Johnson Space Center Campus 31 nie różni się wielkością i historią żadnej Tower of London. Na zewnątrz nie ma królewskiej straży. Jednak to tutaj, w budynku z lat 60. XX wieku, NASA przechowuje klejnoty swojego programu kosmicznego. W różnych czystych pomieszczeniach kuratorzy śledzą meteoryty z Marsa i pasa asteroid, pył kosmiczny, próbki wiatru słonecznego, cząsteczki komet i oczywiście setki kilogramów księżycowych skał. Ars Technica odbyła wycieczkę po tym tajnym repozytorium NASA i wydobyła wiele interesujących rzeczy, o których będziemy mówić.
Pod koniec grudnia przedstawiciele tego zasobu spędzili dzień na zwiedzaniu zbiorów Obiektu 31, w tym rzadko odwiedzanego laboratorium Genesis. I chociaż nie dano im kamienia księżycowego do zapamiętania, odbyli bezprecedensową wycieczkę po każdym astromateriale, który NASA zebrała z innych ciał w Układzie Słonecznym i poza nim. Mamy teraz okazję zbadać, jak NASA chroni swoje najrzadsze i najcenniejsze przykłady z innych światów. Dalej w pierwszej osobie historia Ars.
Meteoryty antarktyczne
Najpierw chcieliśmy przyjrzeć się słynnej marsjańskiej skale.
Zanim dotarliśmy do laboratorium meteorytów NASA, zdjęliśmy obrączki, a następnie włożyliśmy pokrowce na buty, czepki chirurgiczne i białe szaty. Za szatnią przeniesiono nas do małej celi, w której prysznic powietrza odbierał od nas wolne cząsteczki - rodzaj symulatora huraganu. Wreszcie trafiamy do jasno oświetlonego sterylnego pokoju, w którym NASA przechowuje asteroidy zebrane przez naukowców na Antarktydzie.
Film promocyjny:
Ta kolekcja zawiera około 20000 kamieni, ale najsłynniejszy z nich to ALH84001. Około 16 milionów lat temu duży meteoryt lub asteroida o średnicy od 0,5 do 1 kilometra spadł na powierzchnię Marsa i uniósł rząd skał w kosmos z prędkością przekraczającą prędkość planetarnej ucieczki. Jeden z nich przeleciał przez kosmos i 13 000 lat temu wpadł na Antarktydę. Zespół naukowców, finansowany przez National Science Foundation, odkrył go zimą 1984 roku, ale nie wiedział wówczas, że planetoida jest domem dla Marsa.
Amerykanie nie byli pierwszymi, którzy zdali sobie sprawę, że Antarktyda to najlepsze miejsce na świecie do poszukiwań meteorytów. Japońscy odkrywcy chodzą i zbierają je tam od lat 60. Kiedy w 1973 roku geolog z University of Pittsburgh, William Cassidy, dowiedział się o ich udanych znaleziskach wszelkiego rodzaju meteorytów, przekonał National Science Foundation do finansowania amerykańskich wypraw. W 1976 roku Amerykanie dogonili japońskich naukowców w tej dziedzinie; a dwa lata później utworzono laboratorium NASA do przechowywania tych próbek.
Chociaż strumień meteorytów na Antarktydzie nie różni się od strumieni na całym świecie, klimat na tym kontynencie jest suchy i zimny, prawie bez ludzi, co pomaga meteorytom pozostać nietkniętym. Geografia też pomaga. Gdy masywne tafle lodu wypływają z bieguna południowego, zderzają się z Górami Transantarktycznymi, grzbietem o wysokości 3500 kilometrów, który rozciąga się na całym kontynencie. Meteoryty wpadają w szeroki i płaski region polarny i są pochłaniane przez ten strumień, który zatrzymuje się po dotarciu w góry.
„Kiedy pojawia się ten lód, odpowiednia kombinacja wysokości i temperatury tworzy strefę ablacji dla lodu, a meteoryty pozostają pod nim” - wyjaśnia Kevin Reiter, planetolog i kustosz antarktycznego meteorytu. „Na grzbiecie są obszary z niesamowitą koncentracją meteorytów”.
