The Science of Apollo

Apollo 11 brøt ny grunn for leting, men underveis presset NASA så mye vitenskap det kunne ut av dette og påfølgende oppdrag som landet på Månen.

Fra president John F. Kennedy s mandat fra 1961 til det øyeblikket da Apollo 17 forlot månen i 1972, handlet Apollo om geopolitikk. Likevel presset NASA ut så mye vitenskap som mulig ut av programmet, både i verdensrommet og på Månen, og kvantiteten og kvaliteten på vitenskapen bare økte etter hvert som oppdragene gikk.

Da Apollo 11 leverte Neil Armstrong og Buzz Aldrin til månens overflate, var oppdraget kulminasjonen av Apollos ingeniørfase. Fortsatt, under måneturen, samlet Armstrong og Aldrin geologiske prøver vitenskapelig meget nyttige prøver som ville informere forskere om Månens historie og sammensetning og bidra til å forsikre NASA om at månens overflate manglet organismer som kan fare for landlevende liv. Armstrong og Aldrin satte også opp en forenklet versjon av en instrumentsuite Apollo Lunar Science Experiment Package (ALSEP) som ville bli distribuert på påfølgende oppdrag.

Buzz Aldrin bærer laserreflektoren i høyre hånd og seismometeret i venstre side.
NASA

Mannskapet på Apollo 11 gjorde god framgang, men når JFK s mandat var fornøyd, ville vitenskapen spille en større rolle begynnende med Apollo 12, da oppdragssjef Pete Conrad og månemodulpiloten Alan Bean tilbrakte to dager på månens overflate, å utføre en månevandring hver dag og samle mer materiale enn forgjengerne hadde.

Alan Bean jobber med å installere deler av ALSEP-pakken. (Les tekniske detaljer om bildet her.)
NASA

Senere, startende med Apollo 15, gjennomførte hvert landskapsbesetning tre dager med månetroll, og syklet på en månevogn for å dekke større avstander til leting som var spesielt tung i feltgeologien. For å trekke dette, fikk mannskapene hundrevis av timers trening, noe som ga dem tilsvarende geologiske mastergrader - bortsett fra Harrison “Jack” Schmitt fra Apollo 17, som allerede hadde en doktorgrad. i geologi. Midt i alt dette begynte NASA å krasje Saturn S-IVB-stadier og månemodulens stigningstrinn i Månen, og genererte måneskjæringer hvis effekter på seismometre - inkludert i ALSEP-stasjonene - ville avsløre informasjon om Månens indre.

Viktigheten av virkninger

Grunnleggeren av NASAs astrogeologiprogram var Eugene Shoemaker, som hadde vokst frem da han viste at Barringer Crater i Arizona var et resultat av en innvirkningshendelse, ikke vulkanisme. Funnet styrket ideen om at månekrater, kummer og andre månefunksjoner også hadde blitt hugget av påvirkningshendelser.

Nærsiden (venstre) og fjernsiden av månen, som spilt inn av Lunar Reconnaissance Orbiter Camera. En oval indikerer plasseringen av Sørpolen-Aitkenbassenget, et av de største påvirkningsbassengene i solsystemet.
NASA / Arizona State Univ.

Ved å undersøke prøver fra hoppe (lavland) og terra (høyland) -regioner, bekreftet forskere at påvirkninger hadde vært den dominerende kraften som formet månens overflate, samt overflaten til alle de indre planetene for milliarder av år siden. Ved å datere prøver, var forskere også i stand til å kalibrere aldersestimater bestemt ved å telle kratere, noe som gjorde det mulig for dem å date nettsteder hvor de ikke kunne samle prøver fra - inkludert kraterdekkede steder på andre planeter.

Apollo-vitenskapen omfattet en rekke emner: analyse av månestøv, potensialet i månens ressurser, fotografering og månekartlegging, Månens sekulære akselerasjon som tar det gradvis lenger fra Jorden, kontinentaldrift på jorden, rommedisin og strålingsbiologi. Men viktigheten av påvirkninger var et stort funn som adresserte mange langvarige spørsmål om Månen. Et slikt spørsmål, for eksempel, var hvorfor maria virker mørkere enn terrae?

