Tijdens de Apollo-missies is 382 kilo maanmateriaal naar de aarde gebracht. Wat hebben die maanmonsters ons geleerd? En wat gaan ze ons nog vertellen?

Het is dit weekend vijftig jaar geleden dat Neil Armstrong als eerste mens voet op de maan zette. Het was ook tijdens die missie dat er voor het eerst door mensen wat materiaal van de maan werd gehaald om dat op aarde te kunnen analyseren. En niet zo weinig ook: Armstrong en collega’s keerden terug naar hun thuisplaneet met zo’n 50 maanstenen, behoorlijk wat regoliet en twee boorkernen die materiaal herbergden dat tot op 13 centimeter diepte op de maan te vinden is. In totaal ging het om zo’n 22 kilogram materiaal. En dat was nog maar het begin. Tijdens latere Apollo-missies werden namelijk herhaaldelijk nieuwe maanmonsters verzameld en terug naar de aarde gebracht. In totaal zouden de Apollo-astronauten zo’n 382 kilogram maanmateriaal meebrengen. Veel van deze maanmonsters zijn inmiddels uitgebreid geanalyseerd, maar er zijn er ook die nog onaangeroerd in de kast liggen. En sommige van die maanmonsters worden binnenkort door NASA vrijgegeven voor onderzoek. Reden genoeg om eens terug te blikken op wat de maanmonsters ons over de maan hebben verteld en wat toekomstige analyses wellicht nog over onze natuurlijke satelliet kunnen onthullen.

Eerdere ontdekkingen
Maanmonsters stelden onderzoekers eerder al in staat om maanmateriaal te dateren en de samenstelling van de maankorst vast te stellen. Daarnaast onthulden maanmonsters – heel verrassend – dat de maan in het verleden waterconcentraties herbergde die vergelijkbaar zijn met het watergehalte in het binnenste van de aarde. Bovendien konden onderzoekers na het analyseren van maanmonsters twee belangrijke hypothesen over het ontstaan van de maan in de prullenbak gooien (zie kader).


Voor de eerste mensen voet op de maan zetten, hadden onderzoekers eigenlijk twee ideeën over hoe onze maan was ontstaan. Volgens de eerste theorie was de maan op een andere plek in het zonnestelsel ontstaan en later door het zwaartekrachtsveld van de aarde ingevangen. Een tweede hypothese stelde dat de aarde en de maan tegelijkertijd en in hetzelfde deel van het zonnestelsel waren gevormd. Onder meer doordat de maanstenen qua samenstelling behoorlijk op de samenstelling van aardse gesteenten leken, kon de eerste hypothese al snel de prullenbak in. De tweede hypothese – waarbij men veronderstelde dat het binnenste van de maan op dezelfde manier was opgebouwd als het binnenste van de aarde – wachtte hetzelfde lot, toen bleek dat de maan veel minder ijzer bevatte dan de aarde en de metalen kern van onze natuurlijke satelliet naar verhouding veel kleiner was dan de kern van de aarde.

Maar de maanstenen bleken ook op een andere manier nog heel waardevol te zijn. Conclusies getrokken op basis van beelden gemaakt door satellieten die rond de maan cirkelen, kunnen dankzij de oppervlaktemonsters namelijk getoetst en verder aangescherpt worden. Een voorbeeldje: met behulp van satellietbeelden kunnen onderzoekers een grove schatting maken van de leeftijd van het maanoppervlak. Ze kijken dan naar het aantal kraters in een gegeven gebied; hoe meer kraters, hoe ouder het gebied is. Op deze manier kun je concluderen dat het oppervlak van gebied A ouder is dan het oppervlak van gebied B, maar het is onmogelijk om vast te stellen hoe oud het oppervlak van gebied A dan precies is. Anders wordt het als je maanmonsters hebt die afkomstig zijn van gebied A. Die kun je namelijk dateren en dan weet je precies hoe oud het oppervlak daar is. En als je van een aantal gebieden weet hoe oud het oppervlak precies is en hoeveel kraters ze herbergen, kun je op basis daarvan ook een nauwkeurigere schatting maken van de ouderdom van oppervlakken die nog nooit bemonsterd zijn, maar waarvan je wel de kraterdichtheid kent.