Skały pozostają zamarznięte, dopóki nie dotrą do laboratorium w Houston. Zapobiega to rdzewieniu i zmianom minerałów, które mogą wystąpić w wyższych temperaturach. W laboratorium kamienie topią się w ciepłym, suchym środowisku, z którego szybko usuwa się wilgoć. Kamienie są następnie przechowywane w szafkach z azotem, aby zapobiec dalszemu utlenianiu.
Dziesięć lat po odkryciu ALH84001 naukowcy zdali sobie sprawę, że ten i kilkanaście innych podobnych meteorytów prawie na pewno pochodzi z Marsa, ponieważ zawierają śladowe ilości gazu nieodłącznie związanego z atmosferą Marsa.
Doprowadziło to do nieoczekiwanego wzrostu zainteresowania laboratoriów. Kiedy Dave McKay i inni naukowcy z Johnson Space Center zbadali skałę, odkryli maleńkie, dziwne cechy, które przypominały skamieniałości podobne do robaków. W oparciu o to odkrycie w 1996 roku w Science opublikowano artykuł, w którym naukowcy ogłosili odkrycie dowodów na istnienie starożytnego życia na Marsie. Z dnia na dzień laboratorium do badań meteorytów antarktycznych stało się jednym z najgorętszych miejsc na świecie. Naukowcy i dziennikarze rywalizowali ze sobą, aby dostać się do środka.
Dzisiaj, gdy łaziki NASA drapią całą powierzchnię Marsa, może się wydawać, że poszukiwanie nowych skał marsjańskich na Antarktydzie, gdzie były one wystawione na ziemską atmosferę przez tysiące lat, byłoby bezużyteczne dla nauki. Ale to nieprawda, mówi Reiter.
„Marsjańskie meteoryty cieszą się dużym zainteresowaniem” - wyjaśnia. - Otrzymaliśmy wiele przydatnych informacji o Marsie od łazików, a wiele uwagi poświęca się znalezieniu dowodów na istnienie wody w stanie ciekłym, substancji lotnych i wszystkiego, co może być związane z życiem. Jednak kiedy zbieramy marsjańskie skały tu na Ziemi, nie ma zbyt wielu dowodów w tych meteorytach, które wskazywałyby na takie procesy. Dlatego uważamy, że w naszej kolekcji brakuje znacznej części różnorodności skał Marsa. Gdybyśmy faktycznie znaleźli kawałek osadu z Marsa, na Ziemi mogłoby być o wiele więcej pomiarów w laboratorium, niż pozwoliłyby na to misje robotów”.
Oprócz skał marsjańskich NASA ma setki meteorytów z dużej asteroidy na Zachodzie, a niektóre z nich prawdopodobnie pochodzą z innych ciał w pasie asteroidy. Istnieją również meteoryty z Księżyca i Reiter twierdzi, że oferują one cenną różnorodność w naszej próbie sześciu księżycowych miejsc lądowania. Jest też kilkadziesiąt „zbłąkanych” meteorytów, których pochodzenia naukowcy nie potrafią prześledzić. Możliwe, że jeden z nich urodził się na Wenus lub Merkurym. Poszukiwanie interesujących nowych meteorytów jest powodem, dla którego naukowcy wracają na Antarktydę każdego listopada.
Jeśli chodzi o ALH84001, Reiter otrzymał spakowany meteoryt w mgnieniu oka. „To jest to” - mówi, żebyśmy zrozumieli skalę dostawy. „Duży kawałek skały”. Był tam duży kawałek skały. Wkrótce po opublikowaniu w Science większość społeczności naukowej wymyśliła inne, bardziej akceptowalne wyjaśnienie dla małych tuneli kopalnych. Ten kamień jest dziś bez życia i prawdopodobnie zawsze nim był.
Ale poszukiwania trwają. Jeśli Wszechświat ma przynieść na Ziemię fragmenty innych światów, możemy przynajmniej jechać i je zdobyć.
Komety i gwiezdny pył
Stał na stole, tuż przed nami. Jedenaście lat temu ten zestaw 132 wypełnionych aerożelem płytek w kształcie rakiety tenisowej przeleciał przez śpiączkę Komety Wilde 2. Po przejściu 400 kilometrów od jądra komety, układ najpierw uchwycił drobne fragmenty komety. Sonda Stardust powróciła na Ziemię w 2006 roku. Teraz, prawie dziesięć lat później, naukowcy nadal badają każdą płytkę pod kątem cząstek kurzu, które zostały uwięzione w aerożelu.
