Herontdekte gegevens van NASA's Apollo-missies uit de jaren zestig en zeventig hebben planetaire wetenschappers verrast met de eerste betrouwbare metingen van hoe snel stof zich ophoopt op het maanoppervlak.

Maanstof gedraagt ​​zich heel anders dan stof op aarde. Op aarde combineert regen met stof om modder te creëren. Op de maan is er geen regen of wind, en de stofkorrels stoten elkaar af in plaats van aan elkaar te plakken. De stofkorrels stuiteren door het maanlandschap bij elke impact van rotsachtig materiaal, banen zich langzaam een ​​weg naar beneden in de kraters en valleien en vullen ze geleidelijk op.

Zoveel wisten wetenschappers al, maar een nieuwe analyse van gegevens uit het Apollo-tijdperk, gepubliceerd op 18 mei 2022 in Geophysical Research Letters, laat zien hoe snel het proces plaatsvindt.

"We wisten niet of een aanzienlijke stofophoping in kraters tienduizenden jaren zou duren of slechts duizend of twee", zegt hoofdauteur Benjamin Weiss, wetenschappelijk onderzoeker aan het MIT. “En nu weten we dat het dichter bij dat laatste ligt.”

De resultaten suggereren dat maanstof een overvloedige hulpbron zou kunnen zijn voor toekomstige maanverkenners, die het mogelijk zouden kunnen opscheppen en gebruiken om stenen, wegen en zelfs 3D-geprinte structuren op de maan te creëren. Dat zou geld en tijd kunnen besparen voor maanmissies, omdat veel van de materialen die worden gebruikt bij het bouwen van maannederzettingen misschien niet langer vanaf de aarde hoeven te worden getransporteerd.

Apollo's last-minute ontdekking

Toen de Apollo 11-astronauten in juli 1969 op de maan landden, stuitten ze op een zeer fijnkorrelige maangrond – stof – in plaats van het vaste gesteente dat ze hadden verwacht. Wetenschappers wisten niet zeker of de gladde en stoffige grond uniek was voor de landingsplaats van Apollo 11, of dat deze een groot deel van de maan bedekte. Bij daaropvolgende Apollo-missies bleek al snel dat het stof het hele maanoppervlak bedekte.

Apollo 15-commandant David Scott staat op 31 juli 1971 op de maan, tijdens het allereerste gebruik van de maanrover. Stof bedekte het maanoppervlak, maar bleef niet goed plakken aan de laarzen van de astronaut of de maanrover. [Meer]

Stof bedekte het maanoppervlak, maar bleef niet goed plakken aan de laarzen van de astronaut of de maanrover.

Dat stof bleef ook aan alles plakken. Astronauten ontdekten dat het zich vastklampte aan hun pakken en uitrusting, en Jim Irwin, piloot van de Apollo 15-maanmodule, beschreef het op gedenkwaardige wijze als een geur ‘naar verbruikt buskruit’.

Astronauten die wetenschappelijke experimenten uitvoerden, merkten ook vreemde dingen op. Het Apollo 15-team zette een grote rechthoekige reflector op als laserexperiment en reed vervolgens weg in de maanrover om andere instrumenten op te stellen. Toen ze uren later terugkwamen bij de retroreflector, merkten ze dat er een dunne laag stof op zat.

Op dezelfde manier plantten de astronauten van Apollo 12 en Apollo 14 zonnewindcollectoren als experimenten. Destijds werd zonnewind slecht begrepen en wetenschappers wisten dat deze helium en waterstof bevatte. De collectoren waren gemaakt van een dunne plaat aluminium, met 200 kleine putjes van 1 millimeter gelijkmatig verdeeld. Er werd aangenomen dat micrometeorieten op de maan uiteindelijk enkele van de putten zouden opvullen, waardoor wetenschappers een manier kregen om af te leiden hoe snel dat gebeurde.

“Wat ze niet hadden verwacht, is dat de putten zich zouden vullen met maanstof,” zei Weiss. “Niemand realiseerde zich dat maanstof zich zo snel ophoopte.”

'Als sneeuw die op een auto valt'

Jaren na de Apollo-missies was Weiss bezig met het doorzoeken van oude maangegevens toen hij de foto's en technische schema's tegenkwam van de zonnewindcollector die tijdens de Apollo 14-missie op de maan was geplaatst. Hij realiseerde zich al snel dat het experiment een unieke tijdcapsule was die informatie kon verschaffen over hoe snel stof zich ophoopte op het maanoppervlak.

“Het is alsof er sneeuw op een auto valt”, zei Weiss. “Je gaat de winkel binnen en als je een tijdje later weer naar buiten komt, heeft zich nog meer sneeuw op de auto opgehoopt.”

De technische schema's van Apollo 14 en foto's van de zonnewindcollectoren van Apollo 12 gaven Weiss exacte afmetingen en hoeken om het aantal met stof bedekte putten te berekenen op basis van schaduwen op de foto's. Met behulp van kratertellingen op maanbeelden met hoge resolutie om de ouderdom van de verschillende Apollo-landingsplaatsen te schatten, berekende Weiss dat stof zich elke miljoen jaar in de orde van enkele centimeters ophoopt.

Omdat deze accumulatie zo onverwacht was, zijn andere mogelijke verklaringen onderzocht en uitgesloten. Maanstof op het oppervlak van zonnewindcollectoren wordt bijvoorbeeld waarschijnlijk niet van ver weg getransporteerd of afgezet door een grote inslag of explosie die het stof over grote afstanden verspreidt – omdat de stofverdeling er aan de randen van de experimenten anders uit zou zien. Maanstof wordt ook niet herverdeeld rond de maan door elektrostatische krachten die verband houden met het opladen door zonnestraling.

Het team gebruikte vervolgens computermodellen om te simuleren hoe de stofdeeltjes zouden kunnen worden herverdeeld door kleine maaninslagen. De simulaties kwamen overeen met de waargenomen snelheid van stofophoping, wat erop wijst dat kleine effecten de waarschijnlijke oorzaak zijn.

Nu de snelheid waarmee maanstof zich ophoopt beter wordt begrepen, wordt maanstof niet alleen beschouwd als een ongewenste hindernis die aan de pakken van astronauten blijft plakken. Het wordt steeds meer gezien als een waardevolle hulpbron die kan worden gebruikt om de maangewoonte te ondersteunen