De voetafdruk van een astronaut in de maanregoliet, de laag fijne grijze aarde die het oppervlak van de maan bedekt. NASA

Tijdens de Apollo 15 en Apollo 17 missies naar de maan in 1971 en 1972, astronauten boorden gaten in het maanoppervlak en plaatsten daar sondes, in een poging om de ondergrondse temperatuur van de maan te meten en te kwantificeren hoeveel warmte zich van de maankern naar het oppervlak verplaatst. Maar nadat ze dat hadden gedaan, wetenschappers terug op aarde merkten een vreemd fenomeen op. De maanregoliet - dat wil zeggen, de laag grond en rotsfragmenten die het oppervlak bedekten - begon in temperatuur te stijgen en bleef dat nog enkele jaren daarna doen. Niemand wist zeker waarom, hoewel sommige wetenschappers dachten dat het veroorzaakt zou kunnen zijn door een of ander natuurlijk fenomeen, terwijl anderen vermoedden dat de astronauten het zelf hadden geactiveerd.

Het lijkt er nu op dat de astronauten inderdaad verantwoordelijk waren. In een op 25 april gepubliceerd artikel 2018 in het Journal of Geophysical Research, een tijdschrift van de American Geophysical Union (AGU), onderzoekers gebruiken gegevens die zijn verzameld van lang verloren NASA-tapes, foto's gemaakt door de astronauten, beelden van een maanorbiter en andere gegevens om aan te tonen dat de stijging van de maanoppervlaktetemperatuur rond de sondes van 1 tot 2 graden Celsius - 1,8 tot 3,6 graden Fahrenheit - waarschijnlijk werd veroorzaakt door menselijke activiteit.

Zoals deze blogpost van AGU-wetenschapsschrijver Lauren Lipuma uitlegde, door rond te lopen en een rover te besturen, de astronauten verstoorden blijkbaar de regoliet, waardoor het donkerder wordt. Dat, beurtelings, zorgde ervoor dat het maanoppervlak in die gebieden minder zonnestraling terug de ruimte in reflecteerde, en in plaats daarvan absorberen, het oppervlak verwarmen.

De NASA-tapes opsporen

Om met bewijs te komen om dat scenario te ondersteunen, wetenschappers moesten jarenlang wetenschappelijk speurwerk doen. Hoofdauteur Seiichi Nagihara, een universitair hoofddocent geofysica aan de Texas Tech University, en collega's hebben jarenlang gezocht naar verloren gewaande tapes met gegevens die waren verzonden vanaf de instrumenten die op de maan waren achtergelaten.

Zoals Nagihara in een e-mail uitlegt, de gepubliceerde gegevens van het Apollo-warmtestroomexperiment, die een stijging van de oppervlaktetemperatuur liet zien, besloeg alleen de periode van 1971 tot 1974. Maar Nagihara wist dat het experiment eigenlijk tot september 1977 had geduurd. "Ik wilde weten of deze opwarming tot het einde aanhield, " hij schrijft.

Maar de banden met die informatie ontbraken. "Toen we begonnen, we wisten niet of deze banden nog bestonden, Nagihara zegt. "We hebben een paar jaar lang mensen geïnterviewd die betrokken waren bij het Apollo-programma en hebben de memo's en rapporten uit die periode doorgenomen."

Zoals Lipuma's blogpost details, ontdekten de onderzoekers eindelijk dat NASA een aparte set banden had gemaakt, speciaal voor archivering. Uiteindelijk vonden ze 440 van de banden, voor een periode van april tot en met juni 1975, stof ligt te vergaren in het Washington National Records Center in Suitland, Maryland, een deel van het Nationaal Archief dat gegevens van verschillende federale instanties opslaat.

De gegevens herstellen

Maar dat was nog maar het begin van het werk. "De degradatie van deze banden was een serieus probleem, " legt Nagihara uit. "We werkten samen met bedrijven die expertise hebben in het herstellen van gegevens van oude gedegradeerde magneetbanden. Een andere grote uitdaging was het verwerken van de gegevens die van deze tapes waren teruggevonden. Deze banden registreerden elektronische metingen (bijv. spanningsmetingen van verschillende sensoren) output van de verschillende instrumenten die op de maan zijn achtergelaten. Dus, we moesten ze scheiden in de datasets voor de individuele instrumenten, en ze vervolgens verwerken tot wetenschappelijk betekenisvolle getallen zoals temperaturen. Opnieuw, we hebben talloze memo's en rapporten doorgenomen om deze verwerkingsstappen uit te zoeken. Dat heeft nog een aantal jaren geduurd."