Sam aerożel jest niemal magiczną substancją. Wygląda jak zamarznięty dym. Z gęstością 1000 razy mniejszą niż szkło, jest to prawie powietrze. Ale jest idealny do zatrzymywania cząstek mniejszych niż ziarenko piasku, które przemieszczają się sześć razy szybciej niż kula karabinowa. Cząsteczki tworzą ślady, gdy przechodzą przez aerożel, aż do zatrzymania, ale są całkowicie zniszczone.
Ron Bastien, kierownik Stardust Lab, przygotował jedną z płytek do zademonstrowania podczas naszej wizyty. „Jeśli przyjrzysz się temu uważnie, zobaczysz przechodzącą przez nią linię, w tym miejscu mała cząsteczka uderza w aerożel i przedostaje się przez niego” - mówi. „Jeśli spojrzysz na dno tego szlaku, zobaczysz cząstkę”. Cząstka komety oddalona teraz o setki milionów kilometrów.
Dziesiątki zespołów badawczych zbadały materiał komety. Ku ich zaskoczeniu odkryli, że komety powstają jednocześnie w warunkach oblodzenia i gorąca. Naukowcy od dawna wiedzieli, że lód kometowy tworzy się na zimnych krawędziach Układu Słonecznego poza orbitą Neptuna, ale teraz zdali sobie sprawę, że skaliste jądro tworzy się znacznie bliżej Słońca.
Są tego świadomi, ponieważ niektóre cząsteczki zebrane przez Stardust były białe i nieregularne. Uważa się, że te inkluzje wapniowo-glinowe utworzyły się bardzo blisko powierzchni Słońca w ogniu stworzenia Układu Słonecznego. Są jednymi z najstarszych materiałów w Układzie Słonecznym, które mają blisko 4,56 miliarda lat. A teraz naukowcy znaleźli je w kometach, które podróżowały do Plutona i dalej. Daje to naukowcom dodatkowe przekonanie, że badanie komet to badanie kapsuł czasowych, które wiele powiedzą o czasach formowania się Układu Słonecznego.
Ponieważ taca z aerożelem była dostarczana do komety przez stosunkowo krótki czas, misja Gwiezdny pył miała drugą tacę płytek, na wypadek pożaru.
Podczas długiego lotu do iz Komety Wilde 2 sonda wykorzystała tę drugą tacę do zbierania pyłu międzygwiazdowego. W przeciwieństwie do potężnego strumienia cząstek komet, naukowcy spodziewali się zebrać tylko kilka malutkich cząstek międzygwiazdowych wielkości mikronów, pędzących w kierunku Układu Słonecznego pod różnymi kątami. Kiedy więc statek kosmiczny powrócił na Ziemię, poproszono naukowców o znalezienie tych cząstek.
Laboratorium Gwiezdnego pyłu zainstalowało automatyczne mikroskopy skanujące, które robiły zdjęcia kolektora międzygwiazdowego, a naukowcy zaprosili publiczność - „prochowca” - do pomocy w znalezieniu śladów cząstek na poszczególnych kafelkach w ramach projektu Stardust @ Home.
W sierpniu 2014 roku ogłoszono siedem cząstek pyłu międzygwiazdowego, pierwszych próbek pyłu z gwiazd spoza Układu Słonecznego. Dusters znalazł dwie cząsteczki. Nawet teraz naukowcy dopiero zaczynają rozumieć naturę tych cząstek, z których niektóre są „puszyste” jak płatki śniegu i mogły pochodzić z eksplozji supernowej miliony lat temu.
Geneza
Przygotowywaliśmy się do najsmaczniejszej części spaceru przez półtorej godziny, kiedy Judine Alton zapytała, czy musimy iść do toalety (zapomniałam zapytać wcześniej). Na szczęście nie jest to konieczne.
NASA przechowuje najbardziej wrażliwe próbki w laboratorium Genesis, które jest utrzymywane w czystości zgodnie z najsurowszymi protokołami centrum kosmicznego. Laboratorium Genesis przechowuje cząsteczki wiatru słonecznego, maleńkie kawałki Słońca, które zawierają wskazówki dotyczące składu mgławicy słonecznej, kiedy planety dopiero się formowały.
