Der Johnson Space Center Campus 31 zeichnet sich nicht durch die Größe und Geschichte eines der Tower of London aus. Draußen gibt es keine königliche Wache. Hier, in einem Gebäude aus den 60er Jahren, bewahrt die NASA die Juwelen ihres Weltraumprogramms auf. In verschiedenen Reinräumen verfolgen Kuratoren Meteoriten vom Mars und dem Asteroidengürtel, kosmischen Staub, Sonnenwindproben, Kometenpartikel und natürlich Hunderte Kilogramm Mondgestein. Ars Technica hat eine Tour durch dieses geheime NASA-Repository gemacht und viele interessante Dinge herausgebracht, über die wir sprechen werden.
Ende Dezember verbrachten Vertreter dieser Ressource den Tag damit, die Sammlungen von Objekt 31 zu besichtigen, einschließlich des selten besuchten Genesis-Labors. Und obwohl sie keinen Mondstein als Andenken erhielten, machten sie eine beispiellose Tour durch jedes einzelne Astromaterial, das die NASA von anderen Körpern im Sonnensystem und darüber hinaus gesammelt hatte. Wir haben jetzt die Möglichkeit zu untersuchen, wie die NASA ihre seltensten und wertvollsten Beispiele vor anderen Welten schützt. Weiter in der ersten Person die Geschichte von Ars.
Antarktische Meteoriten
Zuerst wollten wir uns den berühmten Marsfelsen ansehen.
Bevor wir zum Meteoritenlabor der NASA kamen, nahmen wir unsere Eheringe ab und zogen dann Überschuhe, OP-Mützen und weiße Gewänder an. Nach dem Umkleideraum wurden wir in eine kleine Kammer gebracht, in der eine Luftdusche freie Partikel von uns nahm - eine Art Hurrikansimulator. Schließlich befinden wir uns in einem hell beleuchteten sterilen Raum, in dem die NASA Asteroiden aufbewahrt, die Wissenschaftler in der Antarktis gesammelt haben.
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Diese Sammlung enthält ungefähr 20.000 Steine, aber der bekannteste davon ist ALH84001. Vor ungefähr 16 Millionen Jahren fiel ein großer Meteorit oder Asteroid mit einem Durchmesser von 0,5 bis 1 Kilometer auf die Marsoberfläche und hob eine Reihe von Steinen mit einer Geschwindigkeit in den Weltraum, die die Fluchtgeschwindigkeit des Planeten überstieg. Einer von ihnen flog durch den Weltraum und fiel vor 13.000 Jahren in die Antarktis. Ein von der National Science Foundation finanziertes Wissenschaftlerteam entdeckte es im Winter 1984, wusste jedoch zu diesem Zeitpunkt nicht, dass der Asteroid die Heimat des Mars war.
Die Amerikaner waren nicht die ersten, die erkannten, dass die Antarktis der beste Ort der Welt ist, um nach Meteoriten zu suchen. Japanische Entdecker sind seit den 60er Jahren dort gelaufen und haben sie gesammelt. Als der Geologe William Cassidy von der Universität Pittsburgh 1973 von ihren erfolgreichen Funden aller Arten von Meteoriten erfuhr, überzeugte er die National Science Foundation, amerikanische Expeditionen zu finanzieren. Bis 1976 hatten die Amerikaner japanische Wissenschaftler in diesem Bereich eingeholt; und zwei Jahre später wurde ein NASA-Labor eingerichtet, um diese Proben zu lagern.
Obwohl sich der Meteoritenstrom in der Antarktis nicht von anderen Bächen auf der Welt unterscheidet, ist das Klima auf diesem Kontinent trocken und kalt, und es gibt fast keine Menschen, was dazu beiträgt, dass die Meteoriten intakt bleiben. Geographie hilft auch. Während massive Eisplatten vom Südpol schweben, kollidieren sie mit den Transantarktischen Bergen, einem 3500 Kilometer hohen Kamm, der sich über den Kontinent erstreckt. Meteoriten fallen in die weite und flache Polarregion und werden von diesem Strom absorbiert, der nach Erreichen der Berge stoppt.
„Wenn dieses Eis erscheint, schafft die richtige Kombination aus Höhe und Temperatur eine Ablationszone für das Eis und die Meteoriten bleiben darunter“, erklärt Kevin Reiter, Planetenwissenschaftler und Kurator des antarktischen Meteoriten. "Es gibt Gebiete auf dem Kamm mit einer unglaublichen Konzentration von Meteoriten."