De onderzoekers combineerden gegevens van de banden met informatie uit honderden wekelijkse logs van het Lunar and Planetary Institute in Houston. Dat stelde hen in staat om temperatuurmetingen te reconstrueren voor gaten in de banden van januari tot maart 1975 en juli 1975 tot februari 1976, het punt waarop de sondes het einde van hun levenscyclus naderden, volgens de blogpost van Lipuma.

Toen de onderzoekers de gegevens analyseerden, ze ontdekten dat de sondes die dichter bij het oppervlak waren, de temperatuur sneller en hoger lieten stijgen dan dieper begraven sondes. Dat gaf aan dat de hitte eigenlijk aan de oppervlakte begon, in plaats van eronder.

De verduisterde Regoliet

Toen de wetenschappers foto's van de landingsplaatsen bekeken, gemaakt door de Lunar Reconnaissance Orbiter, ze zagen dat de grond rond de plaatsen waar de astronauten de sondes hadden geïmplanteerd, donkerder was dan de omliggende ongestoorde gebieden, die de hoeveelheid zonnestraling die terug in de ruimte wordt gereflecteerd, zou verminderen. Foto's die de astronauten tijdens de missies hebben gemaakt, tonen ook voetafdrukken en andere veranderingen die hun aanwezigheid in het oppervlak heeft aangebracht.

Walter Kiefer, een stafwetenschapper bij het Lunar and Planetary Institute en een van Nagihara's co-auteurs, legt in een e-mail uit dat het verwarmingseffect "vrij gelokaliseerd was. Het deed zich alleen voor waar de activiteiten van de astronauten waren geconcentreerd, vooral langs hun voetsporen (of roversporen), en waar ze uitgebreid werk hebben verricht door monsters te verzamelen en experimenten uit te voeren. Het grootste getroffen gebied was hoogstwaarschijnlijk het inzetgebied van het experiment, die 20-30 meter (66-98 voet) breed was en uitgebreid werkte. De regoliet (bodem) was op die plaatsen verduisterd, en de verwarming zou zich in de loop van de tijd langzaam naar beneden voortplanten.

"Echter, gebieden aan de zijkant waar niet op gelopen werd, zouden koeler zijn en zouden kunnen helpen om de warmte die zich naar beneden voortplant te minimaliseren. Om die reden, Ik verwacht dat het totale effect niet erg diep zal reiken, maar we hebben dit niet tot in detail berekend."

In de krant, de onderzoekers merken op dat toekomstige warmtestroommetingen op de maan rekening moeten houden met het effect van het inzetten van de sondes. Maar anders dan dat, het opwarmingseffect was niet zo'n significante verandering van de maanomgeving. Kiefer zegt dat de activiteit van astronauten rond een toekomstige maanbasis hetzelfde effect kan hebben, maar dat de temperatuurstijging gering zou zijn en waarschijnlijk niet erg ver zou doordringen.

Zoals Nagihara uitlegt, de teruggevonden banden bevatten gegevens van alle instrumenten die de Apollo-astronauten op de maan hebben ingezet, en er valt nog meer van hen te leren. "Ik heb alleen de gegevens van de warmtestroomexperimenten gebruikt, ' schrijft hij. 'De banden bevatten gegevens van vele andere experimenten. We verwerken ook gegevens van deze andere experimenten, archiveren met NASA's datarepository's, en ze beschikbaar te maken voor andere planetaire onderzoekers. Bijvoorbeeld, door de gegevens van deze banden te analyseren, een van mijn collega's ontdekte dat er meer maanbevingen zijn geweest dan eerder gemeld."

Dat is nu interessant

Joshua Bandfield, een senior onderzoeker aan het Space Science Institute in Boulder, Colo. die niet betrokken was bij de studie, zegt in een e-mail dat het opwarmende effect waarschijnlijk minder zal zijn bij een toekomstige Mars-missie. "Marsoppervlakken zijn meestal zanderig of stoffig en vooral de stoffige oppervlakken kunnen worden verdicht, waarschijnlijk hun reflectiviteit en thermische geleidbaarheid veranderen, " schrijft hij. "Echter, deze oppervlakken zijn lang niet zo fijn gestructureerd en isolerend als de maanbodems en elke verandering zal waarschijnlijk kleiner zijn dan de effecten op het maanoppervlak."