Inmiddels hebben we ook vrij nauwkeurige beelden van de oppervlakken van andere hemellichamen, zoals bijvoorbeeld dwergplaneet Pluto (op de voorgrond) en zijn maan Charon. Ook hier worden oppervlakken – bij een gebrek aan oppervlaktemonsters – gedateerd aan de hand van de kraterdichtheid. Onderzoekers laten zich daarbij nog altijd leiden door de verbanden tussen ouderdommen en kraterdichtheden die eerder – met dank aan de Apollo-missies – op de maan zijn gevonden. Afbeelding: NASA / JHUAPL / SwRI.

Betere meetmethoden
Hoewel maanmonsters de afgelopen decennia al heel wat geheimen van de maan hebben onthuld, zijn ze zeker nog niet ‘uitgepraat’. Sterker nog: veel van deze maanmonsters hebben vandaag de dag meer te vertellen dan veertig of vijftig jaar geleden, simpelweg omdat we tegenwoordig veel betere apparatuur hebben om ze mee te analyseren. “Door sterk verbeterde meetmethoden kunnen we veel nauwkeuriger metingen doen aan de samenstelling van minieme hoeveelheden maanmonsters,” vertelt professor Wim van Westrenen, verbonden aan de Vrije Universiteit Amsterdam. “Zo dacht iedereen veertig tot vijftig jaar geleden dat de maan altijd kurkdroog was geweest en dat vandaag de dag ook zou zijn.” Pas in 2008 ontdekte men in maanmineralen en vulkanisch glas van de maan heel kleine hoeveelheden water. Dat die ontdekking zo lang op zich liet wachten, is goed te verklaren; eerder ontbrak het onderzoekers aan methoden om die piepkleine hoeveelheden water in de maanmonsters op te sporen.

Een steen afkomstig van de maan, opgeraapt tijdens de Apollo 15-missie. Afbeelding: Arizona State University, Tom Story.

Nieuwe onthullingen
En binnenkort mogen we verwachten dat de oude maanmonsters ons opnieuw gaan verrassen. NASA heeft namelijk aangekondigd maanmonsters vrij te geven die nog nooit zijn bestudeerd. Sterker nog: ze zijn nooit uitgepakt. Onderzoekers hopen dat deze maanmonsters bevestigen wat satellieten al langer suggereren. Namelijk: dat de maan ook vandaag de dag verre van kurkdroog is. “Er zijn op de maan met behulp van satellieten zowel dikke als hele dunne laagjes ijs gevonden,” vertelt Van Westrenen. “Dat suggereert dat er vandaag de dag ook nog water aanwezig is op het oppervlak van de maan. Om dat laatste te bewijzen, wil men nu monsters gaan bekijken die op de maan in vacuum zijn verpakt in een doos, en vervolgens nooit meer uit hun doos zijn gehaald. Misschien is in dat maanstof ook nog ijs aanwezig. Eerder wisten we niet dat het er zou kunnen zijn, nu kunnen we daar heel gericht naar zoeken. Dit is belangrijk omdat het ons meer vertelt over hoe, wanneer, en hoeveel water er naar de maan en de aarde zijn gebracht – en dat is weer belangrijk als we willen weten wanneer en hoe leven op aarde mogelijk is geworden.” Maar NASA heeft nog meer redenen om – vijftig jaar nadat de eerste maanmonsters verzameld werden – onaangeroerde maanmonsters vrij te geven. Zo is het belangrijk dat een nieuwe generatie jonge maanwetenschappers kennismaakt met de technieken die nodig zijn om zulke bijzondere en wetenschappelijk waardevolle monsters te bekijken. “Als astronauten in de toekomst nieuwe stenen van de maan of Mars naar aarde mee terugnemen zal die nieuwe generatie precies moeten weten hoe deze moet omgaan met die stenen, om bijvoorbeeld vervuiling van de stenen met aardse atmosfeer of aards stof te voorkomen. De eerste generatie maansteenonderzoekers is veelal met pensioen of al overleden (net als veel Apollo-astronauten), dus dit is ook een belangrijk aspect voor de wetenschap.”

Astronaut Harrison Schmitt (Apollo 17) verzamelt enkele gesteenten op de maan. Afbeelding: NASA.