Die Steine bleiben gefroren, bis sie das Labor in Houston erreichen. Dies verhindert Rost und Mineralveränderungen, die bei höheren Temperaturen auftreten können. Im Labor schmelzen die Steine in einer warmen, trockenen Umgebung, aus der die Feuchtigkeit schnell entfernt wird. Die Steine werden dann in Stickstoffschränken aufbewahrt, um eine weitere Oxidation zu verhindern.
Zehn Jahre nachdem Wissenschaftler ALH84001 entdeckt hatten, stellten sie fest, dass dieser und ein Dutzend anderer ähnlicher Meteoriten mit ziemlicher Sicherheit vom Mars stammten, da sie Spuren von Gas enthalten, die der Marsatmosphäre innewohnen.
Dies führte zu einem unerwarteten Anstieg des Interesses der Laboratorien. Als Dave McKay und andere Wissenschaftler des Johnson Space Center den Felsen untersuchten, entdeckten sie winzige, seltsame Merkmale, die wurmartigen Fossilien ähnelten. Basierend auf diesem Befund wurde 1996 in Science ein Artikel veröffentlicht, in dem Wissenschaftler die Entdeckung von Beweisen für die Existenz des alten Lebens auf dem Mars ankündigten. Über Nacht wurde das Labor für die Untersuchung antarktischer Meteoriten zu einem der heißesten Orte der Welt. Wissenschaftler und Journalisten wetteiferten miteinander, um hineinzukommen.
Heute, da die Rover der NASA die gesamte Marsoberfläche kratzen, scheint die Suche nach neuen Marsgesteinen in der Antarktis, wo sie seit Tausenden von Jahren der Erdatmosphäre ausgesetzt waren, für die Wissenschaft nutzlos zu sein. Das stimmt aber nicht, sagt Reiter.
"Marsmeteoriten sind von großem Interesse", erklärt er. - Wir haben von Rovers viele nützliche Informationen über den Mars erhalten, und es wird viel Wert darauf gelegt, Beweise für die Existenz von flüssigem Wasser, flüchtigen Stoffen und allem, was mit dem Leben verbunden sein kann, zu finden. Wenn wir hier auf der Erde Marsgesteine sammeln, gibt es in diesen Meteoriten jedoch nicht viele Hinweise auf solche Prozesse. Wir glauben daher, dass uns ein wesentlicher Teil der Vielfalt der Marsgesteine in unserer Sammlung fehlt. Wenn wir tatsächlich ein Stück Sediment vom Mars finden würden, könnte es im Labor viel mehr Messungen auf der Erde geben, als Robotermissionen zulassen würden. “
Zusätzlich zu den Marsgesteinen hat die NASA Hunderte von Meteoriten aus dem großen Asteroiden-Westen, und es wird angenommen, dass einige von anderen Körpern im Gürtel des Asteroiden stammen. Es gibt auch Meteoriten vom Mond, und Reiter sagt, sie bieten wertvolle Abwechslung zu unserer Stichprobe von sechs Mondlandeplätzen. Es gibt auch mehrere Dutzend "streunende" Meteoriten, den Ursprungsort, den Wissenschaftler nicht verfolgen können. Es ist möglich, dass einer von ihnen auf Venus oder Merkur geboren wurde. Die Suche nach interessanten neuen Meteoriten ist der Grund, warum Wissenschaftler jeden November in die Antarktis zurückkehren.
Für ALH84001 erhielt Reiter den gepackten Meteoriten in kürzester Zeit. "Hier ist es", sagt er, damit wir den Umfang der Lieferung verstehen. "Ein großes Stück Stein." Und da war ein großes Stück Stein. Bald nach der Veröffentlichung in Science fand die Mehrheit der wissenschaftlichen Gemeinschaft eine andere, akzeptablere Erklärung für die kleinen fossilen Tunnel. Dieser Stein ist heute leblos und war es wahrscheinlich schon immer.
Aber die Suche geht weiter. Wenn das Universum Teile anderer Welten auf die Erde bringen will, können wir sie zumindest holen.
Kometen und Sternenstaub
Er stand auf dem Tisch direkt vor uns. Vor elf Jahren flog diese Anordnung von 132 mit Aerogel gefüllten Kacheln in Form eines Tennisschlägers durch das 2-Koma von Comet Wilde. Nachdem sie 400 Kilometer vom Kern des Kometen entfernt waren, wurden zunächst winzige Teile des Kometen eingefangen. Das Raumschiff Stardust kehrte 2006 erfolgreich zur Erde zurück. Jetzt, fast zehn Jahre später, untersuchen Wissenschaftler jede Fliese weiter auf Staubpartikel, die im Aerogel eingeschlossen sind.
