Hur NASA har hållit Apollo månstenar säkra från föroreningar i 50 år

Jag får inte röra månstenarna.

I rummet där NASA förvarar proverna som Apollo-astronauterna tog med sig till jorden för flera decennier sedan tittar jag genom glas på stenar och brickor med smuts. Men mina guider är bestämda: Ingen rör månens stenar.

Detta är det orörda provlabbet på NASA:s Johnson Space Center i Houston. Att vara här är en stor sak för mig. Jag har tillbringat åratal med att titta på kosmiska stenar på avstånd – min barndom innebar mycket stjärnspaning genom ett teleskop, och i mitt labbjobb på college bearbetade jag bilder av Mars. Jag har längtat efter att få ta upp en handfull utomjordisk sand och låta den rinna genom mina fingrar. Idag känns möjligheten lika nära som den är osannolik.

Signera upp för det senaste från Science News

Headlines och sammanfattningar av de senaste Science News-artiklarna, levererade till din inkorg

Innan jag går in i det här rena rummet tar jag av mig alla mina smycken, inklusive min vigselring. Mina guider och jag täcker våra skor med blå pappersstövlar och kliver in i helkroppsoveraller med blixtlås från navel till hals och tryckknappar vid vrister, handleder och hals. När vi väl har tagit på oss de vita kanindräkterna tar vi på oss neoprenhandskar, ett hårskydd och ett par knähöga stövlar som dras över de blå stövlarna. Slutligen tillbringar vi en hel minut i en luftdusch stor som en telefonkiosk, under en stadig bris som blåser från tak till golv för att rensa oss från allt kvarvarande damm.

Inom det rena rummet möter jag en annan barriär: Stenarna förvaras i säkra, trycksatta skåp – som stora terrarier – fyllda med rent kväve. Det enda sättet att nå proverna är att sticka in redan handskar i en annan uppsättning handskar som vajar från skåpen som zombiearmar.

Bara fem personer i världen får rutinmässigt hantera dessa dyrbara stenar, berättar provbearbetaren Charis Krysher. Hon är en av dem. Men inte ens Krysher och de lyckliga få kan röra proverna direkt. För att plocka upp en Apollo-sten måste Krysher antingen använda en pincett av rostfritt stål eller föra in sina fingrar i en tredje uppsättning handskar av teflon.

”Man förlorar en hel del fingerfärdighet”, säger hon. ”Man vänjer sig vid det, men det kräver övning.”

Alla dessa ansträngningar görs för att skydda de 382 kilo stenar, kärnprover, stenar, sand och damm som togs upp från månen under de sex Apollo-landningarna mellan 1969 och 1972. Dessa ovärderliga prover ger fortfarande nya detaljer om hur månen – och hela solsystemet – bildades och utvecklades. Stenarna har avslöjat de grova åldrarna på alla stenplaneters ytor och informerat debatten om huruvida en uråldrig ommöblering av de yttre planeterna orsakade ett bombardemang av meteoriter på jorden (SN Online: 9/12/16).

”En av de största missuppfattningarna är att Apolloproverna inte längre studeras och att Apolloproverna bara berättar om månen”, säger Ryan Zeigler, kurator för Apolloproverna vid Johnson Space Center. ”Inget av detta är sant.”

I själva verket öppnar NASA en cache med orörda prover för nya studier på 50-årsdagen av Apollo 11:s månlandning den 20 juli 1969.

Science News astronomiska skribent Lisa Grossman gick bakom kulisserna på NASA:s orörda provlaboratorium vid Johnson Space Center i Houston i våras och såg månstenar på nära håll – eller så nära som icke-astronauter kan komma.

Måneforskningen tar fart

Sedan de första bitarna av månen anlände har NASA skickat omkring 50 000 enskilda prover till 500 forskningslaboratorier i mer än 15 länder. Trots allt detta delande är uppåt 80 procent av den ursprungliga mängden fortfarande orörd. Nästan 15 procent av detta förvaras i ett valv vid White Sands Test Facility nära Las Cruces, N.M., en cirka 1 300 kilometer lång bilresa från Houston.

Designerna konstruerade också denna fyrkantiga, beigefärgade byggnad i Houston, som invigdes 1979, med vissa katastrofer i åtanke. Konstruktionen är orkanbeständig och det orörda provlabbet ligger en våning över marknivån för att undvika översvämningar.

När månproverna först anlände till jorden flögs de till Houston och sattes i karantän i flera veckor (liksom astronauterna). Forskarna ville hålla proverna säkra från jordisk kontaminering och hålla jordiskt liv säkert från proverna. Ingen visste om något levde på månen, eller om eventuellt månliv skulle vara giftigt för jordbor.