Tego ranka poinstruowano nas, aby nie nosić obrączek ani używać dezodorantu. Na korytarzu zakładamy rękawiczki, ochraniacze na buty i siatki na włosy. W „szatni” założono maski, kombinezony, nakrycia głowy, specjalne buty i drugą parę rękawiczek. Zabrali też mój zeszyt i dali mi „czysty” papier - aw środku dostałem też „czysty” długopis Sharpie. Nasz sprzęt fotograficzny również przeszedł porządek: musieliśmy poświęcić kilka minut na wycieranie soczewek i statywów chusteczkami nasączonymi alkoholem, aż naukowcy byli pewni, że urządzenia są wystarczająco wolne od kurzu.
Po tym wszystkim zapytaliśmy, ilu gości przyjęło laboratorium. „Nie przyjmuję ludzi” - powiedział Alton, kustosz laboratorium. - Jesteście wyjątkowi. Dzieje się tak głównie dlatego, że ludzie są brudni”.
W 2001 roku sonda NASA Genesis poleciała w kosmos do punktu L1 Lagrange, w którym grawitacja między Ziemią a Słońcem jest zrównoważona. Od ponad dwóch lat układy aparatu gromadzą jony wypływające z zewnętrznej warstwy Słońca. Filtry zostały opracowane z różnych materiałów o różnej czystości, w tym aluminium, szafiru, germanu, krzemu, złota i amorficznego węgla podobnego do diamentu, w celu zbierania różnych rodzajów wiatru słonecznego.
Uważano, że statek kosmiczny byłby w stanie zebrać miliardy cząstek słonecznych o wadze zaledwie kilku ziarenek soli, a następnie udać się na Ziemię. Ale podczas ostatniej fazy powrotu spadochron samolotów zawiódł i spadł na pustyni Utah z katastrofalną prędkością 300 km / h.
To miał być koniec. W przypadku większości eksperymentów oznaczałoby to koniec gry. Ale wychwycone cząsteczki wiatru słonecznego znajdowały się 40-100 nanometrów pod powierzchnią. Naukowcy, w tym Alton, odkryli, że mogą uratować część cząstek, jeśli dokładnie wyczyszczą filtry, które przetrwały zderzenie z Ziemią.
Krótko mówiąc, naukowcy dostosowali się. W jasno oświetlonym, czystym pomieszczeniu Carla Gonzalez pokazała nam, jak dokładnie umieściła strumień ultraczystej wody na filtrze do próbek obracającym się z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę. Po 15 minutach woda oczyściła filtr z ziemi i śmieci kosmicznych. Ten proces również nie pozostawił rozpuszczalników. W ciągu dziesięciu lat od powrotu Genesis na Ziemię, Alton, Gonzalez i inni oczyścili i sklasyfikowali ponad 2000 próbek, z których wiele jest dostępnych do zbadania przez naukowców.
Naukowcy zrealizowali większość celów badawczych misji, w tym zaskakujące odkrycie, że Słońce ma więcej tlenu-16, najbardziej obficie występującego izotopu, niż Ziemia. Ta rozbieżność skłoniła naukowców do zbadania, w jaki sposób tlen opuszczał Słońce w ciągu pierwszych kilku milionów lat jego istnienia, co doprowadziło do nowych odkryć dotyczących natury i rozwoju wczesnego Układu Słonecznego.
Gdy dotarliśmy do końca naszej wycieczki w nieskazitelnym laboratorium, Gonzalez wyciągnął filtr z ultraczystą wodą. Zapytałem, czy da się go teraz zjeść, skoro jest tak czysty. - Myślę, że możesz - odparł Alton. - Ale złamałbyś mi serce, gdybyś to zrobił.
Kamienie księżycowe
Ryan Ziegler uśmiechnął się szeroko, a jego okrągłą twarz idealnie podkreślała czysta czapka zakrywająca jego głowę, gdy znaleźliśmy się przed lśniącymi, wielotonowymi drzwiami skarbca bankowego. „No cóż, najlepsze zostawiłem na koniec” - powiedział. Ziegler bada skały księżycowe w Johnson Space Center, aby lepiej zrozumieć, jak powstał księżyc. Nadzoruje również próbki Apollo i zorganizował naszą wycieczkę po Laboratorium Astromateriałów NASA.
