En dat gaat gegarandeerd nieuwe en onverwachte ontdekkingen opleveren.

Wetenschappers hebben een nieuwe manier gevonden om maanmonsters die astronauten tijdens de Apollo-missies naar de aarde brachten, te analyseren. “We analyseren gesteenten uit de ruimte atoom voor atoom,” legt onderzoeker Jennika Greer uit. “Het is voor het eerst dat een maanmonster op zo’n manier is onderzocht. Wij gebruiken een techniek waar veel geologen nog nooit van gehoord hebben.” De techniek waar Greer over spreekt, wordt Atom Probe Tomography of kortweg APT genoemd. De techniek wordt normaliter veel gebruikt door materiaalwetenschappers die erop uit zijn om industriële productieprocessen en zo ook de materialen die daar uit voortkomen, te optimaliseren. Het is echter voor het eerst dat de techniek is gebruikt om materialen afkomstig van de maan te analyseren.

Hoe werkt het?
De onderzoekers namen een korreltje maanstof en plaatsten het in een speciale, afgesloten ruimte. Vervolgens vuurden ze er een laserstraal op af die de atomen er als het ware één voor één af sloeg. In het kamertje waarin de vrijgekomen atomen rondvlogen, bevond zich ook een detectorplaat die door de atomen werd geraakt. Zwaardere elementen – zoals ijzer – doen er daarbij langer over om deze detector te bereiken dan lichtere elementen – zoals bijvoorbeeld waterstof. Door de tijd die verstrijkt tussen het moment waarop de laserstraal wordt afgevuurd en het moment waarop een atoom de detectorplaat raakt, kunnen onderzoekers niet alleen vaststellen om welk type atoom het gaat, maar ook op welke plek het zich oorspronkelijk in het monster bevond.


Ruimteverwering
Deze onderzoeksmethode kan onder meer inzicht geven in wat onderzoekers ruimteverwering noemen. Ruimteverwering is een beetje vergelijkbaar met erosie op aarde. Alleen wordt de erosie in de ruimte niet zoals op aarde veroorzaakt door wind en water, maar bijvoorbeeld door kosmische straling en straling afkomstig van de zon. De aardse atmosfeer beschermt ons tegen ruimteverwering, maar ruimteverwering heeft vrij spel op hemellichamen zonder atmosfeer, zoals de maan. Het resulteert erin dat gesteente aan het oppervlak onder invloed van die ruimteverwering anders is dan gesteente dat – bijvoorbeeld doordat het wat dieper onder het oppervlak ligt – niet aan eroderende processen wordt blootgesteld. Met behulp van APT kunnen onderzoekers de verschillen tussen verweerde en onverweerde gesteenten tot op atomair niveau vaststellen, meer inzicht krijgen in de eroderende processen in ons zonnestelsel en zodoende ook nauwkeuriger voorspellen wat zich onder het oppervlak van manen en planetoïden die vanwege hun afstand tot de aarde onmogelijk te bemonsteren zijn, bevindt.

Een klein korreltje maanstof dat tijdens de Apollo 17-missie terug naar de aarde werd gebracht. Afbeelding: Jennika Greer / Field Museum.

Maar het onderzoek kan ook implicaties hebben voor toekomstige astronauten die de maan gaan bezoeken of er zelfs langdurig hopen te gaan vertoeven. APT onthult namelijk heel nauwkeurig wat er in het maanstof zit en kan zo ook elementen aanwijzen waar die toekomstige astronauten iets aan hebben. Zo ontdekten Greer en collega’s in het piepkleine korreltje maanstof dat ze bestudeerden, verschillende producten van ruimteverwering, waaronder water en helium.

Hayabusa2 en OSIRIS-REx
De onderzoekers staan te springen om meer monsters afkomstig uit de ruimte op deze wijze onder de loep te nemen. “We moeten naar andere plekken en objecten gaan om ruimteverwering nog beter te begrijpen,” aldus Greer. En in zekere zin worden de onderzoekers op hun wenken bediend. Al in 2024 hoopt NASA opnieuw mensen op de maan te zetten en dan zullen er ongetwijfeld nieuwe maanmonsters worden verzameld. Bovendien lopen er momenteel twee missies naar planetoïden – Hayabusa2 en OSIRIS-REx – waarbij op het oppervlak ervan materiaal wordt verzameld, om het vervolgens terug naar de aarde te brengen. “Deze techniek zou zeker los moeten worden gelaten op wat deze missies opleveren, want er is maar heel weinig materiaal voor nodig en het levert zoveel informatie op,” vindt Greer.


Vervolgonderzoek
NASA is ook enthousiast over het werk van Greer en collega’s en heeft inmiddels geld vrijgemaakt dat de onderzoeksgroep in staat stelt om nog eens drie jaar lang op deze wijze onderzoek te doen naar maanmonsters en zo meer inzicht te geven in ruimteverwering en de hoeveelheid water die deze herbergen. Onverwachte ontdekkingen zijn daarbij bijna gegarandeerd, aldus onderzoeker Philipp Heck. “We kunnen deze techniek loslaten op monsters die nog nooit zijn bestudeerd. Je bent daarbij vrijwel verzekerd van nieuwe en onverwachte ontdekkingen, want deze techniek is zo gevoelig dat je dingen vindt die je anders nooit gevonden zou hebben en dat terwijl je maar een klein beetje materiaal nodig hebt.”

Met name dat laatste is heel belangrijk. Want vaak kan er maar een beperkte hoeveelheid materiaal van andere hemellichamen naar de aarde worden gebracht. Het betekent dat onderzoekers er zuinig mee om moeten gaan. APT is daar geknipt voor. “(De techniek, red.) is geweldig voor het uitgebreid karakteriseren van kleine volumes waardevolle monsters,” aldus Greer. Een korreltje maanstof is al genoeg. Het is iets wat ze vijftig jaar geleden, tijdens de Apollo-missies, onmogelijk voorzien konden hebben. “Duizenden van die korreltjes kunnen op de handschoen van een astronaut zitten en dat zou al genoeg zijn geweest voor een omvangrijke studie.” Want met APT blijkt zo’n klein korreltje eigenlijk een enorme tijdcapsule te zijn. “Zo’n klein korreltje onthult wat er in de afgelopen miljoenen jaren is gebeurd.”