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圣路易斯华盛顿大学新闻

古老的岩石,新的科学:为什么阿波罗11号的样本仍然和以前一样重要

(Tom Malkowicz/华盛顿大学视频)

1969年春天,在参观俄亥俄州立大学极地中心时,吉丝兰·克罗扎兹获得了第一次南极全女性科学考察队的职位。

“我说的是‘,不,谢谢,’,”她在布鲁塞尔家中的一封电子邮件中写道。

前一年,罗伯特·m·沃克,当时的物理学教授科洛扎兹获得了圣路易斯华盛顿大学博士后研究员的职位。

她说:“我来美国是为了参与对首批月球样本的多学科研究。这是一个比南极洲更令人兴奋的尝试。”

克罗扎兹加入了沃克的团队,最终加入了教员队伍,成为麦克唐奈空间科学中心的一员,沃克是该中心的首任主任。

1969年7月16日,阿波罗11号从肯尼迪航天中心发射升空。该任务于7月20日登陆月球,并于7月24日返回地球。克罗扎兹说:“我们怀着敬畏的心情观看了1969年7月的登月,就像地球上其他数十亿人一样。”“就在人类首次进入太空大约10年后,尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)登上了月球表面,收集我们将于9月初收到的珍贵样本,当时我们已经过了必要的隔离期。”

Ghislaine Crozaz(站在)休斯顿的月球接收实验室,等待接收月球岩石的分配。(照片:Ghislaine Crozaz提供)

在收到他们的分配后,研究小组夜以继日地研究样本,并为首届阿波罗11号月球科学年会(现在被称为月球与行星科学会议(LPSC))发表研究报告。

你还在用它们做什么

在过去的50年里,在第一批月球样本的支持下,月球科学在华盛顿大学继续蓬勃发展。有额外的月球任务,但作为新一代的科学家到达华盛顿大学,他们继续使用相同的样本添加到越来越多的知识——不仅仅是了解月球,而且地球、太阳系和宇宙凝聚在一起。

1998年,作为一名刚毕业的研究生,瑞安·齐格勒(Ryan Zeigler)惊讶地发现,科学家们仍在研究阿波罗登月任务中的月球岩石。“我想,‘那些石头已经在这里30年了,你还在用它们做什么?’”“

在阿波罗11号从月球带回第一批样本50年后,今天的一名新研究生可能会问齐格勒同样的问题:我们能从这些古老的岩石中收集到什么新知识?

但是,正如Zeigler在2019年LPSC的摘要中所写的,月球样本是“源源不断的礼物”。“他应该知道。Zeigler于2004年在华盛顿大学获得物理学博士学位,目前在休斯敦的NASA’s Johnson太空中心担任月球样品管理员和行星科学家。

1969年7月16日,阿波罗11号首次载人登月任务从肯尼迪航天中心发射,并于1969年7月24日安全返回地球。宇航员收集了47磅的月球表面物质,返回地球进行分析。这里,巴兹·奥尔德林走过一些岩石。(图片:NASA提供)

齐格勒加入LPSC的还有布拉德利l乔利夫(Bradley L. Jolliff),他是斯科特鲁道夫(Scott Rudolph)艺术与行星科学教授以及物理学研究生Kainen Utt。

这三位科学家都直接或通过他们目前的研究表明,阿波罗11号及其后续任务带回的岩石和其他样本,从根本上改变了科学家们理解诸如太阳系形成等问题的方式。他们还明确表示,通过研究这些样本,我们可能会回答一些问题——我们提出的问题和我们还不知道自己提出的问题。

岩石和土壤的碎片

1969年7月24日,阿波罗11号结束了为期8天的任务返回地球。月球表面的岩石和风化层(包括土壤)是月球表面岩石和风化层(包括土壤)的样本。

由于沃克的游说,华盛顿大学成为首批从阿波罗11号获得岩石和土壤的150所大学之一。直到2018年夏天,来自那次任务的样本——以及几乎所有阿波罗任务的样本,直到1972年12月的最后一次任务——都安全地存放在物理系康普顿实验室的四楼。