Terug naar de maan
Dat er op korte termijn nieuwe maanstenen naar de aarde zullen worden gebracht, lijkt vast te staan. Al in 2024 hopen de Verenigde Staten opnieuw mensen op de maan te zetten. Zoals het er nu naar uitziet, zullen zij de zuidpool van de maan bezoeken. En ook daar valt nog genoeg te ontdekken. “De zuidpool zit aan de rand van de grootste inslagkrater op de maan, het zogenaamde Zuidpool-Aitken bekken. Die krater zit net aan de achterkant van de maan, we kunnen hem dus net niet zien. De inslag die die krater veroorzaakte heeft de hele korst van de maan op de plek van de inslag verpulverd, en brokstukken van die inslag zouden rond de zuidpool te vinden moeten zijn. Dit zijn stenen afkomstig van grote diepte, die bij de inslag omhoog zijn gekomen. We weten dat die stenen daar moeten liggen, maar in de Apollo-collectie hebben we ze niet gevonden. Daarnaast liggen rond de zuidpool veel diepe donkere kraters die vermoedelijk waterijs herbergen. Als die bemonsterd zouden kunnen worden (niet bij de eerste nieuwe landingen, maar misschien later wel) is dat uniek, die stukjes ijs hebben we nog nooit kunnen bekijken.”

In het hart van dit kaartje zie je het Zuidpool-Aitken-bekken. Als we Van Westrenen vragen waar hij de maan graag zou willen bemonsteren, noemt hij als eerste de bodem van dit bekken. “Daar liggen stenen die we nog nooit goed bekeken hebben. En als ik nog een keer mag kiezen, dan graag naar een gebied op de voorkant vol met lava maar zonder grote kraters. Daar zouden de jongste maanstenen kunnen liggen. Die zou ik ook wel willen hebben.” Afbeelding: NASA / Goddard.

Het nut van nieuwe maanmissies
Wanneer het gaat over toekomstige bemande missies naar de maan, hoor je mensen wel eens verzuchten dat het redelijk zinloos is. Maar Van Westrenen benadrukt dat het op een handvol plekken bemonsteren van de maan geen compleet beeld geeft van onze natuurlijke satelliet. “Net zomin als Marsmannetjes een goed beeld zouden kunnen krijgen van de hele aarde door alleen in Amsterdam te landen. Het is meer zo dat elke nieuwe landing een belangrijke toevoeging is op de kennis die we hebben van de maan. Je hoort wel eens dat het zinloos is om terug naar de maan te gaan omdat we er alles al van weten dankzij die zes maanlandingen van 50 jaar geleden. Maar wetenschappelijk gezien is dat echt onzin.” Want er zijn nog zoveel vragen. Van Westrenen noemt er zomaar een paar: “Wanneer is de maan precies gebombardeerd met grote stukken steen? Wat is de geschiedenis van water op en in de maan? En hoe is de maan ontstaan?” Over dat laatste hebben we wel ideeën, maar er zijn nog behoorlijk wat losse eindjes. “Wellicht zou dat kunnen worden opgelost met stenen van de achterkant van de maan of door te boren in de maan en stenen van wat dieper op te halen.”

Juist al die vragen die de maan oproept, zorgen er ongetwijfeld voor dat deze zelfs vijftig jaar nadat mensen er voor het eerst op rondliepen, nog enorm tot de verbeelding spreekt. “Ik denk dat de maan – omdat ieder mens op aarde deze van jongs af aan kan zien – je vanzelf een beetje nieuwsgierig maakt,” stelt Van Westrenen. “Wat doet dat ding daar, waarom ziet hij er zo uit? Is hij er altijd geweest? Ik merk dat veel mensen helemaal vergeten zijn welke antwoorden daarop gegeven werden vlak na de eerste maanlandingen, en dat zeker kinderen diezelfde vragen vijftig jaar later nog steeds hebben. En dat we wel iets meer weten dankzij de maanlandingen, maar er vooral heel veel nieuwe vragen bij hebben gekregen. En dat is maar goed ook. Het is veel leuker als de maan nieuwsgierigheid blijft aanwakkeren dan wanneer we alles aan de maan zouden begrijpen.”

Het is komend weekend precies 50 jaar geleden dat Neil Armstrong en Buzz Aldrin als eersten voet op de maan zetten. Daarom verschijnen er deze week verschillende artikelen op Scientias.nl die verband houden met deze en latere Apollo-missies. Enjoy!