Въпреки че Луната е удобно близо за наблюдения, астронавтите не са стъпвали на повърхността й от 1972 г. насам.
За щастие това ще се промени в бъдеще, когато програмата "Артемида" на НАСА отведе първата жена и пореден мъж на луната през 2024 г.
Междувременно това прави образците от Луната, които астронавтите от "Аполо" донесоха, особено редки и ценни. За първи път учени използваха техника за анализ на отделни атоми в едно зрънце от лунния прах от лунен образец от "Аполо 17".
Като се има предвид, че астронавтите Джийн Сърнан и Харисън Шмит са върнали 111 кг лунни камъни и почва на Земята след мисията им през 1972 г., изучаването на дори само едно зрънце прах определено ще спомогне да се запазят образците.
Техниката, известна като атомно-сондова томография, осигурява нов начин за изучаване на повърхността на Луната. Обикновено той се използва в материалознанието и производството на нано-нишки, тъй като може да анализира материали в миниатюрни мащаби.
НАСА са предоставили достъп до пробите от лунна почва от "Аполо 17" на учени от чикагския Полеви природонаучен музей, университета "Нортуестърн" и университета "Пардю".
Преди представители на музея и "Нортуестърн" са използвали атомно-сондова томография върху миниатюрни образци като зрънца с нано-размери от железен метеорит, обяснява Дженика Гриър, автор на изследването и докторант в Полевия природонаучен музей и Чикагския университет.
"Анализираме камъни от космоса, атом по атом", казва Гриър. "Това е един от първите пъти, в които лунен образец е изучаван по такъв начин. Използваме техника, за която много геолози дори още не са и чували."
Елементи като желязо или вода създават миниатюрни сложни структури в лунната почва. Изучаването на почвата атом по атом може да осигури детайлна представа за състава на Луната.
Техниката включва употреба на лъч от атоми с електрически заряд, за да се извърши разрез в повърхността на частицата лунен прах. Разрезът е широк само няколкостотин атома. За ориентир, един лист хартия е дебел стотици хиляди атоми.
Можем да използваме израза "нано-дърводелство", казва Филип Хек, съавтор на изследването, куратор в Полевия природонаучен музей и доцент в Чикагския университет. "Подобно на начина, по който дърводелецът оформя дървото, те го правят в нано-мащаб с минералите.
Образецът е бил поставен вътре в атомна сонда в "Нортуестърн" и обработен с лазер, който е отделил индивидуалните атоми. Всеки атом после е поставен на плоскост, проектирана да го разпознава. Това е позволило на учените да определят типа атом и неговия заряд.
В единичното зрънце лунен прах те са открили следи от вода, желязо, хелий и космическо изветряне. Желязото е по-тежък елемент, така че на този атом е нужно повече време, за да стигне до разпознаващата го плоскост в сравнение с други, по-леки елементи, което го прави подлежащ на идентифициране.
"Можем да прилагаме тази техника към образци, които никой не е изучавал", коментира Хек. "Почти гарантирано ще намерим нещо ново или неочаквано. Тази техника има толкова висока чувствителност и разделителна способност, че се откриват неща, които иначе не бихте намерили, и се използва само малка част от образеца."
Гриър е успяла да използва данните за 3D реконструкция, с цветово обозначаване на атомите, за да се създаде атомна карта на зрънцето лунен прах. Това е позволило на учените да видят за първи път конкретните атоми и местоположението им в лунния прах.
Луната е лишена от атмосфера и бива засегната от удари на малки метеорити, слънчев вятър и космически лъчи, идващи от слънцето, което е известно като космическо изветряне. Въпреки че Луната не е геологически активна като Земята с нейните движещи се тектонични плочи, повърхностната й почва претърпява промени.
Под този най-горен слой почва, нещата изглеждат много по-различно. Неразкритата лунна почва може да ни разкаже доста за историята на Луната.
Познаването на ресурсите в лунната почва може да ги направи полезни за астронавтите в бъдещи мисии до Луната. В по-голям мащаб, атомно-сондовата томография може също да се използва за изучаване на образци, взети от астероиди.
"Това е отличен начин за изчерпателен анализ на малки количества ценни образци", коментира Гриър. "Вълнуващи мисии като Hayabusa2 и OSIRIS-REx скоро се завръщат на Земята. Това е техника, която определено трябва да бъде приложена върху материалите, които те ще донесат, защото използва изключително малко материал, но осигурява толкова много информация."
Сравняването на информацията, която учените ще получат за образците от атомно-сондовата томография, с телескопични наблюдения на Луната и астероидите може да позволи на учените да разберат какво виждат, когато вземането на образци, е непрактично или невъзможно.
"Важно е да разбираме тези материали в лабораторията, така че да разберем какво виждаме, когато гледаме през телескоп", заявява Гриър, защото с нещо такова можем да научим каква е околната среда на Луната. Това е много повече от нещата, които астронавтите са способни да ни кажат, докато се разхождат на Луната. Това малко зрънце лунен прах запазва милиони години история.
Зрънцето прах, използвано в изследването, ще може да бъде изучено и от други в бъдеще.
"Преди 50 години никой не е очаквал, че някога ще се анализират образци с тази техника, и то като се използва само малка частица от едно зрънце лунен прах", коментира Хек. "Хиляди такива зрънца биха могли да попаднат на ръкавицата на астронавт, и това ще е предостатъчен материал за мащабно изследване."
Като се има предвид, че са планирани бъдещи мисии за завръщане на луната, учените се надяват да получат нови, по-разнородни образци.
Изучаването на космическото изветряване на едно място на луната е като "анализ на изветряването и ерозията на Земята само в една планинска верига," обяснява Гриър.
"Трябва да посетим други места и обекти, за да разберем космическото изветряване по същия начин, по който трябва да проучваме различни места на Земята, като пясъка в пустините и оголените скали в планинските вериги."
Гриър очаква с особено нетърпение образци от тъмната страна на Луната, която е постоянно обърната противоположно на Земята.
Това е сериозно предизвикателство, от гледна точка на наблюдението й, и материалите, събрани там, може да се окажат крайно различни от местата, от които сме събирали образци, по обърнатата към Земята страна на Луната, заявява тя.
