Сокровища других миров: что прячет NASA в своем хранилище?
Здание 31 кампуса Космического центра Джонсона не отличается величием и историей какого-нибудь Лондонского Тауэра. Снаружи не стоит королевская стража. Однако именно здесь, в здании эпохи 60-х, NASA хранит драгоценности своей космической программы. Внутри различных чистых помещений кураторы следят за метеоритами с Марса и пояса астероидов, космической пылью, образцами солнечного ветра, частицами комет и, конечно, сотнями килограммов лунных пород. Ars Technica провел экскурсию в это секретное хранилище NASA и вытащил наружу много интересного, о чем мы и поговорим.
В конце декабря представители этого ресурса провели день, осматривая коллекции объекта 31, включая редко посещаемую лабораторию Genesis. И хотя лунный камешек на память им не дали, они провели беспрецедентный тур по всем и каждому астроматериалу, которые NASA собирало с других тел Солнечной системы и дальше. Теперь у нас есть возможность изучить, как NASA защищает свои самые редкие и ценные образцы других миров. Далее от первого лица, рассказ посетителей Ars.
Антарктические метеориты
Сначала мы хотели взглянуть на знаменитый марсианский камень.
Прежде чем попасть в метеоритную лабораторию NASA, мы сняли обручальные кольца, а затем надели бахилы, хирургические шапочки и белые облачения. После раздевалки нас перевели в небольшую камеру, в которой воздушный душ снял с нас свободные частицы - такой себе симулятор урагана. Наконец, мы попали в ярко освещенную стерильную комнату, в которой NASA хранит астероиды, которые ученые собрали в Антарктиде.
В этой коллекции содержится порядка 20 000 камней, но самым известным из них считается ALH84001. Примерно 16 миллионов лет назад крупный метеорит или астероид в поперечнике от 0,5 до 1 километра упал на поверхность Марса и поднял ряд камней в космос на скорости, превышающей планетарную скорость убегания. Один из них летел через космос и 13 000 лет назад упал в Антарктиду. Команда ученых, финансируемая Национальным научным фондом, обнаружила его зимой 1984 года, но не знала на тот момент, что родиной астероида был Марс.
Американцы далеко не первые поняли, что Антарктида - лучшее место в мире для поиска метеоритов. Японские исследователи ходили и собирали их там с 60-х годов. Когда геолог Университета Питтсбурга Уильям Кэссиди узнал об их успешных находках всех видов метеоритов в 1973 году, он убедил Национальный научный фонд профинансировать американские экспедиции. К 1976 году американцы догнали японских ученых в этой области; а спустя два года была создана лаборатория NASA для хранения этих образцов.
Хотя поток метеоритов в Антарктиде не отличается от потоков где-либо еще в мире, климат на этом континенте засушливый и холодный, людей почти нет, что помогает метеоритам оставаться нетронутыми. География тоже помогает. Пока массивные щиты льда плывут с Южного Полюса, они сталкиваются с Трансантарктическими горами, высокой грядой длиной в 3500 километров, которая растянулась по всему континенту. Метеориты падают на широкий и плоский полярный регион и поглощаются этим потоком, который останавливается после достижения гор.
«Когда появляется этот лед, правильное сочетание высоты и температуры создает зону абляции для льда, и метеориты остаются под ним, - объясняет Кевин Райтер, планетолог и куратор антарктического метеорита. - На гребне есть участки с невероятной концентрацией метеоритов».
Породы остаются замороженными, пока не достигнут лаборатории в Хьюстоне. Это предотвращает ржавление и изменение минералов, которое может происходить при более высоких температурах. Оказавшись в лаборатории, камни тают в теплой и сухой среде, из которой быстро удаляется влага. После этого камни хранятся в шкафах с азотом для предотвращения дальнейшего окисления.
Спустя десять лет после того, как ученые обнаружили ALH84001, они поняли, что этот и десяток других подобных метеоритов почти наверняка пришли с Марса, поскольку содержат следы газа, присущего атмосфере Марса.
Это привело к неожиданному всплеску интереса со стороны лабораторий. Когда Дэйв Маккей и другие ученые из Космического центра Джонсона исследовали камень, они обнаружили крошечные странные особенности, напоминавшие червеобразные окаменелости. На основе этой находки в 1996 году в журнале Science была опубликована статья, в которой ученые заявили об обнаружении свидетельств существования древней жизни на Марсе. За ночь лаборатория по изучению антарктических метеоритов стала одним из самых жарких мест в мире. Ученые и журналисты наперебой пытались попасть внутрь.
