Wissenschaftler der Washington University in St. Louis helfen bei der Rückgewinnung von Gasen aus einem Behälter mit Monderde, den Astronauten 1972 gesammelt und unter Vakuum auf der Mondoberfläche versiegelt haben. Die Bemühungen sind Teil der NASA-Initiative Apollo Next Generation Sample Analysis (ANGSA). .
Die Apollo-17-Astronauten Harrison Schmitt und Eugene Cernan sammelten die Probe an der Stelle eines alten Erdrutsches im Taurus-Littrow-Tal des Mondes. Die Astronauten benutzten ein Bohrgerät, um eine Säule aus Mond-Regolith auszuheben – eine grobe Mischung aus Staub, Erde und gebrochenem Gestein von der Mondoberfläche – und versiegelten sie in einem Behälter. Zurück auf der Erde platzierte die NASA den Container sorgfältig im Mondgewölbe des Johnson Space Center der NASA, wo er bis heute in makellosem Zustand und praktisch unberührt geblieben ist.
„In den letzten 50 Jahren war der Mondkern in einem Kernproben-Vakuumbehälter eingeschlossen, der dann in einem äußeren Vakuumbehälter eingeschlossen war“, sagte Alex Meshik, Forschungsprofessor für Physik in Kunst und Wissenschaft und Fakultätsmitglied von McDonnell der Universität Zentrum für Weltraumwissenschaften. „Sie waren ineinander verschachtelt, fast wie russische Puppen.“
Die Behälter wurden in zwei versiegelte Teflonbeutel gegeben und in einer Stickstoff-Handschuhbox in einem Gewölbe gelagert.
Das Aufbrechen der Behälter, wie es Meshik und Mitarbeiter letzten Monat taten, war knifflig. Die Wissenschaftler mussten in der Lage sein, die ursprüngliche chemische Signatur jedes Gases, das sich in den Behältern befinden könnte, zu identifizieren. Dazu gehören Mondgas, das möglicherweise zu dem Zeitpunkt eingefangen wurde, als der Mondregolith auf der Mondoberfläche gesammelt wurde, sowie alle anderen Gase, die in den folgenden Jahrzehnten der Lagerung aus den Felsen ausgetreten sein könnten.
„Es gibt keine perfekte Vakuumdichtung“, sagte Meshik. „Es gab keine Möglichkeit zu wissen, wie sich die Vakuumdichtungen an den Behältern nach 50 Jahren geschlagen haben. Haben sie das Vakuum gehalten? Inwieweit waren sie undicht? Die größte Herausforderung beim Bau des Absaugsystems bestand darin, jedes mögliche Szenario vorherzusehen, damit wir es tun würden bereit für jedes Ergebnis.
„Aus diesem Grund wurde unsere Apparatur so konzipiert, dass sie nicht nur eine einzige Gasextraktion, sondern mehrere Extraktionen mit unterschiedlichen Volumina unter verschiedenen Bedingungen durchführen kann“, sagte er.
„Um uns bei diesen Extraktionen zu helfen, fundierte Entscheidungen zu treffen, haben wir in das Gerät ein Massenspektrometer für Echtzeit-Analysen der Gaszusammensetzung und drei hochpräzise Kapazitätsmanometer für zerstörungsfreie und gasunabhängige Druckmessungen eingebaut“, sagte Meshik.
Meshik leitete das Design und den Bau des Extraktionsverteilerapparats mit Unterstützung von Olga Pravdivtseva, einer wissenschaftlichen außerordentlichen Professorin für Physik, und Rita Parai, einer Assistenzprofessorin für Erd- und Planetenwissenschaften, alle in Arts & Sciences an der Washington University. Die drei Wissenschaftler sind international anerkannt für ihre hochpräzisen Edelgasanalysen von terrestrischem und extraterrestrischem Material von verschiedenen Körpern im Sonnensystem, darunter die Sonne selbst (Genesis-Mission) und kosmischen Staub (Stardust-Mission).