Staliśmy teraz przed sklepieniem, w którym znajdowały się dwie trzecie wszystkich kamieni księżycowych na świecie.
A potem weszliśmy. Zbudowany w 1979 roku budynek ten mieści kolekcje od Apollo 11 do Apollo 17, umieszczone w oddzielnych szafkach ze stali nierdzewnej. Astronauci przynieśli około 2200 próbek podczas sześciu misji Apollo. Chociaż 85% kolekcji pozostaje w nienaruszonym stanie, obecnie śledzonych jest ponad 100 000 kamieni księżycowych. „Ogólny nadzór NASA umożliwia zażądanie określonej próbki w dowolnym momencie i można ją znaleźć” - wyjaśnił Ziegler.
W samym pokoju było coś pozaziemskiego. Same kamienie nie były widoczne; zostały starannie zapakowane w metalowe pojemniki w worki teflonowe, zamknięte trzykrotnie w szafkach, które same były wypełnione czystym azotem. „Wiele wysiłku wkłada się, aby te księżycowe okazy były bezpieczne dla przyszłych pokoleń” - mówi Ziegler. I chociaż ich nie widać, czuć obecność ton kamieni. Kiedyś leżały na powierzchni Księżyca przez miliardy lat, a następnie zostały zebrane przez tuzin ludzkich rąk, uniesione z powierzchni Księżyca i wpadły do Oceanu Spokojnego. A teraz znów leżą cicho, już w tym pokoju.
Pomimo podjętych środków ostrożności „otwarte” próbki nie mogą być przechowywane w nieskończoność. Nawet wewnątrz potrójnie uszczelnionych, hermetycznych pojemników ultraczysty azot zawiera 10 do 100 ppb wody. Skały księżycowe nie wykazują żadnych oznak korozji, ale wciąż najwyższe nanometry lub dwa zostały już skażone. Ziegler prowadzi nas do jednej z szaf. „Te nigdy nie były otwierane” - mówi. „To trzy z siedmiu nieodkrytych próbek”. Zostały one zebrane w próżni powierzchni Księżyca, umieszczone w próżniowo zamkniętych tubach i tak pozostają do dziś. NASA oszczędza je na niepewną teoretyczną przyszłość, w której naukowcy znajdą wspaniałe nowe sposoby analizy.
70% wszystkich księżycowych skał jest przechowywanych w tym jednym pomieszczeniu. Około pięć procent zostało zniszczonych podczas różnych procesów badawczych, a kolejne 15% jest przechowywanych w zapasowym magazynie w White Sands w Nowym Meksyku. Centrum Kosmiczne im. Johnsona jest bezpieczne, a obiekt ten znajduje się na drugim piętrze. Ale centrum kosmiczne znajduje się po drugiej stronie ulicy od Clear Lake, które wpada do Galveston Bay, która wpada do Zatoki Meksykańskiej. Huragan 5 kategorii może zniszczyć ten obiekt.
Ziegler wyprowadza nas ze skarbca do podobnej wielkości pracowni, w której przechowywana jest reszta kamienia księżycowego. Duże kawałki Księżyca są wyświetlane w większych szafkach ze stali nierdzewnej. Próbki są tu zwracane po zbadaniu - laboratorium dostarcza naukowcom od 500 do 1000 próbek księżycowych rocznie do badań. Sprowadzani są tu również VIP-y, aby pokazać kamienie księżycowe.
Wśród prezentowanych okazów jest tak zwana skała Genesis, która wydaje się być pokryta cukrem pudrem. Załoga Apollo 15 miała za zadanie znaleźć tylko jeden w skale anortozytowej i znaleźli go w pobliżu Apeninów. Mający 4,1 miliarda lat, urodzony zaledwie kilkaset milionów lat po powstaniu Układu Słonecznego, kamień Genesis pomógł potwierdzić teorię powstania Księżyca po zderzeniu Ziemi z obiektem wielkości Marsa na samym początku Układu Słonecznego.
Na podstawie materiałów firmy Ars Technica