Mondgesteinsprobe von Apollo 17. (Karl Mills/Scientific Photo Arts/NASA) Ein nanoskopischer Mondstaubfleck, etwa so groß wie ein menschliches Haar, kann jetzt Atom für Atom in hoher Auflösung analysiert werden.
Mit einem innovativen Ansatz namens Atomsondentomographie (APT) haben Forscher der University of Chicago nach eigenen Angaben einen Weg gefunden, unsere begrenzte Auswahl an wertvollem Mondgestein, das während der Apollo-Missionen gesammelt wurde, zu konservieren.
„Vor fünfzig Jahren ahnte niemand, dass jemand jemals eine Probe mit dieser Technik analysieren würde, und zwar nur unter Verwendung eines winzigen Teils eines Korns.“ sagt Geophysiker Philipp Heck von der University of Chicago, der auch Kurator am Field Museum ist.
„Tausende solcher Körner könnten sich auf dem Handschuh eines Astronauten befinden, und das wäre ausreichend Material für eine große Studie.“
Es ist verblüffend, sich vorzustellen, dass etwas so Kleines so viele Informationen enthalten kann, ganz zu schweigen davon, dass wir irgendwie auf diese Wissensbibliothek zugreifen können.
APT, die geniale Technik, die uns diesen Zugang ermöglicht, ist so empfindlich Es kann eine winzige Materialprobe Atom für Atom abbilden und ermöglicht Forschern so eine aussagekräftige 3D-Analyse der Quelle.
Um ein Mondstaubkorn mit APT zu analysieren, präparierte die Geophysikerin Jennika Greer von der University of Chicago eine nadelförmige Probe mit einer Breite von nur wenigen hundert Atomen – sie schnitt diese winzige Säule mit einem fokussierten Strahl geladener Atome aus dem Korn heraus.
„Wir können den Ausdruck Nanoschreinerei verwenden“ erklärt Teufel. „So wie ein Zimmermann Holz formt, machen wir es im Nanomaßstab zu Mineralien.“
Vorbereitung der „Nadeln“ zum Abheben vom Staubkorn. ( Greer et al., Meteoritics & Planetary Science, 2020 )
Dann kam der Teil der Atomsonde: Mithilfe eines Lasers schlugen die Forscher Atome nacheinander von ihrer nadelförmigen Probe ab und beobachteten dabei, wie jedes Atom davonflog und auf eine Detektorplatte traf.
Bestimmte Elemente fliegen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit von der Probe ab, und dies ermöglichte es den Forschern, die wahre Zusammensetzung und Textur der Probe zu analysieren. Beispielsweise benötigt Eisen im Vergleich zu Wasserstoff länger, um die Detektorplatte zu erreichen, da es ein schwereres Element ist.
Ein winziges, angespitztes Stück Mondstaubkorn. (Jennika Greer/Field Museum)
Die Autoren sagen, dass es uns zum ersten Mal gelungen ist, sowohl die Arten von Atomen als auch ihre genauen Standorte in einem winzigen Korn Mondboden zu sehen. Noch besser ist, dass die ursprüngliche Probe immer noch weitgehend intakt ist und für zukünftige Forschungen zur Verfügung steht, da so wenig Material vom Korn entnommen wurde.
„Diese Technik verfügt über eine so hohe Empfindlichkeit und Auflösung, dass man Dinge findet, die man sonst nicht finden würde, und dabei nur einen kleinen Teil der Probe verbraucht.“ sagt Teufel.
Die Ergebnisse haben die NASA bereits davon überzeugt, drei Jahre lang eine Studie über Mondstaub zu finanzieren und APT zur Quantifizierung einzusetzen Wassergehalt und Grad der Weltraumverwitterung .
Kürzlich haben Forscher vorgeschlagen der Mond hält große Wasserreserven in der tieferen Untergrundschicht; Und es wäre gewaltig, in den Bodenproben, die wir bereits haben, Beweise dafür zu finden.
Im Gegensatz zu unserem eigenen Planeten verfügt der Mond über keine Atmosphäre, die ihn schützt. Und der Weltraum ist eine raue Umgebung, insbesondere wenn die Sonne auf ihn brennt und endlose Ströme von Sonnenteilchen und kosmischer Strahlung aussendet.
Der Boden des Mondes wurde durch diese Verwitterung so stark verändert, dass das, was sich im Inneren des Satelliten befindet, wahrscheinlich nicht mit seinem Äußeren übereinstimmt. Indem wir verstehen, wie sich die Oberfläche verändert hat, hoffen die Autoren der neuen Studie, dass wir die Uhr irgendwie umdrehen und herausfinden können, wie der Mondboden einst war.
Auf der nanoskaligen 3D-Karte, die Greer und Kollegen von ihrer Mondstaubprobe erstellt haben, stellt das Team mehrere Produkte der Weltraumverwitterung fest, darunter Mikrophaseneisen, Wasserstoff und sogar ein Vesikel, das möglicherweise einst mit Ionen des Sonnenwinds gefüllt war.
„Aufgrund so etwas verstehen wir, wie die Umgebung auf dem Mond ist“, sagte Greer sagt .
„Es geht weit über das hinaus, was Astronauten uns sagen können, wenn sie auf dem Mond laufen.“ Dieses kleine Korn bewahrt Millionen Jahre Geschichte.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Meteoritik und Planetenwissenschaften .