Das Aerogel selbst ist fast eine magische Substanz. Es sieht aus wie gefrorener Rauch. Mit einer Dichte, die 1000-mal geringer ist als die von Glas, ist es fast Luft. Aber es ist perfekt, um Partikel zu stoppen, die kleiner als ein Sandkorn sind und sich sechsmal schneller als eine Gewehrkugel bewegen. Die Partikel bilden Spuren, wenn sie durch das Aerogel laufen, bis sie anhalten, aber vollständig zerstört werden.
Ron Bastien, Stardust Lab Manager, bereitete eine der Kacheln vor, um sie während unseres Besuchs zu demonstrieren. "Wenn Sie es genau betrachten, können Sie sehen, dass diese Linie durch sie verläuft. Hier trifft ein kleines Partikel auf das Aerogel und seinen Weg durch es", sagt er. "Wenn Sie sich den Grund dieses Weges ansehen, wird es ein Partikel geben." Ein Kometenteilchen, das jetzt Hunderte Millionen Kilometer entfernt ist.
Das Material des Kometen wurde von Dutzenden von Forschungsgruppen untersucht. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass sich Kometen unter eisigen und heißen Bedingungen gleichzeitig bilden. Wissenschaftler wissen seit langem, dass sich Kometeneis am kalten Rand des Sonnensystems jenseits der Umlaufbahn von Neptun bildet, aber jetzt haben sie erkannt, dass sich ein felsiger Kern viel näher an der Sonne bildet.
Sie sind sich dessen bewusst, weil einige der von Stardust gesammelten Partikel weiß und unregelmäßig waren. Es wird angenommen, dass sich diese Kalzium-Aluminium-Einschlüsse im Feuer der Entstehung des Sonnensystems sehr nahe an der Sonnenoberfläche gebildet haben. Sie gehören zu den ältesten Materialien im Sonnensystem, die fast 4,56 Milliarden Jahre alt sind. Und jetzt haben Wissenschaftler sie in Kometen gefunden, die nach Pluto und darüber hinaus gereist sind. Dies gibt den Wissenschaftlern zusätzliches Vertrauen, dass die Untersuchung von Kometen die Untersuchung von Zeitkapseln ist, die viel über die Zeiten der Bildung des Sonnensystems aussagen.
Da das Aerogel-Tablett dem Kometen für relativ kurze Zeit zur Verfügung gestellt wurde, verfügte die Stardust-Mission auch über ein zweites Tablett mit Kacheln für den Fall eines Brandes.
Während seines ausgedehnten Fluges zum und vom Kometen Wilde 2 nutzte das Raumschiff dieses zweite Tablett, um interstellaren Staub zu sammeln. Im Gegensatz zu dem starken Strom von Kometenteilchen erwarteten die Wissenschaftler, nur wenige winzige interstellare Teilchen mit einer Größe von Mikrometern zu sammeln, die unter verschiedenen Winkeln auf das Sonnensystem zueilen. Als das Raumschiff zur Erde zurückkehrte, wurden Wissenschaftler gebeten, diese Teilchen zu finden.
Das Stardust-Labor installierte automatische Rastermikroskope, die Bilder des interstellaren Sammlers machten, und Wissenschaftler luden die Öffentlichkeit - "Staubtuch" - ein, im Rahmen des Stardust @ Home-Projekts Spuren von Partikeln in einzelnen Fliesen zu finden.
Im August 2014 wurden sieben interstellare Staubpartikel angekündigt, die ersten Staubproben von Sternen außerhalb des Sonnensystems. Die Dasters fanden zwei Partikel. Schon jetzt beginnen Wissenschaftler, die Natur dieser Partikel zu verstehen, von denen einige wie Schneeflocken "flauschig" sind und möglicherweise von einer Supernova-Explosion vor Millionen von Jahren stammen.
Genesis
Wir bereiteten uns anderthalb Stunden lang auf den köstlichsten Teil des Spaziergangs vor, als Judine Alton fragte, ob wir die Toilette benutzen müssten (ich habe vergessen, früher zu fragen). Zum Glück nicht nötig.
Die NASA lagert die empfindlichsten Proben im Genesis-Labor, das gemäß den strengsten Protokollen des Weltraumzentrums sauber gehalten wird. Das Genesis Laboratory speichert Partikel des Sonnenwinds, winzige Teile der Sonne, die Hinweise auf die Zusammensetzung des Solarnebels enthalten, als sich die Planeten gerade bildeten.