Сегодня, когда марсоходы NASA исцарапали всю поверхность Марса, может показаться, что поиск новых марсианских камней в Антарктиде, где они подвергались воздействию атмосферы Земли в течение тысяч лет, будет бесполезен для науки. Но это неверно, говорит Райтер.
«Марсианские метеориты представляют большой интерес, - объясняет он. - Мы получили много полезной информации о Марсе от марсоходов, и много внимания уделяется поиску свидетельств существования жидкой воды, летучих веществ и всего, что может быть связано с жизнью. Однако когда мы собираем марсианские камни здесь, на Земле, в этих метеоритах не так-то много свидетельств, указывающих на такие процессы. Поэтому мы считаем, что нам недостает существенной части разнообразия пород Марса в нашей коллекции. Если бы мы на самом деле обнаружили кусок осадочной породы с Марса, в лабораторных условиях на Земле можно было бы провести намного больше видов измерений, чем позволяют роботизированные миссии».
В дополнение к марсианским камням, у NASA есть сотни метеоритов с крупного астероида Веста, и, как полагают, некоторые пришли с других тел в поясе астероида. Есть также метеориты с Луны, и Райтер говорит, что они предлагают ценное разнообразие по сравнению с нашей выборкой из шести посадочных лунных мест. Еще есть несколько десятков «залетных» метеоритов, место происхождения которые ученые не могут отследить. Вполне возможно, что один из них родился на Венере или Меркурии. Поиск новых интересных метеоритов - причина возвращения ученых в Антарктиду каждый ноябрь.
Что касается ALH84001, Райтер получил упакованный метеорит в кратчайшие сроки. «Вот он, - говорит он, чтобы мы понимали масштабы доставки. - Большой кусок скалы». И там был большой кусок скалы. Вскоре после публикации в Science, большинство научного сообщества пришло к другому, более приемлемому объяснению небольших ископаемых туннелей. Этот камень безжизненный сегодня и, вероятно, всегда таким был.
Но поиск продолжается. Если Вселенная собирается принести на Землю куски других миров, меньшее, что мы можем сделать, это пойти и забрать их.
Кометы и космическая пыль
Он стоял на столе, прямо перед нами. Одиннадцать лет назад этот массив из 132 плиток, наполненных аэрогелем, в форме теннисной ракетки, пролетел через кому кометы Уайльда 2. Пройдя в 400 километрах от ядра кометы, массив впервые захватил крошечные кусочки кометы. Затем космический аппарат Stardust успешно вернулся на Землю в 2006 году. Теперь, почти десять лет спустя, ученые продолжают тщательно осматривать каждую плиточку в поисках частиц пыли, которые попали в аэрогель.
Сам по себе аэрогель это почти волшебное вещество. Оно похоже на замороженный дым. При плотности в 1000 раз меньшей, чем у стекла, это почти воздух. Но он идеально подходит для остановки частиц меньше песчинки размером, летящей в шесть раз быстрее ружейной пули. Частицы создают следы, проходя через аэрогель, пока не останавливаются, но не разрушаются целиком.
Рон Бастьен, менеджер лаборатории Stardust, подготовил одну из плиток для демонстрации во время нашего визита. «Если вы внимательно на нее посмотрите, то увидите эту линию, проходящую через нее, это место попадания небольшой частицы в аэрогель и ее путь через него, - говорит он. - Если вы заглянете на дно этого следа, там будет частица». Частица кометы, которая сейчас в сотнях миллионов километрах отсюда.
Материал кометы изучали десятки исследовательских групп. К их удивлению, они обнаружили, что кометы формируются одновременно в ледяных и в горячих условиях. Ученые давно знали, что лед кометы формируется на холодном краю Солнечной системы за орбитой Нептуна, но сейчас поняли, что каменное ядро образуется гораздо ближе к Солнцу.
Они знают об этом, потому что некоторые из частиц, собранных Stardust, были белыми и неправильной формы. Эти кальций-алюминиевые включения, как полагают, сформировались очень близко к поверхности Солнца в огне создания Солнечной системы. Они из числа самых древних материалов Солнечной системы, возраст которых близок к 4,56 миллиарда лет. И теперь ученые обнаружили их в кометах, которые путешествовали к Плутону и дальше. Это дает ученым дополнительную уверенность в том, что изучение комет - это изучение капсул времени, которые расскажут многое о временах образования Солнечной системы.