När de allra första proverna kom till jorden med Apollo 11 1969 transporterade karantänskontrollanter proverna direkt till ett orört labb för att se till att de inte utgjorde något hot. NASA

Dessa tidiga prover samlades in av Apollo 11-astronauterna Neil Armstrong och Buzz Aldrin, som skottade omkring 21,5 kilo månstenar och smuts i förvaringslådor.

Från den första samlingen gick omkring 700 gram till ett biologiskt testlaboratorium. Där placerades proverna i säkra kamrar med möss, fiskar, fåglar, ostron, räkor, kackerlackor, husflugor, plattmaskar och encelliga organismer samt 33 arter av växter och plantor. Forskarna övervakade att ingen av testarterna dog eller utvecklade mutationer, och att ingenting växte i själva månkornen.

När ingenting hände delades cirka sju kilo av Apollo 11-stenarna ut till laboratorier runt om i världen, så långt från Houston som Tokyo och Canberra i Australien. Forskare som studerade dessa stenar kom överens om att inte publicera sina resultat innan de samlades för att diskutera dem vid den första Lunar Science Conference, som hölls i Houston i januari 1970.

Astronauter från Apollo 16 använde denna kratta för att samla in prover från månens yta 1972. NASA

”Ingen annan uppsättning geologiska prover har någonsin undersökts så ingående”, skrev geologen (och senare Apollo 17-astronauten) Harrison Schmitt och hans kollegor i inledningen till konferensprotokollet.

Dessa studier, som lanserade disciplinen ”månforskning”, ledde nästan omedelbart till en ny förståelse av månens ursprung. Den teorin är fortfarande den ledande teorin i dag: Månen bildades, varm och smält, av stelnande spillror från en jättekollision mellan den unga jorden och någon annan tidig planet (SN: 4/15/17, s. 18).

”Vilken skönhet”

Det faktum att forskarna hade rätt prover för att avslöja att månen en gång i tiden var varm och kladdig var ett lyckokast.

I slutet av den första månpromenaden ”var det allra sista som hände att Neil Armstrong tittade i stenlådan och tänkte att det här ser lite tomt ut”, säger Zeigler. Så Armstrong skyfflade in nio skopor jord för att hindra de stora proverna från att studsa runt. ”Det var en eftertanke.”

Den extra jorden innehöll en skatt: små vita och ljusgrå stenar som kallas anorthositer. Dessa stenar stack ut mot den mörka vulkaniska basalt som utgjorde större delen av landningsplatsen.

”Anorthositerna var helt oväntade”, skrev geologen John Wood och kollegor vid Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, 1970 i Science. Stenarnas låga densitet tydde på att de utgjorde en del av en gammal skorpa efter att ha stigit upp till ytan av ett magmahav på månen, resonerade Woods team. Om en stor del av månen en gång var flytande magma skulle tyngre saker sjunka ner i geggan och lättare saker som anorthositerna skulle stiga upp. En oberoende grupp som leddes av mineralogen Joseph Smith vid University of Chicago kom fram till en liknande bild.

Under ett mikroskop sticker anorthositerna, de utmärkande vita stenarna som utgjorde månens gamla skorpa, ut från mörkare vulkanisk basalt. J. Wood et al/Proc. Apollo 11 Lunar Sci. Conf. 1970

Vår moderna förståelse av månens magmaocean är mer komplex, säger planetforskaren Steve Elardo vid University of Florida i Gainesville. Månen måste ha genomgått olika stadier för att förvandlas från den smälta massan till dagens fasta sten: först delas den upp i en lätt skorpa och en tät mantel, och sedan kyls den av med tiden.

Men när forskarna mäter åldrarna på stenar som borde ha kommit från dessa olika epoker tycks de alla vara ungefär likadana: 4,35 miljarder år gamla.

Resultatet ”har gjort geokemisterna förbryllade”, säger Elardo. Antingen var deras mätningar felaktiga eller så skedde allting väldigt snabbt.

Den huvudsakliga idén om att hela månen en gång var flytande sten har ändå hållit sig fast. Faktum är att geologer nu tror att det är livscykeln för de flesta unga planetliknande kroppar.

”Vi talar till och med om magmaoceaner, små sådana, för asteroider”, säger Elardo.

Dessa grupper 1970 hade mindre än sex månader på sig för att studera proverna, upptäcka anorthositerna och ta reda på vad det hela betydde. ”Och de hade i princip rätt”, säger Elardo. ”Det gör mig alltid lite förbluffad.”

