gevonden dan onderzoekers in de Apollo-tijd beseften.

De eerste studies van Apollo-monsters suggereerden dat de maan kurkdroog was, met minder dan 1 deel per miljard water. Dat was logisch: als de maan heet was geboren, zouden water en andere gemakkelijk te verdampen moleculen snel zijn weggekookt.

Van deze twee grondschepjes die tijdens de Apollo 11 zijn verzameld, bevat het rechter bodemschepje zichtbare witte anorthosietvlekjes, fragmenten van de oude korst van de maan. The Washington Post/Getty Images

Maar aan het eind van de jaren 2000 begonnen onderzoekers sporen te vinden van vocht uit de oertijd dat in maanmonsters zat opgesloten. Alberto Saal van de Brown University en collega’s gebruikten een ionenmicrosonde om watermoleculen te vinden diep in kleine vulkanische glasparels van maanbodems, meldde het team in 2008 in Nature (SN: 8/2/08, p. 12).

Gebaseerd op de hoeveelheid water in de parels, schatten de onderzoekers dat het magma onder de korst van de maan tot 750 delen per miljoen water zou kunnen hebben bevat. Latere studies vonden water in de diepere mantel van de maan, misschien wel evenveel als op aarde: tientallen tot honderden delen per miljoen, zei planetair wetenschapper Francis McCubbin van NASA Johnson in maart op de Lunar and Planetary Science Conference in The Woodlands, Texas.

Er is nog steeds veel onenigheid over hoeveel water de maan precies bevat, zei McCubbin. Maar het bewaren van maanmonsters onder ongerepte omstandigheden was cruciaal voor het ontdekken van water 40 jaar nadat de stenen naar de aarde waren gebracht. “Ervoor zorgen dat we die monsters zo bewaren dat onze kleinkinderen en hun kleinkinderen ontdekkingen kunnen blijven doen, is van cruciaal belang,” zei hij.

Dit, realiseer ik me, is een van de redenen waarom ik de maanstenen niet kan aanraken. Ik zit te vol met water. De lucht ook.

Unung heroes

Dat is het hele punt van monster curatie, zegt verwerker Lacey Costello. “Onderzoek krijgt alle eer.” Maar curatie is cruciaal.

Verwerkers bewaren en prepareren de monsters, zorgen ervoor dat er geen besmetting is. Zonder die inspanning, zegt Costello, zouden de gegevens die onderzoekers krijgen niet accuraat zijn. “Hoe kun je erop vertrouwen als de monsters mogelijk besmet zijn?”

Curatie houdt meer in dan alleen drie paar handschoenen. Verwerkers houden een gedetailleerde database bij van elk monster dat ooit van de maan is genomen, plus elke chip en plak die ooit van het oorspronkelijke monster is gedeeld. Deze specialisten fotograferen en registreren de massa van elk deelmonster alvorens het op te bergen in een kluis, achter hetzelfde soort deur dat de Amerikaanse goudreserves in Fort Knox beschermt. De processors houden zelfs de noord-zuid- en boven-neeroriëntatie aan die de rotsen op de maan hadden.

De luchtdruk in de verzegelde kasten waarin de maanrotsen zijn ondergebracht, is hoger dan in de ruimte eromheen. Dat verschil veegt eventuele brokstukken weg van de maanrotsen en blaast de handschoenen op die de bewerkers aan hun armen trekken om de monsters te hanteren. Felix Sanchez

“We hebben uitgebreide procedures,” zegt verwerker Andrea Mosie, een in Houston geboren vrouw die al 43 jaar in het maanmonsterlaboratorium werkt. Ze was een stagiaire op de middelbare school in het Manned Spacecraft Center – de oorspronkelijke naam van het Johnson Space Center – in juli 1969, toen de eerste stenen binnenkwamen.

Van haar supervisor mocht ze deelnemen aan de planningsvergaderingen van de maanmissie. “Ik deed eigenlijk meer dan ik moest doen, wat echt bemoedigend was,” zegt ze. “En ik zat in hetzelfde gebouw met de astronauten, dus dat was geweldig.”

Na het behalen van diploma’s in scheikunde en wiskunde, keerde Mosie terug naar NASA. “De clean room was de perfecte plek voor mij … omdat ik een zeer kieskeurig persoon ben,” zei ze in een toespraak op de Lunar and Planetary Science Conference. “Alles heeft een procedure. Waarschijnlijk werk ik veel mensen op de zenuwen.”