Поскольку аэрогелевый лоток был предоставлен комете в течение относительно короткого времени, миссия Stardust имела и второй лоток с плитками на всякий пожарный случай.
Во время длительного полета к комете Уайльда 2 и обратно, космический аппарат использовал этот второй лоток для сбора межзвездной пыли. В отличие от мощного потока частиц кометы, ученые ожидали собрать лишь несколько крошечных межзвездных частиц, с микрон размером, несущихся к Солнечной системе под разными углами. Поэтому когда космический аппарат вернулся на Землю, ученых попросили найти эти частицы.
В лаборатории Stardust поставили автоматические сканирующие микроскопы, которые делали снимки межзвездного коллектора, и ученые предложили публике - «дастерам» - помочь найти следы частиц в отдельных плитках в рамках проекта Stardust@Home.
В августе 2014 года было объявлено об обнаружении семи частиц межзвездной пыли, первых образцов пыли звезд за пределами Солнечной системы. Дастеры нашли две частицы. Даже сейчас ученые только начинают понимать природу этих частиц, некоторые из которых «пушистые» вроде снежинок и могли произойти из взрыва сверхновой миллионы лет назад.
«Генезис»
Мы готовились к самой вкусной части прогулки полтора часа, когда Джудин Олтон поинтересовалась, не нужно ли нам в уборную (забыла спросить раньше). К счастью, не нужно.
NASA хранит самые чувствительные образцы в лаборатории «Генезис» (Genesis), чистота в которой соблюдается по самым строгим протоколам космического центра. Лаборатория «Генезис» хранит частицы солнечного ветра, крошечные кусочки Солнца, которые содержат подсказки о составе солнечной туманности тех времен, когда планеты только формировались.
В то утро нас проинструктировали не надевать обручальные кольца и не использовать дезодорант. В прихожей мы надели перчатки, бахилы и сетки для волос. В «гардеробной» на нас надели маски, костюмы на все тело, головные уборы, спецсапоги и вторую пару перчаток. Еще забрали мой блокнот и дали мне «чистую» бумагу - а внутри я получил еще и «чистую» ручку Sharpie. Наше оборудование для фотографии тоже прошло через очистку: пришлось потратить несколько минут, протирая линзы и треноги спиртовыми салфетками, пока ученые не убедились, что устройства достаточно очищены от пыли.
После всего этого мы спросили, много ли посетителей принимает лаборатория. «Я не принимаю людей, - сказала Олтон, куратор лаборатории. - Вы, ребята, особенные. В основном это потому, что люди грязные».
В 2001 году космический аппарат NASA «Генезис» отправился в космос к точке Лагранжа L1, в которой гравитация между Землей и Солнцем уравновешивается. Более двух лет массивы аппарата собирали ионы, вытекающие из внешнего слоя Солнца. Были разработаны фильтры из различной чистоты материалов, включая алюминий, сапфир, германий, кремний, золото и алмазоподобный аморфный углерод, для сбора разных типов солнечного ветра.
Полагали, что космический аппарат сможет собрать миллиарды солнечных частиц, равных по весу всего нескольким гранулам соли, после чем отправится на Землю. Но во время последней фазы возвращения парашютная система аппарата отказала, и он упал в пустыне штата Юта с катастрофической скоростью в 300 км/ч.
Это должен был быть конец. Для большинства экспериментов это означало бы конец игры. Но пойманные частицы солнечного ветра оказались в 40-100 нанометрах ниже поверхности. Ученые, включая Олтон, обнаружили, что могут спасти некоторые частицы, если тщательно очистят фильтры, которые пережили столкновение с Землей.
Короче, ученые адаптировались. В ярко освещенной, чистой комнате Карла Гонсалес показала нам, как именно, поместив поток сверхчистой воды над фильтром с образцами, вращающимся со скоростью в несколько тысяч оборотов в минуту. Через 15 минут вода вычистила земную грязь и космический мусор из фильтра. Такой процесс также не оставил никаких растворителей. За десять лет после возвращения «Генезиса» на Землю, Олтон, Гонсалес и другие очистили и классифицировали более 2000 образцов, многие из которых доступны для исследования учеными.