Denne steinprøven fra Apollo 15 er først og fremst basalt.
NASA / Johnson Space Center

Analyse av Apollo-prøver bekreftet at mariaen var dekket i basalt, noe som indikerer at lava hadde spredd seg etter nyere påvirkninger som hadde sprukket jordskorpen dypt nok til å frigjøre magna fra mantelen.

Månens opprinnelse

Apollo-studiene tok også opp spørsmålet om Månens opprinnelse. Da Armstrong, Aldrin og Michael Collins nådde månen i 1969, hadde tre store hypoteser eksistert i nesten et århundre. Den ene var samlatringshypotesen, som antydet at månen og jorden hadde dannet seg i verdensrommet og derfor var kjemisk identiske. Imidlertid viste måneprøvene som Apollo-astronauter brakte tilbake til jorden at månen var relativt mangelfull på jern. Tidlig analyse viste også at Apollo-prøvene manglet flyktige forbindelser, for eksempel vann.

Alternativt hadde noen forskere antydet at Jorden hadde fanget Månen, som opprinnelig hadde dannet seg som et eget legeme i vår planetes nærhet. Faktisk viser analyse av Apollo-prøvene at forholdet mellom oksygenisotoper på de to kroppene stemmer overens, uten tvil solid bevis på at begge verdener dannet seg omtrent i samme avstand fra solen. Månens mangel på jern og mangel på flyktige argumenterer imidlertid for at den ikke kunne dannes på egen hånd i jordens nærhet.

I løpet av 1970-årene foreslo forskere at en gjenstand på størrelse med Mars kunne ha kollidert med jorden og kastet nok materie i bane til å skape månen.
Don Davis / Det nye solsystemet

Til syvende og sist førte disse manglene til den gigantiske påvirkningshypotesen, først foreslått i 1975. Tanken er at en planet i Mars-størrelse, siden kalt Theia, påvirket tidlig Jorden etter at begge verdener allerede hadde samlet seg ut av Solens protoplanetære disk. De hadde tid nok til å skille seg i skorpe, mantel og kjerne. Da Theia traff Jorden, ga kjernene fra begge verdener planeten vår sitt jern. I mellomtiden ville påvirkningsresten, hovedsakelig hentet fra kollens mantel, ha varmet opp til høye temperaturer og kokt av flyktige stoffer som vann, noe som forklarte den tilsynelatende mangelen på flyktige stoffer i Apollo-prøvene.

Men analysen av Apollo-prøvene tok ikke slutt på 1970-tallet - noen prøver var reservert for senere studier, med teknologi som ennå ikke eksisterte. På begynnelsen av 2000-tallet demonstrerte analyse av måneprøver fra Apollo 15 og 17 den overraskende tilstedeværelsen av vann i små mengder. Forskere har siden endret den gigantiske påvirkningshypotesen for å ta tilstedeværelsen av vann og andre funn. Men slike modifikasjoner gjør den gigantiske påvirkningshypotesen stadig mer komplisert. Et mer ekstremt inntagelse av Månens dannelse kom i 2017 med synestia-hypotesen, et scenario der den gigantiske påvirkningen fordampet hele den tidlige “Jorden”, som senere sammenkalte seg inn i Månen og vår nåværende jord. Dette scenariet forklarer ikke vannet i Apollo 17 og 15 prøver, men andre nye hypoteser dukker opp. Den mangfoldige små påvirkningshypotesen, for eksempel, vil gi rom for vann i den begynnende månen.

Denne kunstnerens konsept viser den varme, smeltede månen som kommer fra en synestia, en gigantisk spinnende smultring av fordampet stein som dannet seg når gjenstander i planetstørrelse kolliderte. Synestia er i ferd med å kondensere for å danne jorden.
Sarah Stewart

I årene fremover vil nye månemisjoner gi mer informasjon, kanskje nok til å svare på det eldgamle spørsmålet om hvordan jordens naturlige satellitt ble.