Maanmonsterverwerker Andrea Mosie draagt drie paar handschoenen, waarvan de buitenste van teflon is, om een maansteen te bewerken (links). Mosie, rechts afgebeeld in 1976, werkt al 43 jaar in het ongerepte monsterlaboratorium van de NASA in Houston. The Washington Post/Getty Images; Met dank aan A. Mosie/Nasa

Mosie trainde Krysher, Costello en andere verwerkers die zich bij het lab aansloten. “Ze is onze maangodin”, grapt Krysher. Krysher begon zo’n vijf jaar geleden in het maanlaboratorium, nadat hij het grootste deel van een decennium als ruimtevaartingenieur had gewerkt.

Costello stapte ook over van ruimtevaarttechniek naar geologie, nadat een lezing over meteorieten haar passie voor planeten had aangewakkerd. Zij is de nieuweling, ze kwam in januari bij het lab. Ze merkte al snel dat een groot deel van haar werk bestaat uit het helpen van onderzoekers bij het identificeren van het beste monster voor hun studies.

“Curatoren verwerven de meest intieme kennis van de monsters,” zegt Costello. “Vaak weten onderzoekers wat ze willen. Maar er zijn ook momenten dat ze denken dat ze weten wat ze willen, maar dat is misschien niet zo.”

Lunarstaalverwerkers Charis Krysher (links) en Lacey Costello (midden) laten Grossman (rechts) zien hoe je een beschermend konijnenpak aantrekt voordat je het ongerepte monsterlab binnengaat. Felix Sanchez

Als de juiste maansteen is gekozen, breken de bewerkers een klein stukje van het hoofdmonster af. Een doorsnee deelmonster dat naar een onderzoeksgroep wordt gestuurd, weegt tussen een halve gram en een gram, en kan misschien een kwart theelepel vullen.

“In de loop der jaren hebben de wetenschappers meer kunnen doen met veel minder,” zegt Krysher. Daarom is een groot deel van de collectie nog ongerept.

Er zijn ook procedures om rekening te houden met menselijke zwakheden. Om besmetting te minimaliseren, mogen slechts drie materialen in direct contact komen met de monsters: aluminium, roestvrij staal en Teflon. Vandaar de pincetten en extra handschoenen. En als er tijdens de bemonstering stof of een stukje steen afbreekt, wordt dat stukje een nieuw monster.

Ik krijg eindelijk de kans om processor te spelen. Ik zie een lege kast, en tot mijn vreugde mag ik van mijn gidsen mijn handen met dubbele handschoenen erin steken en doen alsof ik een monster verwerk.

Ik heb moeite om mijn vingers in de handschoenen te strekken, die als ballonnen golven door de hogere druk in de kast. Het rubber zit strak om mijn armen: Ik heb bijna het gevoel dat ik mijn armen in een dikke vloeistof duw. Onhandig pak ik een roestvrij stalen hamer en een beitel uit de kast. Ik doe alsof ik een hoek afhak van een denkbeeldig monster. Zelfs zonder een echte maansteen moet ik lachen van plezier.

Grossman reikt met rubberen handschoenen in een lege kast om te doen alsof hij een maansteen aanraakt. Felix Sanchez

Voor de conservatoren duurt “die opwinding een eeuwigheid”, vertelt Mosie me. “Elke keer dat je een monster aanraakt, realiseer je je dat je een van de weinigen bent die dit ooit zullen doen. Dat is een speciale kans, en het is een enorme verantwoordelijkheid.’

Geoloog Beck Strauss herinnert zich dat gevoel. Toen hij een postdoc was aan de Rutgers Universiteit in Piscataway, N.J., mocht Strauss een ongerept monster van de Apollo 12 openen. “Dat was een van de gaafste dingen die ik heb mogen doen – de eerste persoon zijn die een stuk van dit gesteente vasthield,” zegt Strauss, die nu aan het National Institute of Standards and Technology in Gaithersburg, Md. is verbonden. Kolkend vloeibaar gesteente in de kern van de maan, of op de grens tussen de kern en de mantel, zou een magnetisch veld kunnen hebben aangedreven dat verzwakte toen de maan afkoelde en stolde.