Ученые выполнили большинство исследовательских целей миссии, включая удивительное открытие: на Солнце больше кислорода-16, самого распространенного изотопа, чем на Земле. Такое расхождение привело ученых к исследованию того, как этот кислород ушел с Солнца в течение первых нескольких миллионов лет его существования, что привело к новым находкам на тему природы и развития ранней Солнечной системы.
Когда мы подошли к концу нашего тура в безупречно чистой лаборатории, Гонсалес вытащила фильтр с образцами из сверхчистой воды. Я спросил, можно ли теперь его съесть, если он такой чистый. «Думаю, можно, - ответила Олтон. - Но вы бы разбили мне сердце, поступив так».
Лунные камни
Райан Зиглер широко улыбнулся, и его круглое лицо отлично подчеркнуло чистую шапочку, покрывающую голову, когда мы оказались перед блестящей, многотонной дверью банковского хранилища. «Что ж, ребята, самое лучшее я оставил напоследок», - сказал он. Зиглер изучает лунные породы в Космическом центре Джонсона с целью лучше понять, как образовалась Луна. Он также курирует образцы «Аполлона» и занимался организацией нашего тура по лаборатории астроматериалов NASA.
Теперь мы стояли перед хранилищем, в котором хранилось две трети всех лунных камней в мире.
И потом мы вошли. Построенное в 1979 году, это здание хранит коллекции с «Аполлона-11» по «Аполлон-17», которые расположились в раздельных шкафах из нержавеющей стали. Астронавты привезли порядка 2200 образцов в ходе шести миссий «Аполлона». И хотя 85% коллекции остается в первозданной кондиции, в настоящее время отслеживается более 100 000 лунных камней. «Общее наблюдение NASA позволяет в любой момент запросить конкретный образец, и его можно будет найти», объяснил Зиглер.
В самой комнате было что-то внеземное. Самих камешков видно не было; они были тщательно упакованы в металлические контейнеры в тефлоновых мешках, трижды запечатанные в шкафах, которые сами по себе были наполнены чистым азотом. «Очень много усилий идет на то, чтобы сохранить эти лунные образцы в безопасности для будущих поколений», говорит Зиглер. И хотя их не видно, можно почувствовать присутствие тонн камней. Когда-то они лежали на поверхности Луны миллиарды лет, а после были собраны десятком рук людей, подняты с лунной поверхности и упали в Тихий океан. И теперь они снова тихо лежат, уже в этой комнате.
Несмотря на меры предосторожности, «открытые» образцы не могут храниться в течение неопределенного срока. Даже внутри трижды запечатанных герметичных контейнеров сверхчистый азот содержит от 10 до 100 частей воды на миллиард. Лунные породы не выказывают признаков коррозии, но все же верхние нанометр или два уже были загрязнены. Зиглер подводит нас к одному из шкафов. «Эти никогда не открывали, - говорит он. - Это три из семи наших неоткрытых образцов». Они были собраны в вакууме лунной поверхности, размещены в вакуумных запечатанных трубках и остаются в таком состоянии по сей день. NASA сохраняет их для неопределенного теоретического будущего, в котором ученые найдут новые прекрасные способы анализа.
70% всех лунных пород хранятся в одной этой комнате. Порядка пяти процентов были уничтожены во время различных исследовательских процессов, и еще 15% хранятся в запасном хранилище в Уайт-Сэндс в Нью-Мексико. В космическом центре Джонсона безопасно, и этот объект на втором этаже. Но космический центр находится через улицу от озера Клир, которое впадает в залив Галвестон, который впадает в Мексиканский залив. Ураган пятой категории может уничтожить этот объект.
Зиглер выводит нас из хранилища в похожую по размерам рабочую комнату, где хранятся остальные лунные камешки. Крупные куски Луны выставлены в шкафах из нержавеющей стали побольше. Сюда возвращаются образцы после изучения - лаборатория раздает от 500 до 1000 лунных образцов в год ученым на исследования. Сюда также приводят особо важных персон, чтобы показать лунные камни.
Среди образцов напоказ хранится так называемый камень Бытия (Genesis rock), который, похоже, покрыт сахарной пудрой. Экипажу «Аполлона-15» поручили найти именно такой в анортозитовой скале, и они нашли его рядом с Апеннинами. Возрастом 4,1 миллиарда лет, родившись всего спустя пару сотен миллионов лет после образования Солнечной системы, камень Бытия помог подтвердить теорию образования Луны после столкновения Земли с объектом размером с Марс в самом начале существования Солнечной системы.