1971 bad NASA Apollo 15-astronauterna David Scott och James Irwin att hålla utkik efter ljusa vita stenar som skulle kunna bekräfta den här idén med hjälp av fler studier. Uppdragsprotokollet visar deras upprymdhet när de hittade en sådan under en månvandring.

”It’s about – oh, boy!” Scott sa. ”Gissa vad vi just hittade…. Vilken skönhet.” Irwin stämde in: ”Jag tror att vi hittade det vi kom efter.”

Krysher visar mig delar av både Armstrongs och Scotts prover, som visas i separata skåp. Apollo 11-jordarna fyller vad som ser ut som två muffinsförpackningar av metall. Bland ett lager av mörka korn kan jag se några vita fläckar, anorthositerna. Scotts sten har fått smeknamnet Genesis Rock eftersom den på den tiden var bland de äldsta kända månstenarna. Jag kan förstå varför den stack ut: Den är briljant, kritvit. Resterna som visas är mindre än vad jag förväntade mig, ungefär lika stora som en lime. Den skulle lätt kunna ligga i min hand.

Genesisstenen, som här visas före bearbetning, är en bit av månens urskorpa som plockades upp 1971 av Apollo 15-astronauten. Den är vit eftersom den innehåller anorthositer. NASA

”Får jag hålla den?” Jag frågar Krysher. Nej. Jag var tvungen att fråga, trots att Zeigler hade varnat mig i ett e-postmeddelande innan jag anlände: ”Vi har ganska strikta regler om att folk får stoppa in sina (handskar) händer i skåpen för att röra proverna. I grund och botten är det en regel om att man bara får gå på månen om man har gått på månen.”

En våt värld

Då de orörda proverna hölls borta från nyfikna fingrar, kunde forskarna göra en av de mest överraskande månupptäckterna under de senaste 50 åren: Månen är våt. Under det senaste decenniet har forskarna hittat hundratals gånger mer vatten i månprover än vad forskarna under Apollo-eran insåg att det fanns.

De första studierna av Apollo-proverna tydde på att månen var benhårt torr, med mindre än 1 del per miljard av vatten. Det var logiskt: Om månen föddes varm skulle vatten och andra lätt förångade molekyler snabbt ha kokat bort.

Av dessa två jordskopa som samlades in under Apollo 11 innehåller den högra synliga vita anorthositfläckar, fragment av månens gamla jordskorpa. The Washington Post/Getty Images

Men i slutet av 2000-talet började forskare hitta antydningar om forntida fukt som var instängd i månprover. Alberto Saal från Brown University och kollegor använde en jonmikrosond för att hitta vattenmolekyler djupt inne i små vulkaniska glaspärlor från månjordar, rapporterade teamet i Nature 2008 (SN: 8/2/08, s. 12).

Baserat på mängden vatten i pärlorna uppskattade forskarna att magman under månens jordskorpa kan ha innehållit upp till 750 delar per miljon vatten. Senare studier fann sedan vatten i månens djupare mantel, kanske lika mycket som jordens: tiotals till hundratals delar per miljon, sade planetforskaren Francis McCubbin vid NASA Johnson i mars vid Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.

Det råder fortfarande stor oenighet om exakt hur mycket vatten månen innehåller, sade McCubbin. Men att hålla månproverna under orörda förhållanden var avgörande för att upptäcka vatten 40 år efter att stenarna fördes till jorden. ”Att se till att vi vårdar dessa prover på ett sådant sätt att våra barnbarn och deras barnbarn kan fortsätta att göra upptäckter är oerhört viktigt”, sade han.

Detta, inser jag, är en av anledningarna till att jag inte kan röra månstenarna. Jag är för full av vatten. Det är luften också.

Unsung hjältar

Det är hela poängen med provkurering, säger processorn Lacey Costello. ”Forskningen får all ära.” Men kurering är avgörande.

Processorerna bevarar och förbereder proverna och ser till att de inte kontamineras. Utan denna insats, säger Costello, skulle de uppgifter som forskarna får inte vara korrekta. ”Hur kan man lita på dem om proverna kan ha förorenats?”

Kurering innebär mer än bara tre uppsättningar handskar. Processorerna upprätthåller en detaljerad databas över varje prov som någonsin tagits från månen, plus varje chip och skiva som någonsin delats från det ursprungliga provet. Dessa specialister fotograferar och registrerar massan av varje delprov innan de arkiverar det i ett valv, bakom samma typ av dörr som skyddar USA:s guldreserver i Fort Knox. Processorerna upprätthåller till och med den nord-sydliga och upp-och-ned-orientering som stenarna hade på månen.

