Nästan 50 år efter att Apollo-uppdragen återlämnade månmaterial till jorden, ESA-experter hjälper till att avslöja hemligheterna bakom två tidigare oöppnade prover för att lära sig mer om uråldriga processer på månen – och för att förfina och öva på tekniker för framtida provuppdrag.

Med ett prov som redan analyseras, förberedelser görs nu för att öppna den andra senare i år.

Detta arbete fokuserar på sten och jord som hämtades under 1972 Apollo 17-uppdraget, och är en del av NASA:s Apollo Next-Generation Sample Analysis (ANGSA) program, som drar fördel av avancerade analystekniker.

ANGSA består av nio expertteam, som täcker olika aspekter av provanalys. ESA-forskare och ingenjörer ingår i konsortiet för avancerad analys av Apollo-prover, ledd av Charles "Chip' Shearer, en av ANGSA:s ledande forskare.

"ESA-samarbetspartners kommer att hjälpa till med karakteriseringen av prover, och hjälpa oss att bedöma hur väl månmaterialet har samlats in och bevarats, " säger Shearer. "När man ser framåt, Detta kommer att hjälpa oss att utforma framtida insamlings- och kurationsprocedurer för det NASA-ledda Artemis-uppdraget."

För att hjälpa till att uppnå ANGSA:s mål, ett verkligt samarbetssätt används.

"ANGSA knyter samman de som var involverade i den första kurationen och analysen av Apollo-prover med nästa generation av planetforskare, säger Francesca McDonald, ESA Research Fellow som koordinerar ESA:s ANGSA-deltagande. "Vårt mångsidiga team inkluderar Harrison "Jack' Schmitt, den enda geologen som gick på månen, som tillsammans med Apollo-astronauten Gene Cernan, ursprungligen samlade månmaterialet."

Forntida månprocesser

Apollo 17-landningsplatsen ligger i den smala Taurus-Littrow-dalen, omgiven av flera branta berg inklusive norra och södra massiven, med felaktig scarp, orsakas av en skillnad i höjd mellan de två sidorna av förkastningen, som sträcker sig över hela regionen. Proverna togs från en framträdande jordskred som inträffade när sediment föll ner från södra massivet till den lavafyllda dalbotten. Således, de innehåller material från upphöjda områden som inte kunde ha nåtts av astronauter.

För att extrahera regoliten, ett 70 cm cylindriskt rör hamrades in i jordskredavlagringen för att producera en kärna, som sedan separerades i två halvor på månens yta.

Den nedre halvan av sektionen, känd som prov 73001, innehåller sannolikt en region av underytan som är tillräckligt kall för att ha fångat löst bundna flyktiga ämnen, som koldioxid och väte. För att försöka bevara dessa dyrbara gaser, den förseglades i en vakuumbehållare på månens yta och dubbelförseglades sedan i en andra vakuumbehållare tillbaka på jorden.

Den övre delen av kärnan, prov 73002, var också noggrant innesluten efter att ha samlats in, men var inte vakuumförseglad. Båda halvorna har legat kvar i lager, under expertvård av NASA Astromaterials Curation Team, sedan den återlämnades.

ESA har initialt en stödjande roll i planeringen och processerna i samband med att undersöka månproverna, arbetar med NASAs kuratorteam för att säkerställa att forskarna kan göra sina mycket exakta mätningar.

Francesca gjorde resan till NASA:s Johnson Space Center i Houston, U.S., i december 2019 för att hjälpa till med den noggranna dissektionen av 73002 i delprover, kort efter att den öppnats.

Under dissektion, en detaljerad registrering görs av exakt var varje delprov kommer från kärnan, tillåta vetenskapsteamen att dra slutsatser om månens processer.

För att förbereda öppningen av det nedre portionsprovet, ESA:s forskare och ingenjörer arbetar för närvarande i nära samarbete med ANGSA experter på ädelgas och flyktiga ämnen för att designa ett verktyg för att fånga upp alla värdefulla gaser det kan innehålla.

Resultaten av analysen kommer att behandla frågor som först funderades av Apollo-erans forskare.

"Det är inte helt känt vad som orsakade raset - var det från en kollision? Eller från rörelsen av förkastningen?" säger Francesca. "Om det hade att göra med rörelsen av förkastningen, hur länge sedan hände detta? Och resulterade detta i att gaser släpptes inifrån månen, som var fångade i jordskredavlagringen?"

Lärdomar

Ett annat mål för ANGSA är att förstå hur effektiv den dubbelvakuumförseglade inneslutningen var, vilket är avgörande för att bevara kärnans integritet och meningsfullheten i varje efterföljande analys.

Med framtida månuppdrag troligen inriktade på polarområdena, och den internationella Mars Sample Return-kampanjen under förberedelse, detta kommer att ge viktig information för att utveckla framtida utomjordiska provinneslutnings- och kurationsprocedurer.

"Att använda material som finns på månen är en viktig del av att möjliggöra en framtida varaktig närvaro för män och kvinnor på månens yta och för att utveckla fortsatt mänsklig utforskning av Mars, " förklarar Dayl Martin, ESA Research Fellow och ANGSA-teammedlem.

"Att förstå månmaterialets sammansättning och beteende är viktigt för att uppnå detta. De tekniker som för närvarande förfinas som en del av ANGSA är inställda på att ge sådana insikter."