“第一个样本是‘样本10084,’,”乔立夫笑着说。“这是有史以来研究最多的地质样本之一。上面写了几百篇论文。乔立夫自己也写了不少。他还在LPSC上发表了一篇关于样本重要性的摘要。

当然,研究它们可以告诉科学家月球上的情况,也可以帮助研究人员更好地理解遥感数据,从而更全面地了解现在月球上的情况,以及事情可能发生的变化。

乔立夫通过近距离和遥感研究月球样本,两种方法相辅相成。“这些样本被用作‘地面真相,’,”他说。例如,如果一个新的仪器上线,它可以指向采样点。因为研究人员已经知道那里有什么,他们可以利用这些知识校准仪器。

岩石和土壤的碎片也可以帮助科学家研究月球的过去。

“我们过去认为月球是非常干燥的,”乔立夫说。但是,使用新设备观察旧的月球样本可以阐明一直存在的特性。“SIMS(二次离子质谱法)的灵敏度足以测量水。现在我们知道它不是完全干的,”乔立夫说。新信息提供了一个提出新问题的机会,比如水在月球6037的历史中所扮演的角色。

然而,除了过去和现在的月球状况,研究月球样本也为太阳系的形成提供了理论依据。

“我们使用新技术来更好地确定陨石坑的年龄,”乔立夫说。“它真的帮助我们确定了猛烈轰击的时间,”指的是太阳系历史上行星形成后的一段时间,当时它们受到小行星和流星不断猛烈撞击的“攻击”。

缩小这一事件的时间范围对科学家理解太阳系的形成有着深远的影响。它可以帮助科学家确定这些巨大的气体行星是否在靠近太阳的地方形成,然后向外漂移,在重力作用下扰乱了柯伊伯带中的小行星,使它们撞向内部行星。或者木星是在离太阳更远的地方形成的,向内移动,然后改变方向,定居在当前的轨道位置?

乔立夫说,如果我们能确定这次猛烈撞击的年代,“它将真正告诉我们一些关于早期太阳系的基本信息。”

1969年7月20日,宇航员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林在月球表面进行舱外活动时收集到的月球岩石特写照片。在罗伯特沃克的游说下,华盛顿大学成为了第一批获得岩石和土壤样本的150所大学之一。沃克是为美国宇航局处理和分配样本提供建议的科学团队的成员。(图片:NASA提供)

‘sliver’的研究

乔立夫研究月球样本已有30多年。20年前,克罗扎兹拒绝了在北极创造历史的机会,转而在华盛顿大学创造了历史。Crozaz和Bob Walker最终结婚了;15年前,她以地球与行星科学艺术与荣誉教授的身份退休科学。

在Crozaz’s退休五年后,Zeigler处理了他的第一块月球岩石。他回忆道:“这既是兴奋,也是恐惧。”

尽管如此,在这些样本被带到地球50年后,年轻的研究人员对它们进行研究,并继续做出新的发现。这在一定程度上要归功于新技术。

Utt说:“当阿波罗11号的样本被带回地球时,我们还无法获得光谱技术,无法获得观察一些小规模效应所需的空间分辨率。”参考文献中的尺寸非常小:一粒土壤上只有60纳米。

Utt在物理学助理教授瑞安•奥格里奥雷(Ryan Ogliore)的实验室里,研究太空风化作用,即数亿年来太空对月球表面的影响。他不仅将利用这些知识来了解月球的历史,而且他还可以推断出其他“没有空气的物体”,比如小行星,在某种程度上,还有一些几乎没有大气层的行星。

乔立夫、乌特和齐格勒只是继续依赖月球样本的研究光谱中的一小部分。尽管对月球岩石的兴趣有增无减,但丝毫没有减弱的迹象。齐格勒不仅负责保护阿波罗号的样本,还负责把样本分发给研究人员进行研究。

Zeigler说:“当新的仪器和科学家变得活跃起来,他们就会想到新的想法。”“以前的想法会形成新的想法。”

尽管如此,Zeigler说,新月的样本还是很不错的,但是目前还有很多工作要做。他说:“我们已经向研究人员分发了500份。“我们试图保护他们,但我们也想最大限度地利用科学。”

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