50年前，美国国家航空航天局的宇航员从阿波罗11号上走下来，运送了立即成为地球上最珍贵的岩石:月球表面近50磅重的尘埃和岩石碎片。
突然间，地球科学家们最疯狂的梦想成真了，他们在另一个天体上收集到的第一批岩石碎片被送往美国各地的实验室进行分析。
“你不能夸大拥有这些样本进行研究的实际价值。地球物理科学系教授尼古拉斯·道法斯(Nicolas Dauphas)说。道法斯是研究地球和月球岩石同位素组成的先驱。“在阿波罗11号之前，月球是奶酪做的。”
但是，即使经过半个世纪的深入研究和发现——其中许多是在芝加哥大学发现的——月球仍然很神秘。科学家们对月球是如何形成的，甚至它的年龄都没有一个确切的了解。
“还在问这个问题，真是太棒了，”在多法斯实验室研究阿波罗样本的研究生妮科尔·尼(Nicole Nie)说。
今年晚些时候，来自芝加哥大学及其附属阿贡国家实验室的科学家们希望，当他们收到来自阿波罗15号、16号和17号任务的独一无二的包裹岩石时，能得到更多的线索。美国宇航局将这些包裹岩石封存起来，供子孙后代研究。阿贡的科学家们将使用来自阿贡巨型粒子加速器的强大x射线来检测月球岩石的分子组成。
粉碎的期望
地球是动态的。板块构造不断地吸收地表下的旧岩石，并推高新的岩石。任何给定的地球岩石都可能有40亿年的历史(加拿大西北地区的一些条纹岩石)到几个小时的历史(任何活火山)。
但月球不是这样。它没有板块构造，所以它的表面看起来和数十亿年前一样。由于岩石没有经常被搅拌和混合，宇航员铲起的土壤和岩石变化很大。有些是玻璃般的黑珠子;其他的则是松脆的白色。
通过观察这些五颜六色的岩石的组成，约瑟夫·史密斯教授在1969年得出结论，月球的外壳一定是由于早期的陨石撞击而广泛融化的。“肯定发生了巨大的碰撞。他在1999年的一次采访中说。“这在当时是异端邪说。”
同时，罗伯特·克莱顿教授分析了月球岩石中的氧气，并将其与土壤进行了比较。他的分析证实了月球和地球在某种程度上是有联系的，就像一个家庭中的兄弟姐妹一样。
摇摆的船
随着时间的推移，科学家们开始确定月球形成的理论。数十亿年前，某个与火星大小相仿的巨型物体撞击了新形成的地球。碰撞产生的碎片漂浮在轨道上，最终凝固成月球。
但随着他们对月球和地球样本的组成进行了更精确的测量，一个令人不安的结论变得越来越清晰:地球和月球岩石的组成比它们应该的相似得多。对这种碰撞的模拟相当明确地表明，月球应该主要由另一个物体构成，而这个物体不太可能具有与地球完全相同的组成。
这是一个问题:它被称为月球同位素危机。
科学家们正在研究能够解释这些证据的理论。也许撞击完全蒸发了原地球和那个具有侵略性的物体，月球和地球就从尘埃中形成了。也许是某种气氛使这两个物体在形成的过程中发生了交换。
然而，其他谜团依然存在，表明我们还有很多不明白的地方。例如:月球比地球更缺乏某些特别易挥发的元素。道法斯说:“在研究了第一批月球样本后，我们可以马上得出这个结论，但50年后，我们仍然不知道为什么。”(聂正在用月球样本来检验这个问题)。
一种珍贵的资源
道法斯的实验室有一组阿波罗号每次执行任务时的月球岩石。与他们一起，他和他的实验室调查问题——从地球从何时何地获得水到月球的“父系”。
由于一些测试涉及酸或其他破坏过程，他和他的团队仔细计算了每次测试需要多少月球样本，仅此而已。事实上，一些月球样本是克莱顿教授退休时从他的收藏中流传下来的。
“我们可以从一粒谷物中获得令人难以置信的大量信息，”芝加哥大学研究太空中岩石风化过程的研究生珍妮卡·格里尔(Jennika Greer)说。
他们使用的工具之一是先进的光子源，位于附近的阿贡国家实验室，它能产生能量极高的x射线，可以揭示岩石在分子水平上的样子。
然而，今年晚些时候，这个先进的光子源将迎来一个特殊的客人——一组从阿波罗任务中保存下来的从未打开过的样品。
这些从阿波罗15号、16号和17号任务中挑选出来的材料被认为是美国宇航局所能获得的最原始的样本，自收集以来一直保持着密封状态，要么是月球表面的真空密封，要么是冰冻的，要么只暴露在氦中，然后密封。
芝加哥大学高级放射源中心(Center for Advanced Radiation Sources)副研究教授、项目成员托尼·兰齐罗蒂(Tony Lanzirotti)说:“让NASA来欣赏他们应该保存未打开的样本，因为40-50年后，将会有新的方法来研究它们，而那时候还没有。”
他们将要研究的一个特别有趣的问题是月球形成时的内部是什么样子的。芝加哥大学研究教授史蒂夫萨顿(Steve Sutton)说，“这些粒子可能记录了数十亿年前月球火山释放出的气体类型，我们可以用束线解开这些气体。”萨顿将负责研究这些岩石。
50年后，从阿波罗任务中提取的样本对科学的价值显而易见。
道法斯说:“我可以用今天完全不同的技术来分析它们，为老问题找到新的答案。”“这是研究月球的好时机。有很多悬而未决的问题，而且总是有新的思考方法。”
– Argonne国家实验室的john Spizzirri对此有贡献。