Ryan Zeigler, Apollo-Probenkurator der NASA und Absolvent der Washington University, erhielt und half auch beim Testen des Geräts im Johnson Space Center.
„Als diese Proben vor 50 Jahren gesammelt wurden, hatten NASA-Wissenschaftler die Weitsicht, Kurationsverfahren einzuführen, die den Zugang zukünftiger Generationen zu unberührten Proben sicherstellen würden, wenn neue Analysemethoden und -verfahren verfügbar wären und neue wissenschaftliche Fragen gestellt würden.“ sagte Brad Jolliff, Scott-Rudolph-Professor für Erd- und Planetenwissenschaften und Direktor des McDonnell Center for the Space Sciences.
„An der Washington University haben wir mehrere hochmoderne Labors, die sich mit verschiedenen Aspekten dieser wertvollen Proben befassen und Hypothesen über ihre Herkunft und ihre Einpassung in einen modernen Kontext der Planetenwissenschaft testen“, sagte Jolliff, der institutionelle leitende Ermittler für Washington University in ihrem ANGSA-Team, das von der University of New Mexico geleitet wird.
„Die Edelgasstudien sind ein großartiges Beispiel, weil sie nicht nur viele Informationen über die heutige Implantation von Material von der Sonne in die Mondoberfläche enthalten, sondern auch über die eigentliche Entstehung des Mondes vor viereinhalb Milliarden Jahren. Seien Sie gespannt auf die kommenden interessanten Ergebnisse!“
Vorläufige wissenschaftliche Ergebnisse der ersten Gassammlung werden während der Lunar and Planetary Science Conference diskutiert, die vom 7. bis 11. März in Houston stattfindet.
Die Mondgase aus den Vorratsbehältern werden jetzt mit Hilfe der Entnahmeverteilervorrichtung gesammelt. Nachdem die in den Behältern eingeschlossenen Gase gesammelt sind, plant das Team, andere Gase langsam aus dem Mondgestein selbst diffundieren zu lassen. Die NASA schickt die Gase dann an ausgewählte Labore in den USA und Europa, die auf hochpräzise Analysen von Sauerstoff, Stickstoff, Edelgasen und organischen Stoffen spezialisiert sind – darunter auch an die Washington University.
„Eines der wichtigen Merkmale von 73001 (NASA-Identifikator für die spezielle Mond-Regolith-Probe von Apollo 17) ist, dass es in einer Tiefe entnommen wurde, die für Wasser immer unter dem Gefrierpunkt lag“, bemerkte Jolliff. „Der Gedanke war also, dass es mehr flüchtige Stoffe enthalten könnte als der obere Teil, der mehr den Auswirkungen der täglichen Erwärmung und Abkühlung ausgesetzt war.“
Als Experimentalphysiker verfügt Meshik über einen Hintergrund in Hochvakuumausrüstung und Isotopenmassenspektrometrie, der auf seine Universitätsjahre in Russland, dann am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, Deutschland, und schließlich an der Washington University zurückgeht.
Er teilte eine persönliche Reflexion über die vielen Stunden akribischer Arbeit, die er mit seiner Frau und häufigen Mitarbeiterin Pravdivtseva verbrachte, um das Extraktionsgerät zusammenzubauen:
„Der Bau des Geräts erfolgte auf dem Höhepunkt der COVID-Beschränkungen, als wir einen Abstand von zwei Metern zwischen den Teammitgliedern einhalten und die meiste Zeit von zu Hause aus arbeiten mussten“, sagte Meshik. „Wir beschränkten uns auf kurzzeitige Außenkontakte mit unseren EPS-Kollegen. Inzwischen erforderte der Aufbau mehr als zwei Hände. Glücklicherweise galten die Einschränkungen nicht für Ehepaare. So wurde der Apparat zu unserem Familienunternehmen.“
Die Bemühungen sind Teil der NASA Probenanalyse der Apollo Next Generation (ANGSA)-Initiative.