Lufttrycket inuti de förseglade skåpen som rymmer månstenarna är högre än i det omgivande rummet. Denna skillnad sveper bort allt skräp från månstenarna och blåser upp handskarna som bearbetarna stoppar in sina armar i för att hantera proverna. Felix Sanchez

”Vi har omfattande rutiner”, säger processorn Andrea Mosie, som är född i Houston och har arbetat i labbet för månprover i 43 år. Hon var gymnasiepraktikant vid Manned Spacecraft Center – Johnson Space Centers ursprungliga namn – i juli 1969 när de första stenarna kom in.

Hennes handledare lät henne sitta med på planeringsmöten för månuppdrag. ”Jag gjorde faktiskt mer än vad jag skulle göra, vilket var väldigt uppmuntrande”, säger hon. ”Och jag satt i samma byggnad som astronauterna, så det var bra.”

Efter att ha tagit examen i kemi och matematik återvände Mosie till NASA. ”Renrummet har varit den perfekta platsen för mig … eftersom jag är en mycket kräsen person”, sade hon i ett föredrag vid Lunar and Planetary Science Conference. ”Allt har ett förfarande. Jag går förmodligen många människor på nerverna.”

Månprovsbearbetaren Andrea Mosie bär tre par handskar, varav den yttersta är av teflon, när hon hanterar en månsten (till vänster). Mosie, som visas till höger 1976, har arbetat på NASA:s orörda provlaboratorium i Houston i 43 år. Washington Post/Getty Images; Med tillstånd av A. Mosie/Nasa

Mosie utbildade Krysher, Costello och andra processorer som anslöt sig till labbet. ”Hon är vår mångudinna”, skämtar Krysher. Krysher började i månlabbet för ungefär fem år sedan, efter att ha tillbringat större delen av ett decennium som flyg- och rymdingenjör.

Costello bytte också från flyg- och rymdingenjör till geologi efter att en föreläsning om meteoriter väckte en passion för planeter. Hon är nybörjare och anslöt sig till labbet i januari. Hon insåg snart att en stor del av hennes arbete är att hjälpa forskarna att identifiera det bästa provet för sina studier.

”Kuratorer får den mest intima kunskapen om proverna”, säger Costello. ”Många gånger vet forskarna vad de vill ha. Men ibland tror de att de vet vad de vill ha, men det gör de kanske inte.”

Månprovbehandlare Charis Krysher (till vänster) och Lacey Costello (i mitten) visar Grossman (till höger) hur man tar på sig en skyddande kanindräkt innan man går in i det orörda provlabbet. Felix Sanchez

När rätt månsten väljs ut bryter bearbetarna av en liten bit av huvudprovet. Ett typiskt delprov som skickas till en forskargrupp väger mellan ett halvt och ett gram och skulle kunna fylla kanske en kvarts tesked.

”Under årens lopp har forskarna kunnat göra mer med mycket mindre”, säger Krysher. Det är därför som en så stor del av samlingen fortfarande är orörd.

Det finns förfaranden för att ta hänsyn till mänskliga svagheter också. För att minimera kontaminering får endast tre material komma i direkt kontakt med proverna: aluminium, rostfritt stål och teflon. Därav pincetten och de extra handskarna. Och om damm eller en bit av en sten bryts av under provtagningen blir den biten ett nytt prov.

Jag får äntligen min chans att spela processor. Jag ser ett tomt skåp, och till min förtjusning låter mina guider mig stoppa in mina dubbla handskar och låtsas bearbeta ett prov.

Jag kämpar för att sträcka in mina fingrar i handskarna, som vickar som ballonger på grund av det högre trycket inne i skåpet. Gummit sveper tätt runt mina armar: Det känns nästan som om jag trycker in mina armar i en tjock vätska. Jag plockar klumpigt upp en hammare och en mejsel av rostfritt stål inne i skåpet. Jag imiterar att jag hugger av ett hörn från ett tänkt prov. Även utan en riktig månsten finner jag mig själv skratta av glädje.

Grossman sträcker sig in i ett tomt skåp genom gummihandskar för att låtsas-röra vid en månsten. Felix Sanchez

För kuratorerna ”varar spänningen för evigt”, säger Mosie till mig. ”Varje gång du hanterar ett prov inser du … att du är en av de få som någonsin kommer att göra detta…. Det är en speciell möjlighet, och det är ett fantastiskt ansvar.”