Strauss presenteerde werk op de Lunar and Planetary Science Conference in maart waaruit blijkt dat de vroege maan een sterk magnetisch veld had dat tegen 3 miljard jaar geleden vervaagde. De maan behield nog 1 tot 2 miljard jaar een zwakker magnetisch veld voordat het veld afnam tot vrijwel niets meer.

Met de vooruitgang van de laatste 50 jaar kunnen geologen steeds kleinere magnetische velden in de maanrotsen meten, zegt Strauss, die “ons informatie laat krijgen die gewoon fysiek ontoegankelijk was tijdens het Apollo-tijdperk.”

En Strauss voelt al die geschiedenis in het werk. “Om de experimenten te kunnen doen die ik doe en de gegevens te verzamelen die ik heb, moesten we in feite de ruimtevaart uitvinden,” zegt Strauss. Bijna 50 jaar na de Apollo kan Strauss het laboratorium binnenlopen, een kluis openen, “en deze ongelooflijke kleine stukjes van onze maan eruit halen en er allerlei echt coole dingen over leren. Ik vind dat geweldig.”

Wanneer NASA monsters naar onderzoekslaboratoria stuurt, wordt er geen speciale koeriersdienst van de overheid gebruikt, maar gewoon de gewone post, FedEx of UPS. Om dieven af te schrikken, maken de curatoren de pakjes onopvallend. “We schrijven natuurlijk niet: Dit is een maansteen”, zegt Mosie. Ze geeft toe dat er enkele stalen verloren zijn gegaan bij de post. Maar het heeft geen zin om ze te verzekeren. “Ze zijn onbetaalbaar,” zegt ze. Geen enkele hoeveelheid geld kan ze vervangen.

Grossman houdt een trofee van acryl vast met een stuk rots van de Apollo 15-missie van 1971. Felix Sanchez

Verborgen schatten

Maar er zijn manieren om nieuwe monsters te vinden in dezelfde oude rotsen. Veel Apollo-rotsen zijn cementachtige aggregaten, breccia’s genaamd, die aan de binnenkant gesteenten kunnen verbergen die aan de buitenkant niet zichtbaar zijn. Tot voor kort was de enige manier om die verborgen gesteenten te vinden het openbreken van de breccia’s met een beitel. Maar in 2017 kreeg het ongerepte monsterlab een CT-scanner om een kijkje te nemen in de rotsen zonder ze te breken. Dat zal curatoren laten weten waar ze in de rotsen moeten snijden om ongeziene stukjes eruit te halen.

Enkele onaangeroerde monsters staan op het punt om uit de opslag te komen. Drie buizen met aarde die tijdens de Apollo 15, 16 en 17 van het maanoppervlak zijn gehaald, zijn sinds de jaren zeventig verzegeld. In maart kondigde de NASA aan dat negen onderzoeksteams kostbare stukjes uit die buizen zullen ontvangen.

En nieuwe missies liggen in het verschiet. In april kondigde NASA Administrator Jim Bridenstine een voorstel aan om Amerikaanse astronauten al in 2024 weer op de maan te laten landen. China is van plan om later dit jaar een monster-retourmissie naar de verre kant van de maan te lanceren (SN: 11/24/18, p. 14). Die maanstenen zullen de eerste monsters zijn uit die regio van de maan en de eerste die überhaupt zijn teruggekeerd sinds 1976.

“Het krijgen van monsters uit een ander deel van de maan zou ons begrip van de maan en van het zonnestelsel revolutioneren, net zoals de Apollo-monsters deden,” zegt Zeigler.

Ik dacht dat ik misschien zou moeten solliciteren om astronaut te worden om eindelijk een maansteen in handen te krijgen. Maar ik vond een makkelijkere manier. Het Smithsonian National Air and Space Museum in Washington, D.C., heeft een stuk basalt, de Touch Rock, van Apollo 17 tentoongesteld. Iedereen kan er recht op aflopen en het aanraken.

Ik kan een glimlach niet onderdrukken als ik er met mijn vingers overheen ga. De steen is koel en glad, als een riviergesteente. Maar in plaats van te zijn afgesleten door water en tijd, is dit stuk van onze maan gepolijst door miljoenen mensenhanden.

Andere monsters zijn te zien over de hele wereld, waaronder dit exemplaar onder Grossmans duim in het Smithsonian National Air and Space Museum in Washington, D.C. C. Vanchieri

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.