Wir wurden an diesem Morgen angewiesen, keine Eheringe zu tragen oder Deodorant zu verwenden. Im Flur ziehen wir Handschuhe, Überschuhe und Haarnetz an. In der „Umkleidekabine“wurden uns Masken, Ganzkörperanzüge, Hüte, Spezialstiefel und ein zweites Paar Handschuhe angezogen. Sie nahmen auch mein Notizbuch und gaben mir "sauberes" Papier - und innen bekam ich auch einen "sauberen" Sharpie-Stift. Auch unsere Fotoausrüstung wurde aufgeräumt: Wir mussten einige Minuten damit verbringen, Linsen und Stative mit Alkoholtüchern abzuwischen, bis die Wissenschaftler sicher waren, dass die Geräte ausreichend staubfrei waren.
Nach all dem fragten wir, wie viele Besucher das Labor erhalten habe. "Ich akzeptiere keine Leute", sagte Alton, der Kurator des Labors. - Ihr seid etwas Besonderes. Das liegt hauptsächlich daran, dass die Leute schmutzig sind."
Im Jahr 2001 flog das Genesis-Raumschiff der NASA in den Weltraum zum L1-Lagrange-Punkt, wo die Schwerkraft zwischen Erde und Sonne ausgeglichen ist. Seit mehr als zwei Jahren sammeln die Anordnungen der Apparatur Ionen, die aus der äußeren Sonnenschicht fließen. Filter wurden aus einer Vielzahl von Materialreinheiten entwickelt, einschließlich Aluminium, Saphir, Germanium, Silizium, Gold und diamantartigem amorphem Kohlenstoff, um verschiedene Arten von Sonnenwind zu sammeln.
Es wurde angenommen, dass das Raumschiff Milliarden von Sonnenpartikeln sammeln könnte, deren Gewicht nur wenigen Salzkörnern entspricht, und dann zur Erde gehen könnte. In der letzten Phase der Rückkehr versagte das Fallschirmsystem des Flugzeugs und fiel mit einer katastrophalen Geschwindigkeit von 300 km / h in die Wüste von Utah.
Dies sollte das Ende sein. Für die meisten Experimente würde dies das Ende des Spiels bedeuten. Die eingefangenen Sonnenwindpartikel befanden sich jedoch 40 bis 100 Nanometer unter der Oberfläche. Wissenschaftler, einschließlich Alton, haben herausgefunden, dass sie einige der Partikel retten können, wenn sie die Filter, die den Aufprall auf die Erde überstanden haben, gründlich reinigen.
Kurz gesagt, Wissenschaftler haben sich angepasst. In einem hell beleuchteten, sauberen Raum zeigte uns Carla Gonzalez genau, wie sie einen Strom aus hochreinem Wasser über einen Probenfilter legte, der sich mit mehreren tausend Umdrehungen pro Minute drehte. Nach 15 Minuten entfernte das Wasser den Schmutz und die Weltraummüll vom Filter. Dieser Prozess hinterließ auch keine Lösungsmittel. In den zehn Jahren seit der Rückkehr von Genesis zur Erde haben Alton, Gonzalez und andere mehr als 2.000 Proben gereinigt und klassifiziert, von denen viele für Untersuchungen durch Wissenschaftler verfügbar sind.
Wissenschaftler haben die meisten Forschungsziele der Mission erreicht, einschließlich der überraschenden Entdeckung, dass die Sonne mehr Sauerstoff-16, das am häufigsten vorkommende Isotop, als die Erde enthält. Diese Divergenz hat Wissenschaftler dazu veranlasst, zu untersuchen, wie dieser Sauerstoff in den ersten Millionen Jahren seines Bestehens die Sonne verlassen hat, was zu neuen Erkenntnissen über die Natur und Entwicklung des frühen Sonnensystems führte.
Als wir am Ende unserer Tour in einem makellosen Labor ankamen, zog Gonzalez einen Filter mit hochreinen Wasserproben heraus. Ich fragte, ob es jetzt möglich sei, es zu essen, wenn es so sauber sei. "Ich denke du kannst", antwortete Alton. "Aber du würdest mir das Herz brechen, wenn du das tust."