Geologen Beck Strauss minns den känslan. När han var postdoktor vid Rutgers University i Piscataway, N.J., Strauss fick öppna ett orört prov från Apollo 12.

”Det var en av de häftigaste sakerna jag har fått göra – att vara den första personen att hålla en bit av den här stenen”, säger Strauss, som nu arbetar vid National Institute of Standards and Technology i Gaithersburg, Md.

På Rutgers studerade Strauss och hans kollegor de magnetiska fälten som finns bevarade i månens stenar för att ta reda på hur månens inre har förändrats över tiden. Vätskande flytande sten i månens kärna, eller vid gränsen mellan kärna och mantel, kan ha drivit fram ett magnetfält som försvagades när månen svalnade och stelnade.

Strauss presenterade ett arbete vid Lunar and Planetary Science Conference i mars som tyder på att den tidiga månen hade ett starkt magnetfält som avtog för 3 miljarder år sedan. Månen bibehöll ett svagare magnetfält i ytterligare 1 till 2 miljarder år innan fältet sjönk till i stort sett ingenting i dag.

Med framsteg under de senaste 50 åren kan geologer mäta allt mindre magnetfält i månens stenar, säger Strauss, som ”låter oss komma åt information som bara var fysiskt otillgänglig under Apollo-eran”

Och Strauss känner all denna historia i arbetet. ”För att jag skulle kunna göra de experiment jag gör och samla in de data jag har, var vi i princip tvungna att uppfinna rymdfarten”, säger Strauss. Nästan 50 år efter Apollo fick Strauss gå in i labbet, öppna ett kassaskåp ”och ta ut dessa otroliga små bitar av vår måne och lära sig alla möjliga riktigt häftiga saker om dem”. Jag tycker att det är fantastiskt.”

När NASA skickar prover till forskningslaboratorier används ingen särskild statlig kurirtjänst, utan bara vanlig post, FedEx eller UPS. För att avskräcka tjuvar gör kuratorerna paketen oansenliga. ”Vi skriver naturligtvis inte: Det här är en månsten”, säger Mosie. Hon medger att några prover har gått förlorade i posten. Men det är ingen idé att försäkra dem. ”De är ovärderliga”, säger hon. Ingen summa pengar kan ersätta dem.

Grossman håller en trofé i akryl med en stenbit från Apollo 15-uppdraget 1971. Felix Sanchez

Gömda skatter

Men det finns sätt att hitta nya prover i samma gamla stenar. Många av Apollo-stenarna är cementliknande aggregat som kallas breccior, som kan dölja stenar på insidan som inte är synliga från utsidan. Tills nyligen var det enda sättet att hitta dessa dolda stenar att bryta upp brecciorna med en mejsel. Men 2017 fick det orörda provlaboratoriet en datortomograf för att ta en titt inuti stenarna utan att bryta sönder dem. Det kommer att låta kuratorer veta var de ska skära i stenarna för att utvinna osynliga bitar.

En del orörda prover är på väg att komma ut ur lagret. Tre rör med jord som togs från månens yta under Apollo 15, 16 och 17 har varit förseglade sedan 1970-talet. I mars meddelade NASA att nio forskargrupper kommer att få värdefulla bitar från dessa rör.

Och nya uppdrag är på gång. I april tillkännagav NASA:s administratör Jim Bridenstine ett förslag om att landa amerikanska astronauter på månen igen redan 2024. Kina planerar att senare i år skicka upp ett uppdrag med återlämnande av prover till månens fjärran sida (SN: 11/24/18, s. 14). Dessa månstenar kommer att vara de första proverna från den regionen av månen och de första som returneras överhuvudtaget sedan 1976.

”Att få prover från en annan del av månen skulle revolutionera vår förståelse av månen och solsystemet, precis som Apollo-proverna gjorde”, säger Zeigler.

Jag trodde att jag kanske skulle behöva ansöka om att bli astronaut för att äntligen få tag på en månsten. Men jag hittade ett enklare sätt. Smithsonian National Air and Space Museum i Washington, D.C., har en skiva basalt, kallad Touch Rock, från Apollo 17 utställd. Vem som helst kan gå fram och röra vid den.

Jag kan inte undertrycka ett leende när jag kör fingrarna över den. Stenen är sval och slät, som en flodsten. Men i stället för att vara sliten av vatten och tid har den här biten av vår måne polerats av miljontals människohänder.

Andra prover finns utställda runt om i världen, bland annat det här provet under Grossmans tumme på Smithsonian National Air and Space Museum i Washington, D.C. C. Vanchieri

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.