Mondsteine
Ryan Ziegler lächelte breit, sein rundes Gesicht wurde durch die saubere Kappe, die seinen Kopf bedeckte, perfekt betont, als wir uns vor der glänzenden, tonnenschweren Tür des Banktresors befanden. "Nun Leute, ich habe das Beste zum Schluss aufgehoben", sagte er. Ziegler untersucht Mondgesteine im Johnson Space Center, um besser zu verstehen, wie sich der Mond gebildet hat. Er überwacht auch Apollo-Proben und organisiert unsere Tour durch das Astromaterials Laboratory der NASA.
Wir standen jetzt vor dem Gewölbe, in dem zwei Drittel aller Mondfelsen der Welt standen.
Und dann gingen wir hinein. Dieses 1979 erbaute Gebäude beherbergt die Sammlungen Apollo 11 bis Apollo 17, die in separaten Edelstahlschränken untergebracht sind. Astronauten brachten während sechs Apollo-Missionen etwa 2.200 Proben zurück. Obwohl 85% der Sammlung in makellosem Zustand sind, werden derzeit mehr als 100.000 Mondsteine verfolgt. "Durch die allgemeine Überwachung der NASA kann jederzeit eine bestimmte Probe angefordert und gefunden werden", erklärte Ziegler.
Im Raum selbst war etwas Außerirdisches. Die Steine selbst waren nicht sichtbar; Sie wurden sorgfältig in Metallbehältern in Teflonsäcken verpackt und dreimal in Schränken versiegelt, die selbst mit reinem Stickstoff gefüllt waren. „Es wird viel Mühe darauf verwendet, diese Mondproben für zukünftige Generationen sicher zu halten“, sagt Ziegler. Und obwohl Sie sie nicht sehen können, können Sie die Anwesenheit von Tonnen von Steinen spüren. Einmal lagen sie Milliarden von Jahren auf der Mondoberfläche, und dann wurden sie von einem Dutzend menschlicher Hände gesammelt, von der Mondoberfläche gehoben und fielen in den Pazifik. Und jetzt liegen sie wieder ruhig, schon in diesem Raum.
Trotz der getroffenen Vorsichtsmaßnahmen können "offene" Proben nicht unbegrenzt gelagert werden. Selbst in dreifach verschlossenen luftdichten Behältern enthält hochreiner Stickstoff 10 bis 100 ppb Wasser. Die Mondgesteine zeigen keine Anzeichen von Korrosion, aber die oberen ein oder zwei Nanometer sind bereits kontaminiert. Ziegler führt uns zu einem der Schränke. "Diese wurden nie geöffnet", sagt er. "Dies sind drei unserer sieben unentdeckten Proben." Sie wurden im Vakuum der Mondoberfläche gesammelt, in vakuumversiegelten Röhrchen untergebracht und sind es bis heute geblieben. Die NASA rettet sie für eine ungewisse theoretische Zukunft, in der Wissenschaftler großartige neue Wege zur Analyse finden werden.
70% aller Mondgesteine werden in diesem einen Raum gelagert. Etwa fünf Prozent wurden bei verschiedenen Forschungsprozessen zerstört, weitere 15 Prozent werden in einem Reservelager in White Sands, New Mexico, gelagert. Das Johnson Space Center ist sicher und diese Einrichtung befindet sich im zweiten Stock. Das Raumfahrtzentrum befindet sich jedoch gegenüber dem Clear Lake, der in die Galveston Bay mündet, die in den Golf von Mexiko mündet. Ein Hurrikan der Kategorie 5 könnte diese Einrichtung zerstören.
Ziegler führt uns aus dem Gewölbe in einen ähnlich großen Arbeitsraum, in dem der Rest des Mondsteins aufbewahrt wird. Große Teile des Mondes werden in größeren Edelstahlschränken ausgestellt. Nach der Untersuchung werden hier Proben zurückgegeben - das Labor verteilt jährlich 500 bis 1000 Mondproben an Wissenschaftler zur Forschung. VIPs werden auch hierher gebracht, um die Mondsteine zu zeigen.
Unter den ausgestellten Proben befindet sich das sogenannte Genesis-Gestein, das mit Puderzucker bedeckt zu sein scheint. Die Apollo 15-Besatzung wurde beauftragt, nur eine in einem anorthositen Felsen zu finden, und sie fand sie in der Nähe des Apennins. Mit einem Alter von 4,1 Milliarden Jahren, der nur ein paar hundert Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems geboren wurde, bestätigte der Genesis-Stein die Theorie der Entstehung des Mondes, nachdem die Erde zu Beginn des Sonnensystems mit einem Objekt von der Größe des Mars kollidierte.
Basierend auf Materialien von Ars Technica
